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   如何计划生态气候城市

保证建筑物的日照
考虑太阳的辐射和被动地利用太阳能是可持续建筑的重要特征。
场地规划是整个规划中能降低建筑内部热负荷的首先要考虑的环节,因此,场地规划是能够实现最小化能源消耗的主要因素之一,这一步骤对于供暖需求占主导地位的区域而言,具有极大的作用。
经过精心而慎重考虑的场地规划和建筑物设计能够极大地避免上述区域内额外的能源消耗,这些区域的热负荷往往是它们的主要问题。事实上,在一些供暖需求通常较低的地区,甚至可以完全避免使用机械供暖系统。

■确定附近障碍物造成的遮挡
由丘陵、树木和邻近建筑物引起的遮挡,都会影响到特定位置上太阳辐射的获得量。根据场地分析的建议,大型或者邻近障碍物可能造成的遮挡都是需要认真加以界定的因素,从而保证建筑物不会建造在不适合的位置上。一年之中每一天具体的遮挡问题都要加以注意,在太阳高度角很低的冬季尤其要注意。

■保证有充足的阳光照射到邻近建筑物、街道和开放空间
即将建设的建筑物会严重影响邻近建筑、街道和露天广场的舒适程度,尤其是影响这些区域的太阳光的利用率(要考虑日光的获得和角度的问题)。
“太阳外围”的设计可以应用在这里,它能够帮助设计师准确地界定建筑物的最大体量,从而不对邻近的建筑物、街道和露天空间的太阳光入射产生影响。

■优化建筑物的朝向和间距,在获得最大太阳能的同时保证充足的阳光照射
建筑物的位置既要保证自己能够获得足够多的太阳照射,又不能对其他的建筑物造成遮挡,这就和建筑群的形式和安排有重要关联。这与用于每一栋建筑物的“太阳外围”设计原则基本一致。
●朝南的位置可以保证冬季也有足够的太阳光进入到建筑物的内部,从而实现较多的太阳能获得。因此,在热负荷是主导因素的地区,这种南向的立面设计应该是效率更高的建筑物朝向选择。
● 在南北方向上,建筑物之间应该留有足够的空间距离,以保证太阳光线能够照射到建筑物较低的位置上。尤其是在冬季,由于太阳高度的降低,而供暖需求又很高,更要保证太阳光的照射。

■优化建筑物的位置和形状,在不损失太阳照射的情况下实现更加紧凑的空间发展
为了建设更加密集的社区,以实现更高的建筑密度和更好地实现前面我们讨论过的露天空间,可以通过利用某些规划和建筑设计方法缩小建筑物的间距。
● 位于朝南斜坡上的场地可以在较大程度上缩小建筑物之间的距离,因为这样的场地能够保证建筑物获得更多的太阳光照射,尤其在太阳高度较低的冬季。斜坡场地上东西走向建筑物的间距可以比平坦场地上应有的建筑物间距小得多,因为它不会影响南面太阳光的获得。
● 建筑物密度的增加可以通过逐渐增加在其北面建筑的建筑物的高度来实现,较高的建筑物应该安置在北面,这样就不会给较低的建筑物造成遮挡。
● 南向斜坡的优势可以通过在建筑物北侧地面上安置一些室内空间得到再现,因为这些空间对太阳光的需求量不像居室所要求的那样高。比如,北侧的地面可以用增加一层的办法来加高,或者通过设置半地下停车场或安放技术设备的场所来加高。
●每栋建筑物的体积都可以通过建筑物外形的调整来实现其最大化,其最大的体积是取决于根据冬季太阳低照射角的“太阳外围”设计的。因此,建筑物北面的高 度要低于南面的高度,这样才能够保证南面可以接收到更多的太阳能,也能保证太阳光能够射入位于北面的建筑物。这种设计充分尊重了建筑物间距的要求,实现了紧凑的社区布局。

保证建筑物的采光
在建筑物内部利用日光的首要前提是日光的照射,而日光的利用很大程度上取决于建筑场地的位置。因此,要想满足居室内部的日光供应,首先要进行优化建筑物和露天空间的规划,以保证充足的日光能够进入到每一栋建筑物内。从这个角度上说,我们需要特别注意每一栋建筑物的朝向和建筑物之间的间距。
人工照明要消耗电能,实际上也就增加了建筑物的建设成本,同时,还会增加对环境的压力。而自然的日光不仅丰富,而且还可以无偿使用。
事实上,外部空间的可用日光量远远超过内部空间的日光需求量,举例来说,即使在阴暗的天气里,天空也大体可以平均提供10000lx(勒〔克斯〕)的照明,这足以应用于室内空间。此外,自然光不仅意味着能源使用的潜在的节约,它也比人造光源更加有效,因此也更加受到使用者的青睐。
在设计的初期阶段,就应该把日光的可利用性考虑在设计方案中,尤其在居住密度较高的市区。
● 除了气候条件,以前我们在场地分析阶段曾经提到过,独栋建筑物或者建筑群在它(们)所处环境内的位置,也是日光可利用性的重要因素。邻近建筑物或者树木的遮挡,以及建筑物自身的朝向,都会影响到场地以及建筑物内部的日光利用量。
● 如果即将建造的建筑物将造成日光的阻挡,那么,为了保护邻近场地免受阻挡,就必须对该建设项目进行认真的规划,要从场地可以获得日光照射的角度,尽可能地优化建筑的平面布置。

