郑州市居住区绿色空间布局对风环境的影响效应

摘要

城市中的居民小区作为市民生活的主要载体，其内的风环境质量与居民的身心健康及舒适程度密切相关。本文通过对北温带大陆性季风气候区内的城市居住区不同空间的风环境进行实测与数值模拟，系统地分析了城市绿色空间空间形态、建筑群体与单体的布局、风景园林空间要素等对风环境的影响机制，为城市居住小区的风环境优化提供可行的引导及控制性设计策略。
　　本研究对居住区风环境的实测部分包括两个方面:①对于郑州市中心城区的不同方位的6个居住小区，采用Lutron LM-8000微气候记录仪在2015年9月12日-15日(8:00-19:00)期间对各居住小区1.5m行人高度处的风速和风向实时同步记录，风向的记录采取人工对风速条的方向观测进行记录。②对于河南农业大学校园不同绿色空间，将实验仪器RR-9150五要素气象站分别固定在空间内所选样点处，测试高度设置在人体对温湿度最为敏感的1.5m高处，风速(WS)、风向(WD)，三个测点同步记录数据，记录频率为每10分钟一次，记录时间为2016年9月-2017年2月，记录完成后使用软件Microsoft Excle2010和SPSS19.0对数据进行整理和分析。利用ENVI-met进行的数值模拟分为三个部分:①对高层居住小区的风环境模拟;②对不同布局绿色空间的现状和改变植物种植结构后的风环境模拟;③对多层居住小区内不同的绿色空间布局进行风环境模拟优化设计。
　　(1)通过从不同的角度对各小区风环境情况的分析，总结各小区的风环境特征如下:行列式多层建筑布局的小区内，各区域的风速与风向的变化基本一致;而高层建筑的小区各区域的风环境变化的差异性显著，高层建筑间的“狭管效应”使其建筑间的风速值显著增大。居住区在城市中的地理位置到市中心较远的小区和到市中心中等的小区风环境没有出现显著性的差异，而到市中心较近和到市中心较远的小区出现了显著性的差异。半围合型布局的小区的风速值最低;点状布局的小区中，建筑对来流风的风速阻碍作用最小，且对来流风的风向改变不大，因此点状布局的小区内部气流较为通畅，其风环境与受城市来流风的影响较大。小区内各测点的风向主要受建筑布局和周围道路走向的影响，静风频率与周围环境的围合程度有关，围合程度越大，其静风频率越高，较为开敞的空间静风频率较低。
　　(2)不同天气条件下三个绿色空间的风速变化趋势和风向变化频率:开敞型空间风向变化最频繁且风速、风向变化幅度较大，说明开敞型空间的空气湍流交换最活跃;行列式空间风向变化频率比开敞型空间低且风向、风速变化的幅度较小，说明行列式空间受建筑布局和植物种植方式的影响，比开敞式空间的空气湍流交换弱;围合型空间风向变化的频率最低，风向、风速变化幅度也最小，说明围合式空间的空气湍流交换在三种空间类型中最弱。三个空间的静风状态多出现在夜晚或者阴云天气条件下，行列式绿色空间和开敞型绿色空间风速和风向变化情况较复杂。在晴朗天气条件下，不同的下垫面出现温差，日间湍流加强，近地表风速增加，风速随不同下垫面温差的变化而改变，温差减小，湍流交换减弱，风速也减弱。围合型绿色空间内不同下垫面在夜间的温差较小或者几乎没有温差，因此在夜间出现绝对静风状态。开敞型绿色空间的风速在日变化过程中具有变化幅度大和最高风速大的特点，行列式绿色空间与开敞型绿色空间相比变化幅度较小，围合型绿色空间风速变化趋于平缓。
　　(3)绿化植物对风速和风向的影响主要体现在降低风速、产生湍流、改变风向这三个方面。高大茂密的乔木主要影响10m高度处的风环境，对空气污染物的扩散与空气的净化作用明显;低矮的灌木丛主要影响人行高度1.5m处的风环境，能够弱化建筑边缘角流区的强风，改变来流风的方向，增加空气的湍流。不同绿色空间的风速值分布与其植物类型的分布关系明显，植物种植结构层次丰富的区域风速值变化梯度较广，不同类型的植物对风速的作用不尽相同，主要体现在阻风与产生湍流促进小范围内的空气流动。
　　(4)采用ENVI-met对居住区小区绿色空间的风环境进行优化设计模拟，其结果可作为设计参数。由模拟结果的对比可知:小区内的绿化植物种植并不是越多越好，种植过于紧密会阻碍气流的流动，使小区处于静风状态，不利于空气的更新与污染物的扩散。在建筑间空间植物搭配不当，会形成“峡谷风”，风速较强会影响居民进行户外活动。根据建筑布局与道路走向进行合理的植物布局，对营造良好的居住区风环境至关重要。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 城市中出现的风环境问题

