场地微气候综合分析方法

熊海，刘彬

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

0 引言

场地微气候环境是指局部区域由于受场地状况及周边环境影响所形成的气候环境。微气候环境反映了场地的实际气候环境情况，微气候环境与气象参数差异较大，了解不同区域的微气候环境，可以因地制宜的进行建筑的规划设计。

1 传统微气候分析方法

微气候环境包括了温度、湿度、风向风速、日照等指标，这些指标与地区气候参数有较大的差异，如气象资料中的风向是在平坦的场地中测得的不受周边物体遮挡所形成的风向及风速。而实际微气候环境下，局部地区由于地形，周边建筑等环境的影响，形成了诸如由峡谷效应导致的风速加强，由上风向遮挡所造成的下风向无风区，或涡旋区。在温度方面，由于城市的生产生活，产生了大量的热量，硬质铺装与水体及绿地等环境对太阳辐射的吸收率不同，散湿量不同，导致了城市热湿环境的差异，有测试资料显示夏季沥青路面的温度可能比绿地及水面附近的温度高出20℃以上。

综上所述，为了获得对建筑设计起指导作用的微气候环境，人们通过建立建筑模型，模拟太阳轨迹，模拟风向走动，画风场图等方式，来了解建筑的微气候环境以指导设计。

2 目前微气候分析方法的不足

传统的微气候分析方法耗时耗力，很难大面积推广。20世纪90年代，随着计算机技术的发展，通过计算机软件来进行微气候环境的模拟得到了推广应用。人们可以通过CFD软件来模拟风环境，通过ecotect等软件模拟采光，日照等环境，建筑设计师可以更方便地根据微气候环境进行场地设计。

但是目前采用计算机模拟技术来分析场地微气候环境的方法，在应用中也有其局限性，例如风环境模拟，一般仅在特定条件下进行模拟，如采用夏季10%大风下的风环境进行模拟，这样的模拟结果并不能反应全年的风环境情况，即使做了四个季节的风环境模拟，在实际应用中也很难判断最佳的风环境条件。此外场地微气候环境包括了日照、温度、湿度等因素的影响，单一的对某个因素进行分析，并不能全面的了解微气候环境的好坏。如在冬季要求避风，但是避风的情况下，可能往往缺少日照，因此避风的环境不一定是好的微气候环境。因此综合分析微气候环境情况，才能清楚方便地指导建筑师进行建筑场地设计。

3 场地微气候综合分析方法

综合分析微气候环境，可考虑建立一种指标体系，通过指标得分来分别判断不同季节微气候环境好坏，得分越高则微气候环境越好。分析不同季节的微气候环境指标值后，再根据各季节在全年中所占的比重，对各季节微气候环境指标值进行加权计算，即可得到全年的微气候指标值，从而实现综合评估场地微气候环境。

4 场地微气候综合分析方法实施步骤

场地微气候的综合分析主要的实现方法分为以下几个步骤：

（1）指标体系建立

微气候指标选择，根据气候特点及对建筑环境影响的大小，选择所考虑的微气候指标，如风向，风速，日照，温度，噪声等。这些微气候指标在不同地点的叠加即可得出一个综合的微气候环境指标。对于一般的项目而言，日照、阴影，通风及避风这几个指标对微气候环境具有重要影响。

微气候指标值确定，微气候环境的得分高底，与所在区域的气候条件有关，因此对于微气候环境指标的得分高底，应详细分析当地各季节的气候环境，结合热舒适环境要求，来进行综合考虑确定。表1及表2是根据重庆地区气候特点所暂定的日照及风环境的微气候指标，春夏秋冬四个季节的日照阴影取冬至、夏至、春分与秋分四个典型日，风环境分别取各季节典型风向下平均风速。所列指标值考虑到重庆地区长年湿度较大，日照偏低，夏热冬冷的情况。冬季日照时间越长越好，日照时长越长，指标值越高，夏季则对日照的需求较少，但完全的阴影下也并不好，因此过多的日照和过少的日照指标值均不高。冬季重庆地区仅需要微小的风速，而在夏季湿热的天气，则要求较大的室外风速，但风速不应大于5m/s，因此适当的风速可以得到最高的指标值，结合热舒适度指标值的相关要求，暂定了表1表2中的指标值。所列指标值可根据专家意见及相关调研情况进行调整。

表1 日照时间指标

表2 风速指标

（2） 模拟分析

在确定了微气候指标体系后，即需要具体分析场地的微气候环境。在这里以重庆地区为例，利用ecotect模拟软件，分析场地春夏秋冬四个季节的日照阴影情况，春夏秋冬四个季节的日照阴影取冬至、夏至、春分与秋分四个典型日，利用CFD软件分析四个季节的风环境情况，四个季节的风环境分别取各季节典型风向下平均风速，图1及图2为某场地的冬季日照及风环境模拟分析结果。

图1 日照阴影

图2 风环境分析

（3）数据处理及图形化分析结果

将四个季节的日照小时数及风速资料提取出来，结合微气候评价指标体系。利用Matlab软件编程计算，得出场地的微气候综合指标得分。综合指标的得分范围为0～10分。在这里日照及风速对微气候环境指标的权重暂定取1∶1，即权重系数均为0.5，权重比也可根据需要进行调整。春夏秋冬各季节在全年的时间比重也按1∶1∶1∶1，即权重系数为0.25，季节权重系数也可根据春夏秋冬各季节实际所占时间进行权重系数调节。

5 场地微气候综合分析实施案例

图3是利用Matlab软件编程计算了重庆地区一个丘陵场地的微气候综合指标的案例。在这个实施例中，首先对场地四个季节主导风向平均风速下的风环境进行CFD模拟分析，得出各季节场地风向及风速指标，如图4和图5所示，浅色部分为风速较大的区域，模拟分析结果出来后，将风向及风速数据导入利用matlab软件编写好的微气候评价软件中，得出地块各区域对应风环境下微气候环境指标得分。利用ecotect软件分析场地四个季节典型日，日照时间指标值，然后将数据导入微气候指标评价软件，得出各区域微气候日照阴影指标得分，最后利用网格统一划分的方式将风环境与日照指标值进行叠加，得出微气候综合指标，得分越高的区域微气候环境越好。

图3 场地地形图

图4风环境指标

图6 为该案例中地块微气候综合指标值，由此可清楚的知道场地微气候环境状态优劣的分布，图中浅色区域为适宜的微气候区域，深色部分为微气候环境较差的部分，这样可以很方便地指导建筑场地设计，优先选择微气候环境好的场地做为建筑选址进行开发。

图5 日照阴影指标

图6 微气候综合指标

利用该指标结果，也可应用于场地景观的设计，如植物配置分布的指导，活动场地的布置设置等。

[1]住房和城乡建设部.GBT 50785-2012民用建筑室内热湿环境评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]（美）诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南——采暖.降温.照明[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2004：279.

[3]建设部.GB/T 50378-2014，绿色建筑评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4]杨柳.建筑气候学[M].北京：中国建筑工业出版社，2010：10.