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西安市生态居住小区室外环境评价研究--《西安建筑科技大学》2010年硕士论文
西安市生态居住小区室外环境评价研究
【摘要】:
本文通过对西安市新建居住小区的调研,结合我国目前制定的生态住区环境评价标准及规范,利用层次分析法原理提出适合西安市生态住区发展的室外环境评价体系,并结合实例对生态小区在建设过程中出现的问题提出自己的建议。
近100年来,人们由于对大自然的肆意掠夺,饱尝了资源、能源危机与环境严重污染的苦果,灾难的教训让人们意识到地球是我们生存的惟一家园,并由此提出可持续发展概念,即当代人在满足自身需要的同时,不应对后代人的需求构成危害的发展观。它是达到人与自然和谐平衡、共同前行的惟一发展之路。当前,能耗比重很大的城市住宅区发展将成为制约城市生态环境的重要因子,并直接影响城市建设的可持续发展。作为城市人居环境贯彻可持续发展理念的重要发展方向,探索一条可持续发展的城市住宅区建设的道路,已成为当代城市规划建设不可或缺的组成部分。
发展绿色生态小区正是解决城市环境问题的有效途径。日至14日,在土耳其伊斯坦布尔举行的第二届联合国人类居住会议上,所探讨的两个具有全球性重要意义的主题中,有一项就是“城市化世界中的可持续人类住区发展”。
由于西方国家发展生态住区起步较早,且居住区人口密度小,规划设计合理,因此居住区环境质量普遍较高。此外,西方大部分国家都制定了适合自己的建筑环境评价体系,较多评估体系采用计分的形式,以直观的数值显示评价对象的“绿色生态度”,并对能耗不同的建筑进行评级,对能耗低、环境好的建筑颁发绿色认证等等,这些手段都有效的促进了城市的可持续发展。
在我国,城市生态住区建设还只是一个新兴的研究领域,是一个刚刚起步的学科,需要汲取主要学科的思想,总结国内、外的经验教训,作进一步的综合论述,以适应我国国情及时代发展的需要。目前,有关生态住区环境评价的研究已卓有成效,具有代表性的有:由建设部住宅产业化促进中心制定的《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》;《绿色生态住宅技术评估手册》;香港地区的HK-BEAM等。这些标准都为我国发展绿色生态住区提供了有效的依据。
本文在国内制定相关标准的基础上,结合西安市生态住区的建设特点,建立一套可行的评价系统对生态居住小区室外环境质量做出综合有效的评定,不仅可以纠正人们对生态居住小区的错误观念和狭隘认识,也能为政府的管理和决策提供参考依据。
【关键词】:
【学位授予单位】:西安建筑科技大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2010【分类号】:TU984.12;X820【目录】:
Abstract5-9
1 绪论9-19
1.1 研究的背景9-10
1.2 研究的目的及意义10-11
1.2.1 研究的目的11
1.2.2 研究的意义11
1.3 国内外研究现状11-15
1.3.1 国外研究现状11-14
1.3.2 国内研究现状14-15
1.4 研究的内容和方法15-19
1.4.1 研究内容15-16
1.4.2 研究方法及步骤16-19
2 生态小区室外环境的概念及内涵19-21
2.1 生态小区的概念及内涵19-20
2.1.1 生态小区的概念19
2.1.2 生态小区的内涵19-20
2.2 室外环境的概念及内涵20
2.2.1 室外环境的概念20
2.2.2 室外环境的内涵20
2.3 本章小结20-21
3 西安市生态小区室外环境构架21-37
3.1 以西安市为中心的西北地区生态小区发展研究21-26
3.1.1 以西安市作为研究对象的原因21-22
3.1.2 西安市居住小区的发展演变22-24
3.1.3 西安市生态住区的探索与实践24-26
