基于风环境改善的城市开敞空间设计研究报告01211131马浩宇摘要：气候是影响自然环境和人类活动的一个重要因素。

近年来,随着气候问题越来越严重,人类逐渐认识到气候对人类生活的重要性,从气候学角度进行城市设计能够营造更加舒适的空间环境,降低能耗,并能够为城市规划提供新的设计思路。

本文在归纳总结相关学科研究基础上,从微气候的风环境角度切入，通过通风廊道、街区廊道和开敞空间风环境设计三个专项研究，并结合scSTREAM软件的风环境模拟，掌握开敞空间风环境设计的要素和基本方法，并运用到城市设计方案中，以期营造一个风环境理想的城市生活空间。

关键词：风环境设计，开敞空间，廊道，风环境模拟。

一、研究背景和研究意义1、研究背景（1）全球气候局势严峻气候问题近些年来越来越明显,冰川融化,海平面上升,极端气候频繁,人们对这一系列关系生死存亡的变化越来越担忧,减少碳排放,减弱温室效应,成为人类必须面对的关键问题。

（2）能源危机世界范围的能源危机，为人类敲醒了警钟。

从设计行业的角度出发，应该减少人们主动方式避免气候影响所带来的高能耗问题，营造舒适的户外环境，延长户外休闲活动时间，减少室内停留时间所引起的能耗。

（3）地域景观特色的趋同随着科学技术的发展，针对气候设计的相关作品却比较少，设计领域内的趋同现象越来越严重，缺乏地域特色。

2、研究意义针对开敞空间微气候特征和变化规律研究，可以指导改进建筑布局以及下垫面的配置，从而改善空间微气候，提高室外环境热舒适性，降低建筑空调能耗。

本专题从城市景观规划设计角度出发，弥补“城市微气候”与“景观设计”交叉学科之间的研究不足。

使得在城市景观设计的实践过程中，对于城市气候因素的思考与应对得以规范、科学，也为“景观空间形态布局气候合理性”的实现提供一种可能的途径，最大限度的实现景观设计中环境舒适度和能源低消耗的可持续发展。

二、国内外研究现状1、国外研究现状（1）希腊学者道萨迪亚斯——“人类聚居学”：把人类聚居与生态学、环境学结合起来，这一理论于20世纪50年代至70年代流行起来。

（2）V．奥戈雅——“生物气候建筑学”：将设计与气候，地域和人体生物舒适性结合起来，提出生物气候设计的原则。

（3）C．柯里亚——“形式追随气候”：气候在根本上影响着我们的建筑物和我们的城市。

（4）拉尔夫．厄斯金——“形式和构造”：提出了“巨构建筑”的城市模式来抵御恶劣的气候条件，保证城市内步行交通及各项社会生活的连续性。

2、国内研究现状（1）《中国21世纪议程一中国21世纪人口、环境与发展白皮书》：从我国具体国情和人口、环境与发展总体联系出发，提出人口、经济、社会、资源与环境相协调、可持续发展的总体战略、对策和行动方案。

（2）王丽萍《城市下垫面对微气候影响研究》：在建筑群体通风设计方面，应注重有利于通风的朝向、建筑间距以及布局形式的选择，在单体建筑设计方面要注意建筑体形的控制和自然通风的导引。

（3）张一平《城市庭院小气候特征季节变化初探》：对城市绿地与微气候环境的调节作用做了详细的调查。

三、概念解析1、开敞空间日常生活中的城市开敞空间包括两个层面的内容：一个是开敞空间的围合物质要素，另一个是开敞空间的“质量”。

通过开敞空间物质形态各个要素的合理布置，实现增加空间质量的目的，更高效的服务使用人群，是城市开敞空间景观设计的重要目的，而风环境设计更是必不可少的组成部分。

（见表3-1）。

表3-1城市开敞空间组成要素2、风的不同效应（1）风影效应空气流动过程中，如果存在障碍物,在其阻碍运动情况下，在障碍物的背面会形成较之侧面和正面，风速明显变低的区域，这种现象称之为“风影效应”。

（见图3-1）图3-1 风影效应示意图（2）狭管效应由于风通过窄小通道时，两侧相互挤压，增大气压，增快地表通过速度的现象，由于狭管效应，风速通常可增加15% — 30%。

（见图3-2）。

对于冬季寒冷的天气里，这种现象会给居民带来不舒适的感觉。

但是同样可以利用狭管效应实现增强夏季活动空间的通风效率，它的强度与街道的断面及几何形状存在一定的联系。

（3）风速梯度风速会受到地表摩擦力的影响，随着高差的变化（见图3-3），高空的风所受摩擦力较小，风速较大，从而形成的压力差，称之为“风速梯度。

图3-2 狭管效应示意图图3-3风的垂直梯度变化与下垫面关系（4）角隅效应风吹过建筑物时，由于受到建筑物的阻挡，改变了原来的运动方向，从而产生延建筑物边缘绕流，绕流会沿着边缘线与其它方向的气流相互挤压，加强形成强风区，从而形成“角隅效应”。

这种风通常会破坏人体舒适性，严重的会造成危险。

但掌握得当，也可以利用来形成凉爽的微气候风，增强空间的舒适性。

（5）热力效应所谓的“热力效应”是指由于各个界面接受到的太阳福射的不同，材料的不同，绿化，水体构成不同导致热环境的差异，升高区域内的温度，形成负气压，从而形成气压差，在其作用下，进一步引起各种复杂的局地环流。

四、专项研究1、通风廊道根据对不同模式绿地廊道的通风模拟演示结果，我们可以发现，利于城市通风，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°一60°时，“穿堂风”最为顺畅，且风速均匀(图4-1)。

