可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與策略.doc

1. 可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與策略1.1關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)可持續(xù)設(shè)計提出了一套獨(dú)特的挑戰(zhàn)，首先涉及從需要設(shè)計隊伍方面的不斷監(jiān)督。實(shí)際上，建筑師是一旦設(shè)計階段已經(jīng)完成就在某種程度上脫離了該項目。在某種意義上，這不一定是個好主意，而且在以可持續(xù)為中心設(shè)計的主題下，這樣的做法是特別有問題的。在健康的房地產(chǎn)公司和綠色開發(fā)合作社，我們正在不斷的使多個學(xué)科一體化，這就要求設(shè)計隊伍積極參與，從設(shè)計美學(xué)的角度講，要求建筑和周圍環(huán)境完全融為一體，在所需要的監(jiān)督比美學(xué)更富有技術(shù)性的情況下，尤其如此。第二組問題涉及到伙伴關(guān)系與協(xié)作，一些重要的建筑項目需要范圍比較廣泛的技能，而且他們互相之間是有一定的協(xié)作性的。然而，可持續(xù)性建筑物會讓精美的協(xié)作藝術(shù)和平常相比更具有精巧和復(fù)雜的特點(diǎn)。這一點(diǎn)的一個理由是，從公共政策觀點(diǎn)來看，可持續(xù)設(shè)計師十分理想的，這往往可以使一個新伙伴，也就是公共部門，積極的進(jìn)入這一混合體。第二個問題涉及到成本。有好消息稱，可持續(xù)設(shè)計的街區(qū)與建筑物的先期費(fèi)用正在下降。這一點(diǎn)主要是兩個因素，第一，由于大制造商進(jìn)入市場的結(jié)果，環(huán)境友好建筑的成本正在下降。第二，建設(shè)者發(fā)現(xiàn)他們可以提供附加的成本，比如，更高性能的窗戶玻璃和絕熱戰(zhàn)略，這樣有可能使供暖設(shè)備和冷卻設(shè)備的規(guī)模降低50%或更多。雖然成本確實(shí)較高，但這種更大的先期投資通常也可以通過增大節(jié)能，從而在少數(shù)幾年之內(nèi)就可以償還。此外，在健康的房地產(chǎn)公司和開發(fā)合作社，我們相信，由于受到抑制的需求和短缺的供應(yīng)，綠色建筑物特證明是更有價值的，會贏得更高的租金，也會租出去更快。另一個問題是哲學(xué)性的，就普通觀點(diǎn)而言，建筑物的綠色特征應(yīng)該達(dá)到什么要求？對于這個問題有兩個學(xué)派，一個建筑物需要做的就是通過更高的能效，使用可持續(xù)產(chǎn)品與材料等來實(shí)現(xiàn)綠色。另一個學(xué)派持有更廣闊建筑學(xué)觀點(diǎn)，并且主張建筑物即使教育性的又是功能性的。因此，應(yīng)當(dāng)傳遞一種關(guān)于對環(huán)境的敏感性的需要的明確的視覺信息，STIE環(huán)境設(shè)計公司的James Wines 已經(jīng)設(shè)計了一批引人注目的建筑物，提供其綠色的承諾和美學(xué)的依據(jù)。1.2 街區(qū)可持續(xù)設(shè)計策略針對我國的可持續(xù)設(shè)計的策略針對我國當(dāng)前存在的情況，根據(jù)“三最”目標(biāo)和原則，建筑可持續(xù)設(shè)計應(yīng)采取以下8項策略。(1.)建筑面積適當(dāng)，不刻意追求大。建筑面積只要滿足生活和工作需要即可，不必過大。少一平方米建筑，就減少一份資源消耗，就給環(huán)境減少一份壓力，給使用者減少一份負(fù)擔(dān)，就是對地球的一份功德。我國大陸近年建造的住宅套均建筑面積達(dá)123平方米，僅次于澳大利亞（211平方米）和美國（153平方米），高于臺灣（100平方米）、德國（95.4平方米）、法國（93.9平方米）、日本（90平方米）、英國（87.7平方米）和新加坡（72.6平方米）等，而且現(xiàn)在還在增加。筆者根據(jù)1999年國家統(tǒng)計局城調(diào)總隊對10省市5000戶“城鎮(zhèn)居民消費(fèi)意向調(diào)查”資料，得出我國城鎮(zhèn)居民想要的一套住宅的建筑面積是80120平方米。2006年以前，國家規(guī)定新建住宅套建筑面積都在100平方米以下，2009年，深圳市新建商品住宅套均建筑面積為93平方米?？梢姡烟拙ㄖ娣e控制在80140平方米是可行的。國家規(guī)定黨政機(jī)關(guān)辦公用用房編制定員人均建筑面積為1630平方米，其中一級為2630平方米。但是，有的街道辦事處，人均建筑面積竟大到170平方米，是一級辦公用房最高人均建筑面積30平方米的5.7倍。(2).延長建筑壽命，走向百年建筑?？沙掷m(xù)設(shè)計必須以延長建筑壽命為出發(fā)點(diǎn)。目前，我國普通房屋的設(shè)計使用年限為50年。有人說，中國建筑平均壽命不到30年，那是指統(tǒng)計平均壽命（等于現(xiàn)有建筑面積/當(dāng)年新建建筑面積），按照規(guī)范設(shè)計的建筑，壽命不會低于50年。由于缺乏百年荷載等設(shè)計數(shù)據(jù)，目前雖然還不能設(shè)計百年建筑，但是延長建筑使用年限現(xiàn)在就可以著手。第一，要有百年規(guī)劃。我國東北某市由于規(guī)劃調(diào)整和功能失靈，使用年限不到50年的住宅中，拆除的就占20%，規(guī)劃變更是我國建筑壽命短的重要原因。第二，建筑設(shè)計必須有柔性。建筑內(nèi)部空間要可以改造，特別是保障性住房，如果套內(nèi)面積很小的房間都被承重墻分隔，則將來生活水平提高，只能拆除重建。第三，要適應(yīng)老齡社會的需要。我國已進(jìn)入老齡社會，大多數(shù)人不喜歡頻繁搬家，希望在年青時代就擁有的家里度過晚年。所以設(shè)計時，就要把老年人的需求考慮進(jìn)去。日本估計全部考慮和只考慮基本要求，所增費(fèi)用分別不超過房屋造價的10%和1%。設(shè)計老齡住宅，貸款可享受優(yōu)惠，公營住宅還可獲得補(bǔ)助金。第四，管線要容易更換。