3.2 西安市生态小区室外环境构架26-36
3.2.1 物质环境27-35
3.2.2 精神环境35-36
3.3 本章小结36-37
4 西安市生态小住区室外环境评价模型及指标权重分析37-59
4.1 评价指标的理论构思、确定方法及选取原则37-39
4.1.1 评价指标的理论构思37-38
4.1.2 评价指标的确定方法38
4.1.3 评价指标的选取原则38-39
4.2 西安市生态小区室外环境评价指标39-46
4.2.1 西安市生态小区室外环境客观指标评价体系39-43
4.2.2 西安市生态小区室外环境主观指标评价体系43-46
4.3 室外环境评价指标的权重计算46-57
4.3.1 权重确定方法的介绍46-47
4.3.2 权重确定方法的选取47-50
4.3.3 评价指标权重的计算50-57
4.4 西安市生态居住小区室外环境综合评价57
4.5 本章小结57-59
5 西安市生态住宅小区室外环境评价59-73
5.1 调查对象的选取与研究方法59
5.2 调研数据的搜集59-60
5.3 西安市天地源枫林绿洲室外环境综合评价60-72
5.3.1 西安市天地源枫林绿洲室外环境客观评价60-66
5.3.2 西安市天地源枫林绿洲室外环境主观评价66-69
5.3.3 枫林绿洲居住小区室外环境的综合评价69
5.3.4 枫林绿洲居住小区室外环境的改进措施69-72
5.4 本章小结72-73
6 研究结语与展望73-75
6.1 研究结语73
6.2 展望73-75
参考文献77-79
图表目录79-81
研究生在读期间的研究成果81-83
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大风地区住宅小区风环境研究91
环境保护科学第39卷第3期2013年6月;大风地区住宅小区风环境研究;Study;on;Residential;WindEnvironmentofStrongW;郑拴宁,全元,董志南,董仁才;(中国科学院城市环境研究所,福建厦门;361021);摘要:为了保障大风地区住宅小区风环境的安全性及舒;Fluid;Dynamics)数字模拟分析方法对平潭综合实验;方
环境保护科学第39卷第3期2013年6月大风地区住宅小区风环境研究StudyonResidentialWindEnvironmentofStrongWindArea郑拴宁,全元,董志南,董仁才(中国科学院城市环境研究所,福建厦门361021)摘要:为了保障大风地区住宅小区风环境的安全性及舒适性,以平潭综合实验区岚城安置区为例,通过CFD软件(ComputationalFluidDynamics)数字模拟分析方法对平潭综合实验区岚城住宅小区的风环境研究表明CFD数值模拟方法可以准确的模拟住宅小区的风环境,以及建筑格局等对小区风环境的影响过程,从而为大风地区住宅小区的风环境设计及舒适的住宅小区微气候环境设计提供了基本方法与思路。关键词:大风地区;风环境;CFD中图分类号:P435文献标识码:Athesafetyandcomfortofresidentialwindenvironmentofstrongwindarea,takingLanchengsettlementareaasAbstract:ToquarterensureinPingtancomprehensiveexperimentalexample,thispaperstudiedthewindenvironmentbysimulatingandanalyzing访tllCFD(ComputationalFluidDynamicslsoftware.TheresultsshowedthatCFDcouldsimulatetheresidentialwindonenvironmentaccuratelyandtheeffectofresidentiallayoutresidentialwindenvironmentproblemswindenvironment.whichofferedabasicideaandmethodforanddesignofcomfortablemicroclimateofresidentialquarter.KeyWOrdS:StrongWindArea;WindEnvironment;CFDCLCnumber:P435随着我国城市化水平的提升,城市土地的经济效益日益凸显,特别是城市中心区更是寸土寸金,为了提高经济效益,城市高层住宅小区不断涌现,而且在国家基本规范的要求下建筑密度也在不断地加大,复杂的建筑群体格局所带来的风环境问题也日益受到关注Ⅲ。住宅小区是城市居民的主要生活和居住场所,过大的风速会导致住宅小区近地面风速的局地增强,引起行人的不适感和近地面环境的二次污染,甚至产生建筑格局式风灾,而过小的风速则会导致住宅小区内的通风不畅,造成住宅小区内的污浊空气难以及时的得到缓释,增加建筑内部的能量耗损口?31。为了营造健康舒适的住宅小区微气候环境,促进中国可持续城市的建设与发展,合理的分析与评价住宅小区风环境很有必要m习。收稿日期:2012―12―1l美国学者Bonanl61利用卫星观测图片研究一个居民区内建筑设计对室外风速的影响,研究指出建筑密度的高低对小区气候有直接的影响。住宅小区风环境研究的工作在我国也有不少,张伯寅等口1也针对建筑群的环境风场特性进行了定量的分析与模拟,从而为建筑群的通风性能研究奠定了一定的基础,而对于大风地区建筑群风环境研究尚少。本文选取我国东南沿海城市平潭综合实验区来研究,平潭综合实验区由于特殊的地理位置,风力年平均风速6.9nds,海湾地区全年大风(7级以上)日数为125d,全岛每年大风日数达100多天,年均台风影响6次以上,是我国典型的强风区之一。随着2009年国务院正式下发《关于支持福建省加快建设海峡西岸经济区的若干意见》以及2011年11月15日《平潭综合实验区总体基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目“数字城市环境网络建设与示范”(KZCX2一Yw一453)作者简介:郑拴宁(1980-),男,博士研究生。研究方向:数字城市风环境规划。E-mail:snzheng@iue.ac.cn一64―大风地区住宅小区风环境研究郑拴宁发展规划》经国务院批准,国家发展改革委正式平潭综合实验区属南亚热带湿润型气候发布,平潭综合实验区迎来了高速城市化的发展区,在大气环流和浩瀚大海的作用下,形成季阶段,如何在常年大风的特殊情况下,保证平潭风明显的海洋性气候,冬无严寒,夏无酷暑,综合实验区城市化过程中良好的住宅小区风环境霜雪罕见,日照充分。年平均气温19.5℃,最显得尤为重要。冷月(2月)平均气温10.5℃,最热月(7月)1平潭综合实验区风环境概况平均气温27.9℃。由于平潭综合实验区地域狭小,且平潭综合实验区主岛呈南北走向,所以平潭综合实验区,位于北纬25015’一25045’,出现大风一般是全县性的。由表1的统计结果东经119032’~120010’。平潭简称“岚”,可知平潭年平均风速为5.0m/s。秋、冬季平均俗称海坛,亦称海山,福建省福州市辖县,位于福风速最大,春季次之,夏季相对较小。一年中建省东部海域,东临台湾海峡,西隔海坛海峡,与以11B份风速最大,5月最小。7―9月,受台风长乐、福清市、莆田市为邻,南临莆田市的南岛,影响,为一年中风速极值出现的时段。平潭综北望白犬列岛见图l。平潭综合实验区由126+岛合实验区6―8月,以偏南风为主,其余各月多屿组成,区域总面积约6436km2,其中陆域面偏北风。历史上,平潭综合实验区观测到的积约372km2,总人口40万人。