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。

景观中的通风廊道建设是配合城市通风廊道的建设而形成的，由于城市中建筑高低错落，布局存在严重的不合理，会对城市的通风效果产生不良的影响，导致城市中的排热和污染物在城市空间中残留，通风廊道建设，受到越来越多学者的重视，景观在形成的同时，从小的方面要保证园区空气流通，图4-1 风向与建筑夹角对风环境的影响大的方向，要尽量与城市结合好，构建系统化，整体化的通风廊道。

图4-2 直线型廊道体系的风环境表现图4-3 优化后廊道体系的风环境表现2、街区廊道（1）规划布局①密排式布局密排式布局建筑密度较大，建筑间距很小，在合理规划通风廊道的基础上，在适当位置规划开敞空间，既缓解了建筑密度过大的问题，为人们提供公共活动空间，同时对风场的转变具有较明显的影响。

通风廊道可以看成是对风场的分流，而开敞空间对来自通风廊道的空气流具有很好的“聚流”作用，两者结合效果较好（图 4-4）。

图4-4密排式开敞空间② 行列式布局行列式布局在开敞空间设置上与密排式的差别在于行列式布局建筑密度较小，建筑之间较易形成互相交叉的通风廊道，针对盛行风向的影响，布置建筑布局的同时，在适当位置设计开敞空间，改善了行列式布局呆板的特点，开敞空间与各个通风廊道形成网络化的通风系统，有利于街区风的流通与扩散（图4-5）。

③ 围合式布局图4-5行列式开敞空间围合式布局由建筑围合而成，其本身就含有较大的开敞空间，因此，在对围合式布局进行规划时，考虑各种围合空间形态和大小，避免空间过大和过小，过大的开敞空间既浪费用地对改善风环境方面的提升空间不大，而空间过小对风场的影响不大。

此外，还需要考虑围合空间四周的开口位置和大小，充分利用围合式布局开敞空间在改善风环境方面的优势。

④点群式布局点群式布局建筑呈散点式布置，各个建筑相对独立，与其他模式相比，该模式中开敞空间的规划灵活性比较强，综合考虑来流风向和风速、建筑高度、建筑间距的变化等因素，运用廊道结合开敞空间的形式进行建筑布局（图4-6）。

图4-6点群式开敞空间3、开敞空间风环境设计良好的风环境能够降低空气温度，南京地区夏季炎热，高湿的气候特征，通过风环境的合理规划设计，能够有效的控制开敞空间的微气候，通风是南京地区开敞空间设计的最重要的设计方向。

以风的采集和疏导为基本准则，根据空气运动规律，通过不同空间的组合，可以提高开敞空间夏季风的流动速度，加速水分蒸发，降低空气温度，同时兼顾阻碍冬季冷风对空间的侵扰，增强整个间的空气流通效率，同时巧妙的结合居民的活动空间，活动场地特征要求，提高人们在休闲娱乐时的舒适度。

归纳总结为以下基本设计策略：图4-7 通风模式图如图4-7通风模式图，良好的风环境必须保障风的进入，利用其运动规律，建构引风口增大风量；之后便是对空气导流的过程，当空气进入空间内部，会由于风阻而不断的降低风速和改变风向，合理的风廊营建能够降低风阻效应以及实现对风的高效利用。

在对城市开敞空间风环境调查研究的基础上，归纳总结得出，南京地区开敞空间风环境调节应该由以下调控节点着手：引风口、风廊、风影(风障),热点空间，加速空间以及与休闲空间的合理布置每种空间形式的特征和作用不同，如表4-1。

表4-1 风调控模式不同空间作用4、风环境模拟运用scSTREAM 软件对地面高度1.5m处风环境进行模拟，参考南京风向为东南风偏南风，风速为2.8m/s 。

参照风环境生态指标测评体系，以5m/s作为人体风环境舒适度的临界值。

图4-8 方案模拟结果五、设计应用通过专项研究，方案设计运用开敞空间风环境设计，并通过风环境模拟，不断完善空间设计，以达到理想的城市风环境。

以街区开敞空间设计为例，如图5-1所示。

图5-1 街区开敞空间设计1、提高引风口效率图5-2 采风口模式平面图(左)、采风口立面模式图(右)开敞空间的入口区域应选择区域盛行风的入口，利于场地内风环境的改良，利用开敞漏斗形状的入口（图5-2），借由障碍物的风阻效应，增大受风面积，控制空气流动的方向，将大量的空气收入通风廊道，通过幅合作用，不断增大入口出的气压。

气压增强会导致气流加速以及竖向上的升高，如为了减少后者所引起的气流减弱现象，风廊入口处要利用高大乔木或者其他构件避免其发生。

为了加强夏季风对区域环境的调节作用，入口处宜设置水面，利用水蒸发吸收热量，降低气压引导气流增强采风效果。

2、合理规划热力效应风影区的设计可以结合热点空间的设计，利用热力效应形成的低气压，形成不断向上的空气流动，热点空间模式如下：图5-3 热点空间立面图如图5-3，热点空间比较开敞，周边植物宜低矮，阴影面积较少，利用高曝光率，增加区域的福射效率，提升温度，空气受热膨胀，逐渐升高，形成地表局部低气压区域，周围冷空气补充，抽动整个区域的低温气流，加强空气流动。

热点空问的关键是增加地表空气的温度，在材料选择上可以采用比热较小的材料，例如景墙，硬质铺装，人工景观构筑物等，与活动场所结合会达到更好的效果，因为这种空间在日照强烈的白天营造高温空间，为主要作用时间，材料选择也比较广泛，而在傍晚时，日照减弱，温度变化较之林地空间速度快，空气凉爽，可以利用这些开场空间作为傍晚居民运动的主要场所。