做明管明線設(shè)計，結(jié)構(gòu)體和填充體盡可能做到分離。第五，提高結(jié)構(gòu)、墻體和保溫等材料的使用壽命。第六，要注意同周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，考慮沿街住宅底層會改變用途，以及城市道路可穿越大型住宅小區(qū)等。(3).用好自然資源，不給地球增負(fù)。第一是利用好大自然賜予我們的空氣和陽光。建筑自然通風(fēng)和采光是節(jié)能和健康的最為有效的途徑?，F(xiàn)在，一些高檔酒店的窗戶不能開啟，拉上窗簾用人工采光、通風(fēng)；一些住宅集中送新風(fēng)，要求室內(nèi)恒溫恒濕恒氧，過關(guān)窗生活；這些顯然不利于節(jié)能和健康。自然通風(fēng)要通過窗的開啟方式、豎向風(fēng)道和設(shè)置負(fù)壓等組織室內(nèi)氣流。自然采光要充分利用頂光、側(cè)光和反射設(shè)施等。第二是利用好可再生能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能等。目前，利用太陽能提供熱水并與建筑一體化，不但技術(shù)成熟，而且經(jīng)濟(jì)可行，應(yīng)列為首選，但要注意選用質(zhì)量好的產(chǎn)品。利用光電能源，目前在經(jīng)濟(jì)上雖然還未過關(guān)，但如國家給予補(bǔ)貼，從長遠(yuǎn)和保護(hù)環(huán)境的角度來看，還應(yīng)推行。地?zé)崮芾玫牡貐^(qū)，一要有地下空間規(guī)劃；二要有水文地質(zhì)勘查證明可行；三要有水文地質(zhì)、暖通空調(diào)、地?zé)嵩O(shè)備專家共同參與；四要有政府專門機(jī)構(gòu)或人員從立項、實(shí)施和效果進(jìn)行管理。在城鎮(zhèn)利用風(fēng)能困難較多，但兩棟相鄰的超高層建筑則可利用風(fēng)能并與建筑一體化。在沒有地下空間規(guī)劃，未經(jīng)勘查論證，政府沒有嚴(yán)格管理的情況下，就大面積推開，而且不計效果地給以補(bǔ)貼，是有很大風(fēng)險的。第三是做好建設(shè)場地的規(guī)劃設(shè)計如：力求保持原生地形地貌；盡可能保留原生大樹存遺；盡量做到開挖土方平衡；暫時存放場地面表土并回收利用；注意暴雨處置、雨水回滲和儲留利用；以及利用自然土層和和人工層、屋頂、陽臺、外墻栽種各類植物，進(jìn)行綠化，以利用植物的光合作用固定空氣中的二氧化碳。(4).保護(hù)生物多樣性。生物多樣性是人類文明的基礎(chǔ)；是地球上生物圈中所有的生物（即動物、植物、微生物），以及它們所擁有的基因和生存環(huán)境；包括生態(tài)系統(tǒng)多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性。要關(guān)注生態(tài)金字塔最基層生物的生存環(huán)境，用多樣化土壤、植被、水文、空間提供多樣化綠地，造就生物藏身、筑巢、覓食、求偶、產(chǎn)卵、繁殖等功能的環(huán)境，以滿足野生物種的食物、水、隱蔽和養(yǎng)育幼崽場所等4項基本生存需求。如：植物種類多，選用當(dāng)?shù)卦N，利用生態(tài)表土，綠地分布均勻、連貫，大小喬木、灌木、花草密植混種，自然護(hù)岸生態(tài)水池，多孔材料邊坡、透空圍籬，隱蔽綠地內(nèi)設(shè)置生態(tài)小丘（枯木、亂石、空心磚等），以及采用有機(jī)肥料等。(5).建筑造型、景觀簡約，樸實(shí)無華。建筑立面設(shè)計要反映自然條件、民族特點(diǎn)、場地環(huán)境和建筑規(guī)劃的總體要求，要考慮材料的性能、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和建造技術(shù)，要適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)條件，要符合建筑美學(xué)原則。但是，反映建筑功能和使用性質(zhì)，建筑形態(tài)要隨著社會發(fā)展而發(fā)展，應(yīng)是建筑立面設(shè)計的首要原則。一位美國的著名建筑師曾經(jīng)對我說“建筑的立面首先是由功能確定的”。住宅小區(qū)主要是住，景觀要簡約，不能按照公園做景觀設(shè)計，建假山、噴泉、大面積水景，眾多的小品和雕塑等等。住宅套型設(shè)計要把功能放在首位，廚房和衛(wèi)生間是住宅的心臟，一定要安排好。要注意改變儲藏空間不足的狀況。一些住宅小區(qū)和單位，把入口大門建造得高大、豪華，其實(shí)，大門絲毫不能反映住宅小區(qū)的品質(zhì)和單位的聲譽(yù)。(6).倡導(dǎo)本土全球建筑（GlocalArchitecture）。本土全球建筑首先是本土（local），即適應(yīng)地方特點(diǎn)，學(xué)習(xí)鄉(xiāng)土建筑，保留國家和地方特色；其次是全球（Global），即吸取全球技術(shù)和智慧，有益于業(yè)主和用戶。特別是住宅建筑設(shè)計，必須考慮地方特點(diǎn)、習(xí)俗、傳統(tǒng)、社會和文化背景、生活行為模式、以及社會、經(jīng)濟(jì)、科技和生活發(fā)展?fàn)顩r，照抄、照搬外國、外地的住宅建筑是完全違背可持續(xù)設(shè)計原則的。最近有一位從美國來北京開會的研究生，她是伊朗人，第一次來中國。我問她：“你這幾天最深的感受是什么？”她未加思索地說：“我來中國，特別想看中國的建筑，但是現(xiàn)在還沒有看到。”可見中國是多么需要中國建筑。2. 環(huán)境能源的多樣化模塊專業(yè)級分析2.1建筑環(huán)境模擬CFD可持續(xù)設(shè)計的概念和相關(guān)實(shí)踐是在全球可持續(xù)發(fā)展的思考和實(shí)踐過程中逐漸形成和產(chǎn)生的。1987 年，聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會(WCED)在我們共同的未來(Our Common Future)一書中正式提出可持續(xù)發(fā)展(Sustainable Development)的概念“既滿足當(dāng)代人的需求，又不對后代人滿足其自身需求的能力構(gòu)成危害的發(fā)展”。