主岛海坛岛面积2min平均最大风速极值为40.0nds(风力12271km2,为全国第5大岛、福建第1大岛,相当级),出现在1961年9月12日;10rain平均于香港本岛的四倍、厦门本岛的两倍,总面积超最大风速极值为29.0m/s,(风力11级),出过新加坡的一半。现时间为1971年9月22日。由于平潭综合实验区的大风主要受冷高压(冬半年)和副热带高压(夏半年)两大天气系统影响,因而平潭地区、.,主导风向轴比较明显,夏季为SSW,其余季节为;NNE。图2是平潭1971.2010年的风玫瑰图,由图2可知,平潭年最大风频是NNE(30%),次大为NE(22%),SW风和SSW风各占8%;各风向的平均风速以NNE最大,为6.0mls,其次是黪一嘲够.H.o忡~、弋/\“NE(5.6m/s)和SSW(4.5m/s)。平潭年静风Ell平潭综合实验区区位圈频率为4%【舯。裹11971―2010年平潭综合实验区基本站统计结果2住宅小区风环境分析研究作中先行先试,实行比特区更“特”的优惠政策。《平潭综合实验区总体发展规划》出台后,2009年7月,福建省委八届六次全会做出设国家和福建省对平潭大手笔投入。2011年,平潭立平潭综合实验区的决定。2011年11月,国务院固定资产投资达303.5亿元,2012年投资总额将批准《平潭综合实验区总体发展规划》,决定推达到600亿元左右;“十二五”期间规划完成动这个大陆距台湾本岛最近的县份在对台交流合2500亿元以上的投资,平均每年要达到50047.一65一环境保护科学第39卷第3期2013年6月前端处理软件㈨耐岚城安置小区建立了计算模藕瓣爆裂CCU、、、一图21971-201型,计算域为700m×500mx150m(长x宽x高)的长方体区域,通过混合网格技术共生成大约180万个不规则体单元。根据平潭综合实验区基本站2000年2010年的风环境监测资料可推算得到该区域人行高度全年日平均风速约为5.1rds,常年主导风向为冬季北偏东北风,夏季为南偏西南风。0年平潭综合实验区风环境统计元。依据平潭综合实验区总体规划的基本方案,在2030年之前将是一个全岛系统规划,全面开花的快速城市化过程。依据平潭综合实验区总体规划(2010,-2030)方案,平潭综合实验区近期将会有七处安置区规划建设,总用地面积达140hm2,建筑面积约为368万m2,共计安置住户达28760户,见图3。本文利用CFD技术对最先开工建设的岚城安置区的风环境进行建模与分析,以保障岚城安置区在常年大风背景下有良好的住宅小区风环境,并为其他住宅小区的规划与设计提供基本参考。~乃+蓑?Hl速t:114。,口t£,巩轮嘲:lj/J集图4岚城安置小区建筑格局设计方案2.2基于CFD的住宅小区风环境分析基于前文所述,平潭综合实验区住宅小区的风环境设计思路是在保障住宅小区整体通风性能的基础上尽可能削弱有建筑格局所产生的狭管效应和局地大风区的产生。通过利用Fluent对岚城安置小区前期规划方案的数字化模拟分析(分析结果见图5A方案),同时提取了_懿l强Ho2弱"。1243e-Cl231e.e1218e―e12C6e.1'jl1__啊■嘲童惩●■■-_:■-―蛹■_瓤j滋图3平潭综合实验区安置区分布图2.1秘∥蕾事2:飞篱i92e吨179e-C-I1住宅小区基本概况岚城安置区位于平潭综合实验区岚城乡,1£7e--C11:4e-(111{1∥C1128e-《31115e-Cl1麓攀漶,总用地面积为185592255.16m2,总建筑面积为03e+01816.5lm2,容积率为3.2,建筑密度约为8。7e?∞7dge-C3i.驴菱“垂,,,、㈠7,一一~~●*'25%,绿地率约为40%,主要包括6栋33层住宅,14栋30层住宅及10栋26层建筑,岚城安置区前期规划方案见图4A方案。由于岚城安置区地处平潭综合实验区中部区域,紧邻平潭综合实验区中心城区,可以参考平潭基本站基本数据作为基本边界条件。