基于自然通风改善的街道立面改善措施

基于自然通风改善的街道立面改善措施

刘倩

刘倩

广东省建筑科学研究院广州510500

摘要：近年来，高强度的城市开发、高密度建筑布局和人口持续增加使城市风环境日趋恶化，为改善新建城区或旧区改造的风环境问题，本文从建筑布局、通风廊道及建筑细节三个方面提出改善街道风环境的措施，研究与相关模拟表明：交错式布局、逐渐抬升的建筑高度、顺应主导风向的建筑方位能从根本上提高自然通风环境；经过精心布局与设计，城市绿地廊道能转变成通风廊道加强自然通风；建筑基底布置、开口布置、立面凹凸等细节处理能有效改善局部风环境。

关键词：自然通风；建筑布局；通风廊道；高楼风；风压

Abstract：Recently，thehighstrengthdevelopmentofcity、highdensitylayoutofthebuildingsandcontinuedpopulationincrease，whichleadtothewindenvironmentbebecomingworse，inordertoimprovethewindenvironmentinthenewcityandthetransformationofoldurbanareas，itputforwardthemeasurestoimprovethewindenvironmentofstreetfromthethreeaspectsthatthelayoutofthebuilding，ventilationcorridorandtheconstructiondetails，Researchandrelatedsimulationshows：astaggeredlayout、buildingheightgraduallydecreasingandbuildingbearingsconformtothedominantwinddirectionthatcanimprovethenaturalventilationenvironmentfundamentally；Afteracarefullayoutanddesign，cityGreenbeltcorridorcanturnintoaventilationchannelmakesstrengtheningnaturalventilation，theconstructionbaselayout，openingposition，verticalconcaveandconvexdetailstreatmentcaneffectivelyimprovethelocalwindenvironment.

Keywords：naturalventilation；thelayoutofthebuilding；ventilationcorridor；windoftallbuilding；windpressure

0引言

随着城市化发展速度的猛增，以及城市土地开发的高强度化，导致温室效应、空气污染、雾霾频发、城市热岛效应加剧等气候问题的曰益凸现，建筑与人口的日渐密集导致环境污染逐渐严峻，城市风环境亟待改善[1]。

在全球变暖与快速城市化背景下，城市的快速发展带来了一系列环境问题，如高楼林立产生的高楼风使得行人举步维艰；拥挤的建筑群产生无风区无形中堆积垃圾；城市高强度的建设一方面侵占自然水体、农田，另一方面又阻碍了城市空气的流动，致使城市热岛现象严重等，这些热污染与空气污染已对城市生态环境与居民身心健康构成了严重的威胁；而建筑自然通风无需任何能量损耗，以风压和热压为动力改善室内空气品质，从而改善城市热岛效应，使得居民生活舒适性显著提高，因此应从城市风环境的改善措施着手改善城市街道居民的生活环境。

1研究现状

自然通风以“热压”和“风压”为基本作用形式，且无需设置任何动力装置，为经济自然的通风方式，然而自然通风受室外气象条件影响，通风效果不稳定。近年来国内外许多地区和城市已先后开展了相关研究及建设，以及利用城市风道促进城市空气循环，从而改善城市通风环境，特别是舒缓夏季的热岛效应，减低冬季雾霾发生频率，并降低空气污染。德国学者早期根据局部环流运行规律提出了下垫面气候功能评价标准，将城市通风系统进行了较细致的划分[4]，近年来，自然通风应用于城市规划中，通过控制用地功能、限制建设开发强度、确定街道走向及建筑布局，链接开敞空间和绿地形成网络等措施，改善城市热、风环境[1]，这些经验值得正在经历城市化发展并急需改善风环境的城市借鉴。本文在总结相关研究的基础上，结合大量的通风模拟数据，提出了基于自然通风改善的街道立面方向的几个主要措施。

2.改善措施

从建筑物理学的角度来看，建筑环境主要关注建筑热湿环境、声环境、光环境和室内空气质量。其中，建筑的室外风环境是影响生活其中人员舒适性的重要内容，也是影响室内热、风环境的基础条件。合理的建筑布局、体型设计和室外园林绿化布置往往产生舒适的室外风环境和理想的室内自然通风，也会减少室内空调负荷，体现了节能、生态、绿色的建筑理念。