1．1．2 城市绿色空间的生态价值

1．1．3 风环境模拟软件的发展

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 国外相关研究概述

1．2．2 国内相关研究概述

1．3 研究的目的与意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 研究内容与方法

1．4．2 研究方法

1．5 技术路线

第2章 研究相关理论基础

2．1 城市风环境

2．1．1 风速梯度

2．1．2 风影效应

2．1．4 角流区

2．2 街区风环境

2．2．1 居住小区风环境

2．2．2 高层建筑群风环境

2．2．3 单体建筑风环境

2．3 城市绿色空间的布局

2．3．2 绿色空间布局

2．3．3 绿色空间风环境

2．4 居民区风环境舒适度评价指标

2．4．1 居民区室外空间风速控制指标

2．4．2 风环境与空气污染物

2．4．3 城市热岛效应与风环境

3．1 研究区域概况

3．1．1 郑州市地表粗糙度

3．1．2 郑州市绿色空间发展历程

3．1．3 居住小区环境概况

3．2 实测样点的选择

3．2．1 居住小区样点位置及环境概况

3．2．2 校园中样点的选择及环境概况

3．3 实测方法及实验仪器

3．3．1 居住小区的实测方法及实验仪器

3．3．2 校园实测方法及实验仪器

3．4 不同类型居住区的风环境差异性

3．4．1 居住小区粗糙度系数对风环境的影响

3．4．2 居住小区到市中心的距离对风环境的影响

3．4．3 居住小区建筑布局对风环境的影响

3．4．4 绿色空间布局对风向的影响

3．4．5 不同住区形式风环境特征

3．5 不同布局形式的绿色空间风环境实测

3．5．1 不同天气条件下风环境变化趋势

3．5．2 白天和夜晚风环境变化趋势

3．5．3 不同绿色空间风环境特征

第4章 风环境模拟分析

4．1 参数设置

4．1．1 初始条件输入

4．1．2 模型建立

4．2 小区风环境模拟

4．2．1 模拟结果精度

4．2．2 对现状的模拟

4．2．3 更改绿色空间结构后的模拟

4．2．4 “帝湖花园”风环境特征

4．3 不同布局的绿色空间风环境模拟

4．3．1 对现状环境的模拟

4．3．2 植物配置模式①的模拟

4．3．3 植物配置模式②的模拟

4．3．4 植物配置模式③的模拟

4．3．5 垂直方向的风环境特征

4．3．6 植物配置结构对风环境的影响

5．1 不同布局形式的小区风环境现状

5．1．1 三区A、B区现状实测

5．1．2 三区A、B区现状模拟

5．1．3 三区现状风环境分析

5．2 优化小区内的绿色空间布局与结构

5．2．1 优化绿色空间的结构

5．2．2 优化后的三区A、B区模拟

5．2．3 优化绿色空间结构后风环境

5．3 居住小区风环境优化策略

5．3．1 城市内部街道的布局

5．3．2 建筑形态与布局

5．3．3 居住区植物配置

5．3．4 绿色空间公共设施

第6章 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论

参考文献