基于CFD技术的深圳福田热岛区热环境改善策略研究

摘要

快速城市化进程的带动下城市迅速发展,大量的人口、城市建设等高度密聚集区在城市中出现,能源不断消耗,人为排热量剧增,城市通风、散热能力递减,热环境不断恶化,热岛问题加重。随着城市热环境问题在各研究领域关注度的不断提高,城市热环境被公认为是主导整个城市环境的要素之一,直接影响着城市的健康度、宜居性和能源消费结构。良好的城市空间结构和布局利于改善城市的通风状况,而良好的风环境对于改善城市热环境、缓解热岛效应具有十分重要的作用,因此,从城市规划的角度结合城市空间处理手法对基于优化城市通风的城市热环境改善策略进行研究是极具价值的课题。
　　论文将CFD计算机模拟技术引入城市设计之中,研究在大的气候背景下不同城市空间结构对城市热环境和风环境的影响,并总结出热环境改善策略。首先解析了与城市气候和城市热环境相关的问题,并回顾了国内外相关研究的进展,明确了现有研究存在的问题和不足,指出了城市规划领域的城市热环境研究目标。在此基础上，以处于夏热冬暖地区的深圳市为研究对象,分析了深圳市的热环境发展变化状况和城市热岛的时空分布情况。以此为基础,选取了福田热岛区进行重点研究。通过对研究地段温度、风速状况的实际测量和模拟,结合城市空间现状的调研分析,总结出地段内不同区域影响热环境的主要矛盾性问题。结合问题,提出了整个研究区域的改造策略:完善街道系统,整合区域街谷空间,形成完整的通风道;利用迎风侧开敞空间的引流作用;形成不等高的城市空间关系;强化绿化设计的整体、连续性,合理的选择植物搭配模式等。并针对待开发区域即典型地块进行了基于以上策略的规划设计,并先后通过调整建筑群体布局模式、高度和建筑平面尺度、形式,最终得出了优化方案,两轮优化调整过程均与模拟相结合。最后,对基于以上改造策略和优化设计得出的方案进行了模拟,发现整个区域的热环境有了较大改善。
　　论文研究了城市风、热环境与城市空间结构之间的关系,并提出了有建设性的改造策略,希望为城市热环境改善以及城市节能设计等提供科学的参考,以实现城市更加健康可持续发展的目标。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 城市环境问题日益突出

1.1.2 城市设计的主导作用尚未发挥

1.2 研究的目的及意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 问题域及概念界定

1.3.1 夏热冬暖气候区

1.3.2 城市气候相关概念

1.3.3 城市热环境相关概念

1.3.4 计算机模拟及CFD技术

1.4 国内外研究现状

1.4.1 城市气候研究概述

1.4.2 城市热环境研究概述

1.5 研究方法和内容

1.5.1 研究方法

1.5.2 研究内容及框架

第2章 城市热环境相关基础研究

2.1 城市气候与城市气候设计

2.1.1 城市气候与微气候

2.1.2 城市气候设计

2.2 城市发展与城市热环境

2.2.1 城市发展对城市热环境的影响

2.2.2 城市热环境的主要影响因素

2.3 城市热岛问题

2.3.1 形成原因

2.3.2 主要特征

2.3.3 热岛效应的影响

2.4 城市热环境与城市节能

2.4.1 热环境对节能的影响

2.4.2 城市热环境的改善途径

2.5 软件工具及技术思路

2.5.1 Fluent软件及其应用性

2.5.2 研究技术思路

2.6 本章小结

第3章 深圳市及福田热岛区热环境现状分析

3.1 气候影响下深圳市总体风热环境分析

3.1.1 深圳市总体风环境

3.1.2 深圳市夏季总体热环境

3.1.3 深圳市城市热岛现状

3.2 研究区风热环境现状

3.2.1 研究区概况

3.2.2 风热环境现状测量

3.2.3 风热环境现状模拟

3.3 福田热岛区热岛成因调查分析

3.3.1 用地功能及建设情况分析

3.3.2 街巷系统分析

3.3.3 建筑密度及单体形式分析

3.3.4 开敞空间分析

3.3.5 绿化分析

3.3.6 热岛成因总结及思考

3.4 本章小结

第4章 福田热岛区热环境改善及验证模拟

4.1 研究区整体优化策略

4.1.1 完善通风道

4.1.2 预留开敞空间

4.1.3 减少均质化空间

4.1.4 强化绿化配置

4.1.5 调整空间界面属性

4.2 典型地块设计及优化

4.2.1 初步设计方案

4.2.2 首次优化方案

4.2.3 二次优化方案

4.2.4 其他优化措施

4.3 整体改造方案模拟及对比分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