2.1建筑布局是根本

城市建筑在规划上的不合理是造成城市通风不良的一大原因。，如布局封闭、外部空间安排不当等，由于城市建筑布局的封闭，阻挡来流风速使得不能深入建筑区域的内部，并且城区内住宅、商业等公共建筑密集且大量消耗能源，如此，在微风和静风情况下，城区将处于窒息状态[2]。建筑群体的布局作为影响城市街道自然通风的根本因素，改善街道立面风环境应从建筑布局着手，作为构建城市舒适生活环境的首要条件。建筑布局应采用交错排列或前低后高，或前后逐层加高的布置。

a）为了保证建筑的自然通风效果，建筑的主要进风面一般应与建筑所在地的夏季主导风向呈60°至90°角，且不宜低于45°角，同时应避免大面积外墙和玻璃受到西晒；

b）建筑物长边与长年风向平行，城市主要大街、大道应与盛行风的方向并行排列或最多成30°角，令盛行风得以顺利的进入小区或建筑群体内部，如下图1中a）所示（红色箭头为盛行风向），风速大部分在2.0m/s左右，且建筑物与相邻建筑之间应留有充足的空间使得室外风的畅通，加大间隔避免产生局部峡谷风；而图b）为建筑大道与盛行风夹角在45°时，风速大部分在1.5m/s左右，较平行风向区内风速明显降低，且由于建筑间距不足形成了局部峡谷风，如图中红圈部分所示。

a）建筑物长边与常年风向平行时b）建筑大道与盛行风夹角45°时

图1建筑物的布局朝向对自然通风的影响

c）阶梯式高度轮廓可令风转吹向建筑高度较低的区域，高度轮廓差异可促进空气流动，如下图2所示，风速可顺着建筑的阶梯性依次增加或递减，降低高速风或避免产生无风状态。

图2阶梯式建筑布局利用自然通风示意图

2.2通风廊道为辅助

由于城区与周围郊区的连贯性，通常认为，城市内部纵横交错的各级道路和街道同样也能作为城市风廊为城市起到空气流通的作用。但通过对城市风场模拟分析可得：一般的城市道路和街道由于宽度不够、朝向不合理、下垫面阻碍较多、城市风速偏小以及街道本身的温度较高，实际上难以达到为城市通风散热的目的。因而，基于自然要素的城市通风廊道将是促进城市通风、缓解城市热岛的主要载体。

适当的规划城市中表面温度不同的区域，如水面、绿地的应用、由道路、休憩用地及低矮楼宇连成的通风廊道、利用非建筑用地的配置以辟设风道、增设绿化廊道等，即利用两者与建筑物的表面、铺装地面和马路等温差平衡的过程来产生气流。外部空间表面状态不同，相互间产生气流的难易程度亦不同。在城市规划中为了改善城市的热环境，必须重视水面和绿地的保留和扩建。使得绿地、水面与建筑物布置有机结合。城市中的建筑物形状和布局既要从景观考虑，也要考虑其使用功能，且不能忽视其气候效应（日照、通风、换气、空气净化和温、湿度）[3]。

城市绿地廊道不仅是维护城市生态平衡、美化城市景观环境的重要手段，同时，它有机联系城市内外自然环境，引入郊野新鲜空气，可缓解城市热岛效应，改善城市气候。因此，城市绿地廊道也是组织城市通风的重要载体。尤其对于城市的夏季高温是其最恶劣气候条件，利用绿地廊道组织城市自然通风为城市降温显得尤为重要。

选择正确的城市平面组合形式：合理栽种树木，形成绿化廊道，有利于导风、透风。树木可以降低风速，通常风速减少10%以上的范围，迎风可达树高的5倍，背风可达树高的2倍，保护绿化带如能使4%的风透过则可发挥最大的防风效果；树木层的下层开放的植物栽种计划可让凉风吹过，浓密的大树及林下灌木则可阻挡强风侵袭；建筑物或活动频繁场所应安置有遮阴树或大片草坪等有冷却空气效果地区的下风处。

