基于城市微气候测析的建筑外部空间围合度研究

总结得出了夏季和冬季场地空间形态围合度要素与场地微气候要素关系的拟合模型。对场地热环境的太阳辐射、温度场、风场的分析发现，由半围合、半覆盖的空间形式组合的多样化的空间形态最有利于场地中微气候的调节。

关键词：外部空间形态；

围合度；城市微气候；场地设计

0.引言

建筑场地设计作为建筑设计的起点和重要组成部分，衔接了城市设计、建筑设计和景观设计。“可持续场地设计中必须广泛考虑场地所扮演的环境角色。场地是作为一个更大的景观和生态系统的一部分存在的。在可持续场地设计中必须尽可能多地识别并保留场地的环境功能元素”，场地设计中的外部空间形态操作，更是建筑场地设计的核心内容，也是使建筑适应环境和气候的重要设计方法，是建筑设计应对环境和气候的重要环节。外部空间围合度是空间形态的重要指标，也是建筑师在场地设计中对空间形态操作的重要因素。

芦原义信在其著作《外部空间设计》中的定义“建筑外部空间是从限定自然开始的，比自然更有意义的，由人创造的有目的的外部环境，通过建立向心秩序，创造出满足人的意图和功能的积极空间。建筑师设想的外部空间是建筑的一部分，也可以说是没有屋顶的建筑空间。即把整个场地看作一幢建筑，有屋顶的部分作为建筑内部，没有屋顶的部分作为外部空间考虑。”建筑外部空间设计是建筑学场地设计的重要内容，建筑外部空间形态的“围合度”是指在场地设计中外部空间形态在不同方向上的围合封闭程度，这个因素直接影响到场地在不同方位上的采光、通风和传热效果。

城市微气候是影响场地热湿环境以及风场环境舒适度和建筑能耗的主要外部条件，通过场地设计对建筑外部空间形态进行优化，达到调节城市微气候、提高场地热舒适度、减少建筑能耗的目的，相关的研究已成为城市微气候、建筑环境、建筑节能研究关注的主题。本文是作者参与的国家自然科学基金项目“基于碳排放计算及评价体系的低碳建筑设计方法研究——以长三角地区办公建筑为例”研究项目的子课题。

1.建筑学场地设计中外部空间形态围合度定量研究

1.1场地设计中的建筑外部空间形态与场地微气候调控方法

建筑外部空间形态是场地空间环境的基础，它决定着场地空间环境的整体效果，对外部空间环境的品质和热舒适度调控起着重要作用，密度、规则度和围合度作为定量描述外部空间形态的重要参数，是外部空间形态操作调控场地微气候的关键要素。奥凯总结了风速一定时，随着城市峡谷的几何形态参数街道高宽比（H/W）影响下存在3种形式的气流，即孤立扰流（isolated roughness flow）、相互影响扰流（wake interference flow）和街区密集到一定程度的项部掠流（skimmingflow）。博斯曼对美国旧金山中心城区的4个主要街区开放空间的人行高度实测研究，讨论了在中心城区中街区开放空间的太阳辐射以及风场环境对人体热舒适度的影响机制。英国的研究报告“城市环境中的场地布局规划：日照使用，微气候和被动式冷却”从场地选址、公共空间布局、建筑布局、建筑形态和景观设计等方面分别讨论了与日照、通风、被动式制冷等微气候调控方法。

自从1963年维克多欧尔焦伊出版了他的启发性著作《建筑设计和场地设计中的生物气候学原则》，各个相关专业领域的研究者包括建筑师、规划师、景观建筑师、建筑科学和建筑技术学者从不同角度研究和发表了在城市设计与建筑设计中的节能设计导则。雷纳。班纳姆已经将建筑视为环境调控的机器，关注建筑中由温度、光电、空气形成的物理环境。吉沃尼的论著《建筑设计和城市设计中的气候因素》中评论了城市设计特征对于城市白天气温的影响与对夜间气温的影响。迪恩霍克斯在《环境传统：环境建筑学研究》和《选择型环境》中提出“选择型环境”的设计理念，一方面“降低对环境调控的机械系统的依赖，从而减少对自然环境的负面影响”，另一方面，新的环境调控意识也应努力减少对不可再生能源的需求，挖掘可再生自然资源的潜力。剑桥大学教授贝克和昆。斯蒂摩司的研究中通过数值模拟和现场实测得出的结果表明，影响建筑能耗的主要因素有：第一，建筑设计其影响因子权重为2.5；第二，建筑设备其影响因子权重为2；第三，使用者的用能行为其影响因子权重为2。如果建筑设计阶段的建筑节能性能差，配上低能效的建筑设备系统，再加上使用者对建筑的高能耗使用方式，那么相对于节能性能设计合理，设备系统高效，使用者节能的行为方式的建筑而言，它将会消耗10倍的能源与碳排放（2.5×2×2=10权重因子）。瑞迪和贝克研究了城市形态因素对建筑能耗的影响，他们认为城市密度和街区的空间几何形态对建筑能耗的影响因子约占建筑总能耗影响因子的10%。埃维特埃雷尔等在《城市小气候——建筑之间的空间设计》中把城市气候研究的发现与城市设计实践相结合，让建成环境的形式对影响城市小气候的因素做出反应。金叶康回顾了城市居住区建筑群形态对建筑能耗而影响。同济大学的杨峰教授对上海市区中的居住区进行实测实验，发现城市形态和密度指标可以作为调控居住区夏季室外通风的影响因素。