此后，聯(lián)合國通過召開“聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會”等一系列舉措，使得可持續(xù)發(fā)展的概念逐漸得到世界各國政府及學(xué)者的接受和支持。用可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)來衡量建筑行業(yè)，就得到了可持續(xù)建造(SustainableConstruction)的概念。1994年，在美國佛羅里達(dá)州坦帕市舉行了“首屆國際可持續(xù)建造會議”。在會上美國佛羅里達(dá)大學(xué)教授基伯特(Charles J. Kibert)第一次提出并解釋了可持續(xù)建造的概念“基于高效資源利用和生態(tài)學(xué)原則的健康的建筑環(huán)境的創(chuàng)造及其負(fù)責(zé)的管理”。可持續(xù)設(shè)計是可持續(xù)建造活動的一部分，是人們?yōu)榱藙?chuàng)造有助于人類可持續(xù)發(fā)展的建筑物所作的設(shè)計工作。當(dāng)人們設(shè)計和構(gòu)造復(fù)雜系統(tǒng)的時候，或研究自然界、人類社會中漫長的演變過程和不易重復(fù)試驗的事物時，需要制造一個模型來進(jìn)行各種試驗。在歷史上，人們應(yīng)用過數(shù)學(xué)模型、實(shí)物模型進(jìn)行試驗?？删幊痰臄?shù)字計算機(jī)出現(xiàn)以后，人們把數(shù)學(xué)模型編制成計算機(jī)程序，在虛擬空間中完成模擬過程，這就是計算機(jī)模擬技術(shù)。計算機(jī)模擬經(jīng)過反復(fù)試驗，幫助人們了解系統(tǒng)的性能，檢驗預(yù)想的假設(shè)，進(jìn)行系統(tǒng)的分析、設(shè)計、預(yù)測或評估2。CFD，即計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)，是一種重要的計算機(jī)模擬技術(shù)，其產(chǎn)生可以追溯到20世紀(jì)30年代初，它是流體力學(xué)、數(shù)值計算方法以及計算機(jī)圖形學(xué)三者相互結(jié)合的產(chǎn)物。1974年，丹麥的尼爾森(P.V. Nielsen)首次將CFD 技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)工程，模擬室內(nèi)空氣流動情況，標(biāo)志著CFD 技術(shù)開始應(yīng)用于分析工程中的流動問題。近年來，隨著計算機(jī)容量的大大提高，先進(jìn)的數(shù)值計算技術(shù)的出現(xiàn)以及各種湍流模型的提出，CFD 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、環(huán)境水利工程、化工、熱能動力、核能、大氣流動等領(lǐng)域?？茖W(xué)計算可視化(Visualization in Scientific Computing，簡稱ViSC技術(shù)的出現(xiàn)，使得CFD 技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展。在可持續(xù)設(shè)計中，需要對設(shè)計方案的自然通風(fēng)和溫度分布狀況進(jìn)行模擬，因為這是節(jié)約能耗和達(dá)到適宜的室內(nèi)環(huán)境的重要因素。近年來的研究和經(jīng)驗表明，室內(nèi)空氣流動情況很大程度上影響了人體的熱舒適和健康，房間的空調(diào)或自然通風(fēng)的效率以及建筑物的能耗狀況。CFD 技術(shù)具有成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同工況等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在可持續(xù)設(shè)計中大有用武之地。利用CFD方法可以對室內(nèi)空氣流動形成的速度場、溫度場、濕度場以及有害物濃度場等進(jìn)行模擬和預(yù)測，從而可以得到房間內(nèi)各種物理量的詳細(xì)分布情況，這對于保證良好的室內(nèi)氣流組織設(shè)計方案、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，以及減少建筑物能耗都有著重要的指導(dǎo)意義。此外，利用CFD技術(shù)也能對建筑外部的空氣流動情況進(jìn)行模擬和預(yù)測，有助于建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計時全面考慮建筑物周圍的微氣候，減少建筑物對于環(huán)境的不利影響。在實(shí)際運(yùn)用中，CFD 技術(shù)通過與ViSC技術(shù)的結(jié)合可以直觀的將模擬結(jié)果用圖形表示出來，便于設(shè)計人員觀察和判斷。美國麻省理工學(xué)院(MIT)建筑系有個名為“中國可持續(xù)城市住宅研究團(tuán)”(The Sustainable Urban Housing in China Group)5)的學(xué)術(shù)組織，曾經(jīng)在中國大陸進(jìn)行了一系列可持續(xù)住宅的設(shè)計研究工作，探索在像中國這樣的發(fā)展中國家的城市進(jìn)行可持續(xù)住宅設(shè)計的具體途徑和方法。1999年至2000年，該組織與上海同濟(jì)大學(xué)以及上海住房發(fā)展公司合作，進(jìn)行了上海泰東小區(qū)的可持續(xù)設(shè)計研究。該項目是以課程設(shè)計的方式開始的。2000年秋，3個學(xué)生設(shè)計方案提交給了開發(fā)商。經(jīng)過比較和評估，其中的一個最終得到了深化和發(fā)展。該項目的主要成就是深入研究了建筑單體的室內(nèi)空氣質(zhì)量問題和具體的通風(fēng)設(shè)計問題。通過CFD技術(shù)，設(shè)計者最終將由2棟建筑組成的方案，改成了由33棟建筑組成，使得小區(qū)內(nèi)氣流分布更為均勻，改善了小區(qū)的總體環(huán)境狀況。