缓解城市热岛的绿地廊道通常应具备两个条件：一是方向性，绿地廊道应顺应本地区的主导风向，并且，根据实验研究显示，当风向与廊道风口呈一定夹角，具体为30°至60°时，“穿堂风”最为顺畅，且风速均匀。同时，在保证廊道主体方向顺应主导风向的前提下，廊道形式的曲折会增加风在城市内部的流动；二是贯通性：城市绿地廊道应尽量与城市外围郊野绿地直接沟通，形成整体，并贯穿城市内部，避免在城市内部形成绿化孤岛。

2.3建筑细节重改善

自然通风的风压作用和热压作用随着建筑物的高度而增强，由此，高层建筑的自然通风较为有利，但是，高楼林立下的“山谷”对风场结构和大气污染的时空分布产生强烈的影响，形成“峡谷”效应。同时，高层建筑却把城市上空的高速风引向地面，带来变幻莫测的“高楼风”，危害行人和行车安全；风荷过大，玻璃幕墙会出现“雪崩”损坏。“峡谷”效应的另一表现形式是由于高层建筑云集，在建筑群体之间某些区域内可能形成“死小区”，空气不流通，造成严重的空气污染。同时高层建筑群还可能产生电子屏蔽效应，对电子信号、无线电波产生影响。高楼林立所造成的“峡谷”效应，已成为现代城市的公害。因此对周边地区自然通风的稳定性和控制不利，造成的高速风使得建筑周边的人群行走艰难。

a）基座型建筑

由于“楼房风”对行人的危害，可将高层建筑的下层部分规划为一大片的低层建筑物，以此减少对行人活动层的影响，下层部分的大片低层建筑称为高层建筑的基座；底层建筑设计的高度必须比周围的建筑物高，以避免楼房风影响周围的低矮建筑，形成过渡层。

b）中空化建筑

在建筑物的中层部分设置大开口，使得风能穿透而过，由此降低高层建筑引起的高空高速下沉风风速，建筑物中空层设置的位置以接近受风面的气流分歧点附近，其风速增加领域为最小。

c）其他措施

建筑平面转角处理：角偶锯齿状处理，使迎风侧上游处面积小，而下游处面积大；或将建筑物平面圆形化以降低风速增加领域。

墙面凹凸变化：将建筑物墙面做成凹凸状，以阻扰气流，降低横切建筑物侧面的风速；建筑物墙面凹凸状变化，可籍遮阳板或增设阳台方式处理。

3总结

建筑的室外风环境是影响生活其中人员舒适性的重要内容，也是影响室内热、风环境的基础条件。合理的建筑布局、体型设计和室外园林绿化布置往往产生舒适的室外风环境和理想的室内自然通风，也会减少室内空调负荷，体现了节能、生态、绿色的建筑理念。

街道风环境受城市气候、区域地形、街道形态等众多因素影响，本文主要从街道及其两侧建筑层面进行研究，分析表明建筑布局的合理性、通风廊道的建立及建筑本身的各项细节均能改善街道立面的自然通风环境，具体措施包括交错式建筑群布局、逐渐抬升的建筑高度、顺应主导风向的建筑方位、精心布局与设计通风廊道、建筑垂直变化与开口优化。

参考文献：

[1]任超，袁超，何正军等，城市通风廊道研究及其规划应用[J].城市规划学刊，2014，（3）：52-60

[2]王雪英，许东，丁波，有关城市风环境上设计的若干问题的探讨[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2009，29（3）：174-177

[3]李军，黄俊，炎热地区风环境与城市设计对策-以武汉市为例[J].室内设计，2012，（6）：54-59

[4]刘姝宇，沈济黄，城市气候研究在中德的城市规划中的整合途径比较研究[D]，浙江大学博士学位论文，2012

作者简介：

刘倩，女，助理工程师，硕士，1990年2月，工作单位：广东省建筑科学研究院。