利用CFD分析模拟软件Fluent的一66一64‘:一e0≤;¨j”圈鞭目、1b__3e-e33嚣‘s5e?∞w一2j7÷?C01:9e?c。1:oe-02:7{1图5岚城安置小区风环境CFD模拟分析及2m高度风速测点数据提取结果分布在整个住宅小区行人密度较高区域的16个测点的2m高度的风速分布情况,见表2。表2住宅小区各个测点2m高度的风速分布情况m?S表2可以看出岚城安置小区由于整个小区主要以高层住宅为主,建筑形体相对单一,并且建筑格局纵向及横向分布都比较规则,所以致使整个住宅小区沿主导风向形成了非常明显的狭管效应,特别是作为住宅小区主入口的中央通道在10m高度处甚至形成了贯穿整个小区的狭管效应。整个岚城安置区存在3个明显的风道,随着高度增加,风道效应明显加强,以及风道甚至贯穿全区。全区2m高度最强风速出现在主风道入口处附近,约为背景风环境风速值的2.7倍,最高风速达到了12.8m/s,已经严重影响了近地面正常的人行活动,甚至会对住宅小区行道树形成安全威胁。整体分为三个加强区,一级增强区风速约为背景风速的2―2.7倍,二级加强区约为1.5~2倍,三级加强区约为1~1.5倍。2.3住宅小区风环境调整策略通过利用CFD技术对平潭综合实验区岚城安置小区的数字化模拟分析可以发现岚城安置小区前期规划设计A方案由于建筑格局的影响存在明显的风环境问题,主要表现在主要人行廊道由于和常年主导风向走向一致而形成了明显的狭管效应,从而使得人行廊道风速得到了明显的局地增大风地区住宅小区风环境研究郑拴宁强,局地风速甚至达到了背景风速的2~2.7倍,最高风速达到了12.8ntis,与此同时由于大量相同建筑形态的高层建筑的规则布局使得靠近小区西南端的建筑背风面形成了很强的风影区,局地风速长时间小于O.2m/s,形成了通风不畅的静风区。因此岚城安置小区由于建筑格局的影响使得住宅小区东北区形成了明显的建筑格局狭管效应,局地风速得到了极大的加强,严重的影响了近地面行人的舒适度和行人安全,而在住宅小区西南区则由于高层大体量建筑的遮挡作用,形成了明显的静风区,不利于局地污染物的及时扩散。针对上述风环境问题,在不改变小区相关经济指标的情况下对岚城安置小区前期规划方案进行局地调整以改善住宅小区内的风环境,提升住宅小区的环境舒适度,具体调整策略如下。(1)调整岚城安置区东北区域第二排建筑格局(见图4B方案),从而通过错落式建筑格局破坏原有A方案的风道增强效应,从而保证整个小区内近地面风速最大化的满足行人舒适度的要求,同时通过错落式建筑格局增强整个小区的通风能力,从而使得由于建筑遮挡所产生的近地面局地静风区域所占比重降到最低(见图5B方案),提升小区整体的污染物扩散能力,同时通过图5B方案的2m高度风速测点数据提取结果也可以看出该建筑格局也极大地改善了近地面的风速分布情况,使得更大的区域风速在5m/s左右,充分满足住宅小区行人的环境舒适度要求。(2)调整岚城安置区西南区域第二排建筑格局(见图4B方案),从而进一步削弱了10m及以上高度的建筑格局狭管效应,降低了高层建筑的风载荷,同时通过错落式建筑格局改善了整个西南区域近地面的通风性能,最大程度的削弱了规则布局所带来的局地静风区的影响,使得整个区域近地面最小风速由原来的0.15m/s增强为1.8m/s(见图5B方案),从而提升了住宅小区西南区域的整体通风能力和环境舒适度,该结果从2m高度风速测点数据提取结果也得到了进一步的验证(见表2)。一67―环境保护科学第39卷第3期2013年6月3大风地区住宅小区风环境设计的基本响应策略通过对常年受到大风天气的影响的平潭综合实验区岚城安置小区风环境cFD模拟分析与研究,在综合考虑城市主导风向及日平均风速的综合作用下,住宅小区风环境非常容易形成局地的建筑格局狭管效应,从而导致局地风速增强,影响行人舒适度和安全,同时由于高层大体量建筑的遮挡也会使得局地风速急速下降,形成局地的静风区,从而影响污染物的扩散效率和行人舒适度。