在進(jìn)行模擬時，假定了風(fēng)向為東南向(當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向)，風(fēng)速為3m/s，離地面10m。CFD軟件模擬了2種不同方案在不同的高度對小區(qū)氣流環(huán)境的影響(圖5)。CFD技術(shù)還對單體的室內(nèi)通風(fēng)狀況進(jìn)行了模擬工作，供設(shè)計者評估方案之用。能力。實(shí)踐證明，在以CFD為代表的計算機(jī)模擬技術(shù)的幫助下，建筑師可以獲得直觀、科學(xué)、可靠的決策依據(jù)，真正提高可持續(xù)設(shè)計的有效性。我國是一個發(fā)展中國家，同時也是一個人口眾多、資源相對匱乏、工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱的大國，在發(fā)展中所面臨的環(huán)境壓力特別巨大。嚴(yán)峻的形勢迫使我國加快進(jìn)行可持續(xù)設(shè)計的研究,然而，目前我國的可持續(xù)設(shè)計的理論和實(shí)踐都處在初級的階段，發(fā)展速度也不盡人意。究其原因，主要是設(shè)計手段的嚴(yán)重滯后，多數(shù)人沒有意識到可持續(xù)設(shè)計對信息技術(shù)的巨大依賴性。改變這種狀況需要政府、學(xué)術(shù)界和每一個有責(zé)任感的建筑師一齊行動起來，努力提高自己的知識水平，使得以CFD為代表的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)早日成為提高我國可持續(xù)建設(shè)乃至可持續(xù)發(fā)展水平的有力工具。2.2日照模擬SUNCOST城市日照是一個物理變化過程,主要表現(xiàn)在日照陰影和太陽輻射方面。研究城市照環(huán)境,就是通過模擬太陽運(yùn)動,結(jié)合城市建筑物的布局,研究日影變化規(guī)律,從而對城市規(guī)劃進(jìn)行一定的科學(xué)指導(dǎo),然而影響城市居住區(qū)環(huán)境的物理因素不僅僅是自然光、還有其他因素諸如熱、聲、氣等,但自然光環(huán)境與其他不因素不同的是光因地理、氣象條件而產(chǎn)生,是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀因素。因此,以自然光照作為切入點(diǎn),引入建筑物陰影和太陽輻射數(shù)據(jù),將其空間動態(tài)變化與綠化位置優(yōu)化結(jié)合是本文的主要內(nèi)容。2.2.1 日照陰影的物理環(huán)境作用建筑物陰影在人們的生活中隨處可見,在炎熱的夏季有一定的陰影往往會起到特殊的防熱避暑作用，而且在部分地區(qū)，建筑物的設(shè)計上也都比較關(guān)注夏天的遮陽問題，從建筑型體的控制上入手,對建筑物的高低、走向、布局進(jìn)行設(shè)計來營造物理環(huán)境,即利用建筑物陰影來防熱降溫51。然而,建筑物陰影也會帶來一些麻煩,遮擋冬季居室采光，遮擋陽光影響城市中植被生長等。2.2.2 日照陰影的遮陽與降溫效應(yīng)減少太陽輻射是降低溫度最直接的方法,在建筑物陰影區(qū)域內(nèi)的地表及空氣溫度與非陰影區(qū)。已有研究者29統(tǒng)計表明:建筑日照陰影與城市居住區(qū)熱環(huán)境有著密切的關(guān)系,良好的陰影結(jié)構(gòu)及空間分布變化對炎熱的夏季防熱降溫具有一定的功效和意義,結(jié)果顯示城市陰影面的地表溫度比太陽直射面的地表溫度低16-26,如表 4.1、4.2 所示。表1表2表3通過上圖對比可以發(fā)現(xiàn)，混凝土地表在陽光和陰影下的溫差明顯大于綠地,而且混凝土地表溫度要高于綠地地表的溫度，在一天中陰影下的草地溫度基本與空氣溫度持平,而陰影覆蓋的混凝土地表溫度卻在早晚時分低于空氣溫度中午時分又高于空氣溫度。這也說明一點(diǎn),通過物理過程來避免陽光直射，降低太陽輻射對降溫有直接快速的效果。2.2.3 陰影與綠化的關(guān)系綠地系統(tǒng)在城市中具有重要的作用,是城市自然和生態(tài)的重要組成部分,不僅可以凈化空氣,消除噪音,降低空氣溫度,而且還可以給城市帶來一定的美化功效。光照是植物生長的必需條件,城市中高樓林立的城市遮擋陽光資源,產(chǎn)生的建筑物陰影使植被等綠地因得不到充足的陽光而不能發(fā)揮更好的生態(tài)效應(yīng)。然而建筑物陰影客觀存在不可避免,但是利用陰影的位置入手來分析指導(dǎo)綠地的優(yōu)化卻有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義,一方面可以對綠地的合理位置進(jìn)行選取和優(yōu)化分析,另一方面,建筑物遮擋產(chǎn)生的陰影區(qū)域可以布置一些適合生長的種類,這樣不僅有效避免了日照資源的不足,而且在城市景觀上又體現(xiàn)出了綠地系統(tǒng)的多樣性。2.2.4 城市陰影率分析關(guān)于陰影率的概述在第二章節(jié)中已經(jīng)講述,它是指某時刻陰影面積在地塊面積上的占有比例,反映的是城市某一地塊內(nèi)居住小區(qū)的日照陰影和居住環(huán)境質(zhì)量的狀況,與建筑容積率、綠地率不同的是陰影率是一個動態(tài)變化的量值。一年中不同時刻的建筑物陰影都是不同的,因此對陰影率的分析,必須選取一個具有代表性的時間段來進(jìn)行。尤其在夏季,它的值在一定程度上能更好的反應(yīng)出某一小區(qū)的居住舒適度。在進(jìn)行分析時,需要知道城市中某一指定地塊的地塊面積(Plot Area),模擬并統(tǒng)計出分析時間段內(nèi)各個時刻的陰影面積(Sha Area)。