改善外部空间的夏季舒适度
在前面我们提到过城市范围内设计策略的建议,城市区域产生的额外热量应该被转移,从而改善外部空间的夏季舒适度。
从这个角度而言,应该利用综合了风、绿色空间、水面和遮阳装置的设计策略,根据我们在前面场地分析阶段确定了的夏季气候条件,来改善外部空间的行人舒适度。
● 建筑物、街道和露天空间都必须按照能够最大程度地促使风在市区内流动的方式加以组织。
● 正如在城市范围的设计策略建议中提到的那样,绿色空间和植被的优势应该充分利用,通过综合遮阳和土壤水分蒸发的效果,能在很大程度上降低空气温度。
● 也可以利用当地水的特征来加强绿色空间和植被的制冷效果,同时增加周围环境的空气湿度水平。

■按照能够最大程度地促使风在市区内流动的方式,组织建筑物、街道和露天空间
● 按照夏季主导风向确定城市主要街道的方向,以最大程度地利用穿过城市的风流。
● 创造宽松的城市模式以减少风速的降低。
当主要街道与主风向处于平行位置时,影响风速的主要参数就是街道的宽度和迎风建筑物前立面的高度和宽度。较宽的街道上矮小的建筑物,要比狭窄街道布置的高层建筑物,更能够促进空气的流动。

■ 将建筑物与绿色空间紧密结合,以降低空气温度
● 提供大量的绿色空间。
鉴于温度的降低是大量绿色空间表层作用的结果,为了保证周围环境的温度有大幅度的降低,绿色面积中至少要有30%的面积用于使空气冷却。
增加绿色空间的比例会引起温度持续下降,但是,这种现象是非线性的,到某个特定值时就不再有明显效果。
● 均匀分布绿色空间。
植被具有的冷却功效是绿色空间中最好的,它的效果随着人与植被间距离的扩大而不断降低。我们通常认为这个有冷却功效的距离不会超过400m。
因此,增加面积不大的绿色空间,将它们合理地分布,要比只有一个大面积的公园具有更好的降温效果。
● 利用风和水增加绿色空间和植被的制冷效果。
土壤水分蒸发作用的效果可以通过风和水两个因素得到加强。
绿色空间应该与街道连接起来,形成一条供空气流通的通道, 因此,需要确定街道的走向,以保证冷空气可以从绿色空间传递到距离较远的地区。此外,还应该设计一些有植被的屏障,利用它将主流风引导到场地上。
绿色空间的灌溉是一个需要注意的问题,它关系到植被的土壤水分蒸发效果,进而影响到周围地区的温度降低。

■利用水面润湿周围的空气从而达到降温的目的
水面可以通过其蒸发作用起到调节地方小气候的功效。
市区的空气往往要比周围地区的空气干燥得多,如果能够润湿空气并冷却空气,就会极大地改善夏季的室外舒适度。
但是,对于那些位于湿-热地区空气湿度很大的城市,采用这种策略时要小心。这时,我们可以利用风和植被,而不是水面,来达到冷却的目的。

■利用高反射率材料改善城市小气候
材料的光学特性是恶化城市热状况的“热岛效应”的一个重要因素。尤其是材料对太阳辐射的反射率以及对长波的辐射率,都对城市的能源平衡有着重要影响。
城市反射率的等级过高会对城市的小气候产生极大的影响。我们可以通过使用计算机模拟反射率对城市小气候可能产生的影响进行评估。Taha已经表明,在典型的中纬度温暖气候条件下,如果将物体表面的反射率从0.25调整到0.40,那么夏季下午的温度最多可以降低4℃。 这种温度变化对大气是有影响的。通过光化学模拟,我们发现利用高反射率材料能够有效地降低臭氧浓度。

改善外部空间的冬季舒适度
夏季,风的流动为城市的街道和露天场所带来了凉爽,从而增加了舒适度。而在冬天,由于平均温度非常低,空气的流动反而会严重地降低步行者在外部空间的舒适感。气候的这种变化特征,使得我们很难维持外部空间在夏季和冬季两个不同季节之间舒适度的平衡。
以北京为例,冬季的冷风方向与夏季风的方向正好相反,要想保持利用风的流动实现供暖和冷却方案之间的平衡,是非常困难的一件事。
因此,为了实现适用于大范围的设计策略,保证夏季或冬季的生活舒适度,必须对当地的气候条件进行充分和精确的分析。同样的方法也适用于风向多变的上海。
但是,风的运动引起的空气流动,在中国南方的很多地方可以看作是一个有利条件,因为那里的露天场所在一年中的大部分时间内都有冷却的需要,而冬季的气温又不会降低到舒适的气温之下。可是,过于强烈或者极端难于控制的强风仍然会影响步行者的舒适感。
● 建筑物、街道和露天场所的组织,应该以尽可能减少城市地区寒冷季节的风的流动为目标。
● 由于高层建筑具有特殊的高度特征,它们必然会在地平面处引起剧烈的向下运动的气流。这种会给步行者造成负面影响的气流,在那些冬季温度非常低的地区影响尤为严重。因此,高层建筑在设计时就要对它的朝向和外形加以认真考虑,以便尽可能减少由于它们造成下降冷风气流的不舒适效果。
● 防风墙可以用来保护建筑物和露天场所。
防风墙可以用来补充整体的设计策略,以提高某些区域风速下降的程度。除此之外,防风墙还可以应用在更加宽泛的范围中,当其他一些不能相容的问题比使建筑物保护外部空间免受冷风袭击的问题更重要时,就可以采用防风墙

本新闻摘自:《可持续发展设计指南》 选载(之四)    本新闻发表于:2007-8-8 10:10:29