因此,大风地区住宅小区风环境需要在小区规划设计初期得到有效的模拟分析与评价,以保障住宅小区风环境的合理性。基于前文所述,大风地区住宅小区风环境设计的基本响应策略主要有以下几点。(1)建筑格局响应策略:随着高层大体量建筑在住宅小区中的兴起,建筑格局已经成为了影响住宅小区风环境空间分布的最主要因素。在大风地区的住宅小区风环境设计过程中,应该尽可能使得住宅小区主轴线与该区域主导风向保持一定的夹角,从而有效削弱因为建筑格局所导致的狭管效应,同时整个住宅小区应该结合区域主导风向以错落式建筑格局为主,以在避免建筑狭管效应的同时提升整个小区的通风效率。(2)小区开放空间响应策略:城市住宅小区,特别是大规模的城市住宅小区都配备了供小区居民活动的开放空间,诸如小广场等。在大风地区住宅小区风环境设计前期,应该通过CFD数字化模拟手段对整个小区风环境空间分布特征进行全面评估,从而保证住宅小区开放空间既可以避免大风天气对居民户外活动的影响,也可以避免静风天气对居民活动舒适度的影响。(3)近地面景观格局响应策略:虽然建筑格局会对小区的宏观风环境产生非常明显的影一68一响,但基于通风能量的守恒性和建筑本身的规则性,在高层建筑迎风面拐角周围仍然会形成明显的扰流性风速增强,为了有效地对该区域疾风进行分散,可以在高层建筑周围,特别是迎风面拐角处种植根系发达、树冠低,并目树冠较大的景观行道树以起到削弱局地风速的效果。同时为了避免在住宅小区主轴线形成狭管效应,应该通过合理的行道树景观格局抑制局地大风的发育条件。4结论本文通过CFD数字化模拟技术对常年受到大风天气影响的平潭综合实验区岚城安置小区的风环境规划设计分析研究,发现大风地区住宅小区风环境首先应该尽可能通过错落式建筑格局避免因建筑格局所形成的狭管效应,同时通过合理的建筑风道全面提升整个住宅小区的通风效能。其次在住宅小区设计过程中应该保证住宅小区主轴线与该区域主导风向形成一定的夹角,从而在避免建筑格局狭管效应的基础上保障整个住宅小区的风环境通畅性,以最大化的提升整个住宅小区的风环境舒适度。参考文献【l】马剑,陈水福,王海根.不同布局高层建筑群的风环境状况评价阴.环境科学与技术,2006,30(6):57-61.【2降磊。李书严,轩春怡,等.建筑动力学作用对近地面短历时点源污染扩散的影响明.城市环境与城市生态,2008,21(5):32―36.【31李朝奎,郑拴宁,赵会兵,等.基于3DcM的中尺度地面风场的空间分析研究册.地理信息世界,2009,3:55―59.【4】赵景柱,崔胜辉,颜昌宙,等.中国可持续城市建设的理论思考叨.环境科学,2009,30(4):1244-1248.【5]JingzhuZhao(editor).TowardsSustainableCitiesinChina:AnalysisandAssessmentofSomeChineseCitiesin2∞8【^I】.NewYork:Dordrecht,Heidelberg,London:Springer,2011.[6]Bonn,GordonB.Microclimates0fasuburbanColoradofUSA)laIldscapeandimplicationsforplanninganddesign[J].LandscapeandUrbanPlanning(Amsterdam),2000,49:97-114.【7】张伯寅,桑建国,吴国昌.建筑群环境风场的特性及模拟风环境模拟研究之一叨.力学与实践,2004,26(3):1-9.【8】蔡晓禾,廖廓.福建平潭大风气候特征分析U】.闽江学院学报,201l,32(5):130-133.包含各类专业文献、行业资料、外语学习资料、生活休闲娱乐、中学教育、大风地区住宅小区风环境研究91等内容。 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