由于時間是一個連續(xù)變化量,而且在相鄰時刻點(diǎn)陰影的空間特征具有一定的相似性,根據(jù)這一特點(diǎn),將某一天的時間進(jìn)行離散化,即劃分為一系列微分單元,并且我們假定在時間單元內(nèi),陰影的是不變的,時間單元劃分的越細(xì)越精確,而此前關(guān)于城市日照分析中建筑物遮擋的日照時數(shù)計算就是利用這種算法,將連續(xù)的時間離散,然后再根據(jù)遮擋條件判斷來積分,累計計算出遮擋時數(shù),陰影率只是表示一天陰影的變化和所占的比例,以夏至日為例,取一天的 08:00-18:00 之間的不同時刻點(diǎn),以1h為時間刻度進(jìn)行繪表7表6表5表4不同季節(jié)陰影率對比圖表,如表所示 不同時刻陰影率對比圖2.2.5 城市陰影的變化分析太陽高度角和方位角的改變,表現(xiàn)在地面上反映的是建筑物陰影的長度和角度的變化,即陰影的長度差和方位差,習(xí)慣上我們將變化理解為面積大小和位置的改變,但這不能更精確的描述其變化量,因此,筆者通過總結(jié)前人的研究成果,引入了陰影的長度差和方位差概念作為建筑陰影變化的衡量指標(biāo)。在晴天,建筑物陰影是一個隨時間和地點(diǎn)變化的量,表現(xiàn)為早晚時分陰影較長,中午時分最短,而且陰影的位置和角度也有東到西發(fā)生變化,如圖所示。通過以上分析,陰影的影響范圍便可以由陰影的長度差和方位差近似計算,其中包括陰影的外圍輪廓和陰影死區(qū)(照不到陽光的區(qū)域)。由于陰影在早晚時分長中午時分短,使陰影面積形狀呈現(xiàn)蝴蝶狀圖形,因此陰影范圍圖也稱之為蝴蝶圖城市太陽輻射的空間變化分析。2.2.5 城市日照制約下的綠地空間布局城市綠地是城市的重要組成部分,在城市中具有重要的美化和生態(tài)功能,大多以人工栽培為主,通常分布于街道兩旁,高樓之間以及高架橋?qū)又g,其種類布置,群落的形成以及生長情況在很大程度上受到人為的影響。關(guān)于城市中植被以及綠地的研究雖起步較晚,但目前在國內(nèi)已有部分學(xué)者對城市植被的種類組成和城市化對樹木和綠地等的生長影響方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究。隨著城市化規(guī)模加劇,城市空氣水質(zhì)污染、日光資源遮擋等環(huán)境因素對植物的影響逐步開始被人們所關(guān)注,然而 GIS 和遙感技術(shù)的出現(xiàn),使城市化包括城市中植被和綠地的進(jìn)一步研究得到了足夠的支持,在北京、廣州、上海、天津等地相繼開始應(yīng)用遙感和 GIS 技術(shù)對城市植被綠地進(jìn)行大規(guī)模大范圍的調(diào)查和研究,都取得了較好的研究效果。將日照和城市規(guī)劃結(jié)合研究是一個探索性課題。從陰影的變化和位置入手,通過分析建筑物陰影的空間分布特征以及日變化情況,并結(jié)合植物對光的需求對城市綠化布局進(jìn)行合理指導(dǎo)。正確合理的綠化布置不僅可以為夏季烈日下形成自然涼,而且可以使植物得到合理的光照使其正常健康的生長,在光照強(qiáng)烈的地方可以布置一些喬木類植物來吸收過多的太陽輻射,這樣可以防止地表暴漏在陽光下空氣溫度居高不下,從而起到改善建筑周圍微氣候的作用,而在光照微弱的地方布置一些耐陰植物,這樣不僅可以使建筑圍繞在綠色的植物中間,在美化環(huán)境的同時又不影響正常的生態(tài)功能發(fā)揮,而且還可以更加充分的利用建筑周圍的土地資源。并且綠地的優(yōu)化反過來又對建筑的日照環(huán)境起到一定的改善作用,減弱輻射,增加室外舒適度,給建筑的使用者帶來一定舒服感。綠地的布局設(shè)計主要利用陰影、輻射、現(xiàn)狀綠地以及道路來共同參與完成,具體的優(yōu)化流程如圖所示。對綠地空間布局的優(yōu)化,主要是利用陰影和輻射的變化分布,尋找出強(qiáng)光和弱光的分布區(qū)域,進(jìn)行綠地布局時既要避免植物生長的“死區(qū)”又要防止“強(qiáng)光傷害區(qū)”,從而提高植物的生態(tài)效益,而提高綠化設(shè)計的生態(tài)效益就必須滿足在日周期內(nèi)得到適量的太陽輻射,因此,對建筑周邊的強(qiáng)光區(qū)域和弱光區(qū)域的確定是關(guān)鍵,合理正確的利用光照資源,在不同的光照條件下布置不同種類的植物,才能保證植物的最大最優(yōu)生態(tài)發(fā)揮,這也是本圖1 綠地的空間布局優(yōu)化過程圖文利用陰影分析和太陽輻射分布模擬結(jié)果的應(yīng)用層面。2.3采光分析lighting采光分析確定網(wǎng)格和設(shè)置地理位置： Model settings-model context/grid size 改為3000 Grid extents改為-1000，56000.0 -1000，36000.0 0.0 ，15000.0-date/time/location中將緯度、經(jīng)度改為徐州的經(jīng)緯度：緯度：34 經(jīng)度：116開啟分析網(wǎng)格：在右側(cè)點(diǎn)擊-grid managemengt，確認(rèn)number of cells中的x ,y ,z 值分別為20、16、16在分析網(wǎng)格面板中最下方“calculation”欄中的“l(fā)ighting levels”處于選中狀態(tài)，點(diǎn)擊“perform calculation”,選中“skip wizard”,最后在“general settings”欄中選擇“medium precision和“clean windows”,在“sky conditions”-calculate from model latitude ok Date&scale-daylighting levels日照分析-daily sun path選中 ，圖示為太陽在12個小時內(nèi)的運(yùn)行情況-annual sun path -hourly(在下面)，可以看到規(guī)劃方案光影的一個變化，-annual,可以看到每年的一個光影的變化分析旁邊某個建筑對這個建筑的某個窗戶的影響：選中這個窗戶，-“地球”-冬至日/夏至日 -“地球”-找到徐州氣象數(shù)據(jù) -“地球”-冬至日/夏至日 選中窗戶-display analysis grid -auto-fit grid to objects -axis-xz axis形成豎的網(wǎng)格，通過調(diào)節(jié)滑條，將網(wǎng)格弄到窗戶的面上。調(diào)節(jié)網(wǎng)格的大小/grid management,使之正好等于窗戶的大小，工具欄中/calculate-solar access analysis圖2 日軌圖 -選中shading,overshading（遮蔽和一些日照時間） -for current day（冬至日一天當(dāng)中日照情況） -cumulative values（一天從早到晚冬至日累計的日照時間） -analysis grid -use fast calculation method-講進(jìn)度調(diào)高(shading accuracy)-ok 講看到窗戶上會出現(xiàn)各種顏色的分析網(wǎng)格，進(jìn)而分析，再算一下它的日軌圖 -calculate/sun path-calculate shading,講滑調(diào)調(diào)高一點(diǎn)-ok得到簡圖（被遮擋情況的析）黑色是被遮擋的情況，白色是沒有被遮擋的情況。2.4地下車庫氣流組織模擬SIMULEX誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)在地下車庫通風(fēng)中得到了廣泛的應(yīng)用, 系統(tǒng)的設(shè)計已具備了一些初步理論。文獻(xiàn)1I定性分析了其與傳統(tǒng)的管道通風(fēng)系統(tǒng)相比在空間使用、室內(nèi)空氣品質(zhì)、設(shè)計彈性、成本以及運(yùn)行管理等多方面的優(yōu)缺點(diǎn)。對于無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)選擇計算時,有關(guān)噴嘴的分布和角度以及噴嘴間距已有一些定性的理論論述, 但誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在地下車庫中應(yīng)用的實(shí)際效果如何, 如何合理地進(jìn)行氣流組織, 這是廣大設(shè)計工作者所關(guān)心的問題。對于同一個車庫, 送、排風(fēng)口的位置, 噴嘴的布置方式可以有多種, 也就是說噴嘴的主干線布置方式可以有多種。為探求哪一種方式最佳, 我們對藍(lán)天電腦地下車庫不同的布置方式, 采用軟件AIRPAK進(jìn)行模擬和分析, 從而得出一般性的結(jié)論。模擬模型的確定。.2.4.1 物理模型的簡化假設(shè)采用誘導(dǎo)通風(fēng)的地下車庫屬三維非穩(wěn)態(tài)紊流流動, 為了能夠滿足現(xiàn)有的計算條件, 并且最大限度地反映實(shí)際情況, 作以下假設(shè)：( 1) 氣流流動為穩(wěn)態(tài)流動;( 2) 室內(nèi)氣流不可壓縮, 近似為理想氣體;( 3) 假設(shè)為無溫差送風(fēng), 視為均勻溫度場;( 4) 室內(nèi)無內(nèi)熱源, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱;( 5) 進(jìn)行污染場模擬時, 忽略污染粒子的質(zhì)量;( 6) 室內(nèi)污染物發(fā)生率為恒定。2.4.2 數(shù)學(xué)模型采用應(yīng)用范圍最廣的兩方程模型,由于近壁面區(qū)附近,粘性作用較強(qiáng),為了避免在近壁區(qū)產(chǎn)生較大的計算誤差, 本文采用高R數(shù)k 一二三維紊流模型, 僅考慮低階粘性的作用, 忽略高階量。,一氣體紊流粘性系數(shù),m 刁S;k 一氣體紊流脈動動能,m zs/ Z ;二一氣體紊流能量耗散率,m zs/ 。一空氣含塵濃度,m g 八1 1 3 ;Fc 一污染物發(fā)生率, m 留( m ,s ;)e * 2 ,一均為模型常數(shù)。2.4.3 模擬參數(shù)設(shè)置(1) 模型尺寸: xzJ = 3 s.sm x 5 2.o m x 2.sm :(2) 根據(jù)文獻(xiàn)2 的實(shí)測結(jié)果, 地下停車庫的汽車平均排氣量為1一1lm Vh, 汽車排放CO的平均濃度為5 3 5 0 0 一5 5 o o o m g/ o 3。本工程實(shí)例, 平均停車數(shù)為100輛, 因此汽車排放co的產(chǎn)生量為.6 0 5 k 郭h ;(3) C O 將以點(diǎn)源形式散發(fā), 基于對實(shí)際情況的模擬, 將車庫內(nèi)C O 污染源假定為近地面處均勻散發(fā), 即假設(shè)各處污染源發(fā)生強(qiáng)度一樣;(4) 取汽車尾氣的排放溫度為5 0 , 汽車尾氣的廢熱量為183 k w ;(5) 新風(fēng)C O 濃度為3 m 歲耐,C O 最高允許濃度設(shè)計采用z 2 5m g/l幻3 ;(6) 誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)風(fēng)量按實(shí)測平均值9 32 m V( hx 個) ;(7) 風(fēng)口模型尺寸近似取ZOOm m x 7 5m m , 風(fēng)速172 l nl/ s ;(8) 送風(fēng)傾斜角口= 3 00。2.4.4.一種方案此方案是按照工程實(shí)際的布置方式來模擬的,給出了方案一有代表性的氣流和濃度的分布。通過以上速度場的模擬可以看到:， 方案一誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)布置方式( 1 ) 噴嘴的擾動作用是非常強(qiáng)烈的, 可以攪拌室內(nèi)靜止的空氣一起運(yùn)動。( 2 ) 在噴嘴處氣流速度最大, 隨著過流斷面的增加, 速度逐漸衰減,符合射流理論。此方案可以形成很好的接力氣流, 但是在進(jìn)風(fēng)口處引人的新鮮空氣幾乎沒有經(jīng)過污染區(qū)就直接在排風(fēng)口排出,即出現(xiàn)了送、回風(fēng)短路現(xiàn)象, 所以導(dǎo)致了整個空間內(nèi)的污染物不能得到有效排除,通風(fēng)換氣效果很差。車庫內(nèi)呼吸區(qū)最大風(fēng)速小于1.5 而S ,大部分區(qū)域都在.0 5而S 以下。為了驗證此模擬方法的可信性, 將模擬的結(jié)果與車庫內(nèi)實(shí)測值進(jìn)行了比較。測試結(jié)果參見文獻(xiàn)3。工程測試了系統(tǒng)進(jìn)排風(fēng)量測試、誘導(dǎo)通風(fēng)機(jī)特性檢測、車庫內(nèi)速度、溫濕度、C和OC濃度O、噪聲、照度等, 對每臺誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)分別測量了距風(fēng)口中距離為l m、3 m、10 m 處的軸心風(fēng)速,測量通風(fēng)和未通風(fēng)兩種情況下車庫內(nèi)的C02 、CO濃度。通過比較發(fā)現(xiàn): 模擬的速度場與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合,濃度場的模擬結(jié)果與實(shí)測相差較大。這是因為進(jìn)行實(shí)測時車庫內(nèi)僅有幾輛車, 實(shí)測得到的是濃度的瞬時值,且測點(diǎn)的布置有限, 并不能反映整個車庫內(nèi)濃度的情況。流場模擬的一致性說明采用此種模擬方法是可取的( 1)由于誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)的存在, 不但使得地下停車場內(nèi)形成了明顯的空氣主氣流, 且流速高于送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)形成的氣流流速, 也大于誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行形成的氣流流速, 同時由于誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)形成的多股輔氣流, 將停車場內(nèi)非主流區(qū)的有害氣體排至主氣流內(nèi),使得污染空氣可以盡快排出室外。( 2) 依據(jù)工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)( TJ 3 6一7 9),車庫內(nèi)CO濃度控制在Zomg八113，車庫的新風(fēng)量控制在5次小,排風(fēng)量控制在6次爪是合適的。( 3 )誘導(dǎo)通風(fēng)的采用是確保空氣氣流傳輸、擴(kuò)散、稀釋的一種手段, 其室內(nèi)污染物的平均濃度關(guān)還是J急通風(fēng)量的大小。(4) 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)遵循下面的原則:主氣流通道一般設(shè)置在車庫的通道上, 方向應(yīng)盡量與車行方向一致。比較好的噴嘴布置方式是: 由幾排噴嘴將車庫邊緣處的污染物吹趕至車庫中央地帶, 在中央地帶噴嘴縱向接力形成氣流流通通道, 誘導(dǎo)污染空氣至排風(fēng)口排出。(5) C O 濃度并不像大多數(shù)參考文獻(xiàn)上提出的, 從車庫進(jìn)風(fēng)口至排風(fēng)口是逐漸增加的。這除了由于模擬軟件本身的誤差與誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)的布置有關(guān)之外, 實(shí)際工程中影響氣流組織的因素很多。理論上, 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)效果上近似于置換通風(fēng),C O 的濃度在排風(fēng)口是最高的。但實(shí)際上, 在進(jìn)、排風(fēng)口之間往往有一段很長的距離, 氣流的接力作用減弱, 尤其是污染源靠近進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)系統(tǒng)在低風(fēng)速運(yùn)行時, 氣流不能按理想方向推進(jìn); 另外, 車庫中車輛的移動也形成紊流, 使得C O的濃度并不像理論上那樣分布。因此, 有條件設(shè)置C O氣體濃度傳感器控制通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的車庫, 當(dāng)采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)時, 除在排風(fēng)口附近設(shè)置傳感器外, 在預(yù)期的C O 濃度較高的區(qū)域也應(yīng)設(shè)置。(6) 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)從整體來看表現(xiàn)為全面通風(fēng)換氣,C O 平均濃度明顯是較低的?？傊疅o風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是一種較先進(jìn)的通風(fēng)系統(tǒng)。由于合理地利用了送風(fēng)機(jī)、誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)形成有組織的空氣流動, 可及時將地下車庫內(nèi)的有害氣體稀釋到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi), 并排出室外。實(shí)際工程現(xiàn)場實(shí)測表明, 它是一種較理想的車庫通風(fēng)系統(tǒng)形式。2.5建筑能耗的模擬apache表8 各常數(shù)的取值建筑模擬主要在如下兩方面得到廣泛的應(yīng)用：建筑物能耗分析與優(yōu)化和空調(diào)系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化。利用建筑能耗模擬與分析軟件對建筑能耗模擬，可以隨時模擬任意地點(diǎn)、任意氣候區(qū)及任意季節(jié)的情況，而不受實(shí)際因素的影響。也可以對我們提供各種各樣的可能方案進(jìn)行可行性分析，開拓我們的思路，實(shí)現(xiàn)各種可能性。除了在設(shè)計階段可以使用外，還可以預(yù)測并調(diào)整建筑建成后可能出現(xiàn)的問題。因此，在設(shè)計階段盡早進(jìn)行能耗模擬分析的話，將可以增加設(shè)計過程的預(yù)測性和可控性。在建筑的使用過程中，能量的消耗主要用于建筑的空調(diào)、照明、熱水、炊事、電器等，其中尤其是空調(diào)系統(tǒng)的能耗占了建筑能耗的一半以上。因此，建筑能耗模擬與空調(diào)的負(fù)荷計算密切相關(guān)。建筑能耗模擬是利用計算機(jī)對建筑能耗和采暖空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行動態(tài)的計算，從而對建筑物及其空調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析和評價?？照{(diào)負(fù)荷計算就是對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。它是依據(jù)設(shè)計規(guī)范和建筑熱工性能，計算出建筑物的冷負(fù)荷、熱負(fù)荷、濕負(fù)荷以及新風(fēng)負(fù)荷，并以此來確定空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的容量大小。負(fù)荷計算是建筑能耗模擬的基礎(chǔ)。建筑物能耗計算的目的是預(yù)測建筑物全年的能源消耗量，從而為方案的分析和評價提供依據(jù)。能耗計算與空調(diào)設(shè)計中的負(fù)荷計算是類似的，它們的區(qū)別主要在于能耗計算一般選擇有代表性的氣候條件為計算基礎(chǔ)，即所謂的典型氣象年。負(fù)荷計算以極端的氣候條件為計算基礎(chǔ)。負(fù)荷計算可以確定暖通空調(diào)設(shè)計負(fù)荷的峰值，從而選擇合適的設(shè)備容量和數(shù)量。能耗計算可以得到用來滿足負(fù)荷的一年的能源消耗量。目前能耗計算的方法有多種，基本可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩類。靜態(tài)計算方法應(yīng)用相對簡單，但它不能給出能耗隨時間的變化情況，它不考慮建筑結(jié)構(gòu)蓄熱的影響。常用的靜態(tài)計算方法有度日法、bin法、溫頻法、滿負(fù)荷系數(shù)法等。動態(tài)計算方法對能耗進(jìn)行全年的逐時計算，它能詳細(xì)反映能耗隨時間的變化。常用的動態(tài)計算方法有加權(quán)系數(shù)法和熱平衡法。建筑能耗模擬除了需要建筑設(shè)計的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)氐氖彝鈿庀筚Y料也是非常重要的信息。建筑能耗模擬是全年8760h逐時的動態(tài)模擬，因此需要逐時的氣象數(shù)據(jù)。建筑能耗模擬所需要的氣象參數(shù)包括太陽輻射、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、云量、大氣壓力等約10到13種數(shù)據(jù)。模擬往往采用典型氣象年的氣象數(shù)據(jù)。典型氣象年的數(shù)據(jù)可以根據(jù)過去多年的氣象數(shù)據(jù)，通過一定的方法建立。模擬軟件是建筑能耗模擬的工具?，F(xiàn)在有許多個大型工程中得到應(yīng)用。不同類型的模擬軟件，各個軟件有各自的特點(diǎn)，并且面對眾多的模擬軟件，要進(jìn)行比較和做出選擇并還在不斷的發(fā)展。有些模擬軟件計算詳細(xì)精確，但是不容易。選擇軟件時首先要考慮清楚所要解決的問使用起來很復(fù)雜，要求的專業(yè)知識較高，它們在過去通常用于研究目的，例如DOE-2，BLAST，ESP-r,TRN-SYS和Energy-Plus。這些詳細(xì)的建筑能耗模擬軟件通常是逐時、逐區(qū)模擬建筑能耗，考慮了影響建筑能耗的各個因素，如建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、HVAC系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。在建筑物壽命周期分析（LCC）中，建筑能耗模擬軟件可對建筑物壽命周期的各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，包括設(shè)計、施工、運(yùn)行、維護(hù)、管理。另外還有一些相對簡單的軟件，例如Energy-10，ENER-WIN和EnergyScheming等。這些軟件可以進(jìn)行建筑全年能耗的評估，用于系統(tǒng)方案的比較選擇。在國內(nèi)，清華大學(xué)的建筑能耗模擬軟件Dest影響較大，并已經(jīng)在幾個大型工程中得到應(yīng)用。面對眾多的模擬軟件，要進(jìn)行比較和做出選擇并不容易。選擇軟件時首先要考慮清楚所要解決的問題，軟件并非功能越強(qiáng)大就越好，因為這種軟件往往更昂貴，并且由于使用復(fù)雜而更易出錯。另外要考慮軟件使用的成本，包括培訓(xùn)、計算機(jī)資源等。表列建筑能耗舉了幾種模擬軟件及其特點(diǎn)，供參考。表9 建筑能耗模擬軟件及特點(diǎn)名稱特點(diǎn)Doe-2適用于各類住宅和商業(yè)建筑。它可以進(jìn)行逐時能耗分析，HVAC系統(tǒng)運(yùn)行的壽命周期成本（LCC）分析，有20種輸入校核報告，50種月度或年度綜合報告，700種建筑能耗逐時分析參數(shù)，用戶可根據(jù)具體需要選擇輸出其中一部分。有非常詳細(xì)的建筑能耗逐時分析報告，可處理結(jié)構(gòu)和功能較為復(fù)雜的建筑。但是操作較復(fù)雜，須經(jīng)過專門培訓(xùn)，對專業(yè)知識要求較高。這是目前最強(qiáng)大的模擬軟件。BLAST適用于工業(yè)供冷，供熱負(fù)荷計算，建筑空詞系統(tǒng)以及電力設(shè)備逐時能耗模擬。輸入文件可由專門的模塊HBLC在Windows操作環(huán)境下輸入，也可在記事本中直接編輯。基于Window的友好的操作界面，結(jié)構(gòu)化的輸入文件，可分析熱舒適度，高強(qiáng)度或低強(qiáng)度的輻射換熱，變傳熱系數(shù)下能耗分析。對專業(yè)知識和工程實(shí)際有較深刻的理解才能設(shè)計出符合要求的模型。Energy-Plus適用于多區(qū)域氣流分析，太陽能利用方案設(shè)計及建筑熱性能研究。