绿色居住区的生态建筑规划

■ 杨 丽 YANG Li 李 瑜 LI Yu 孙碧蔓 SUN Biman

地球上珍贵的自然资源日渐匮乏,能源问题受到全球正视。而人类社会中最大的能源消耗成因之一来自建筑产业，因此节约能源与绿色建筑已然成为未来人类与自然和谐共存，永续经营的目标。

本文对安徽省马鞍山市某小区规划设计进行分析，以该区域之气候条件为研究基础，辅以计算机软件例如Ecotect等作为研究工具，利用软件精准的定量分析，针对相关设计条件包括建筑朝向、自然条件通风、采光日照等，进行模拟分析并采取节能设计手段。从绿色生态角度对规划方案进行统筹优化设计，以此作为规划节能居住区时的科学依据。

1 概述

该规划基地位于安徽省马鞍山市境内当涂县，护城河以北，西靠姑熟路临古玩市场，北靠荷花塘，姑熟路位于其东侧。交通十分便捷。总用地面积为75 922 m2。规划区周边有卫生服务站、商店、医院、超市等生活服务性设施，本文选取西北组团作为研究对象加以分析（图1、2）。

2 气候分析与设计策略

图1 小区规划总平面图

图2 小区规划鸟瞰图

长江下游南岸的马鞍山市，地理位置处于安徽省东部，坐落在南京与芜湖之间，行政划分上属华东地区，而在热工气候分区中属于夏热冬冷气候区[1]。由于本次模拟实验缺乏马鞍山市必要气象信息，因此以临近且气候相似城市南京替代，使用Ecotect软件，以南京典型气候年逐时气候作为数据库（CTYW）[2]，对建筑以及马鞍山的气候进行模拟分析后得知，马鞍山市全年湿度较高，年平均相对湿度达到75%～80%，年平均干球温度为16℃左右。节能设计规划时可通过分析数据成果与地域特征进行建筑环境控制。

焓湿图是Ecotect气候分析工具（Weather tool）的重要技术，能够依据当地气候数据特点进行各项被动式技术策略分析[3]，此项功能提供了针对性的特点，是一项突出的气象数据分析方法。倘若在设计规划阶段采取适当的被动式技术策略，由于机械措施层面的负担受到控制并缓解，因此能有效降低往后建造以及运行维护费用[4]，与此同时，建筑带给周边环境的影响将随之减弱。被动式技术策略的设计分析以图3表示，其中，黄色框线区域即是热舒适区，并包含被动式太阳能采暖、蓄热能力、夜间自然通风、自然通风、直接蒸发降温、间接蒸发降温六个方面，依照顺序颜色排列如下：红色、蓝色、梅红色、暗红色、粉色、浅蓝色。依据分析数据可知，被动式技术策略中，满足提升维护结构的蓄热能力，各时段合理应用自然条件通风的设计成效最佳，能有效改善人体舒适度[5]。

3 方案设计阶段

3.1 建筑朝向与布局

顺应自然的建筑设计能最大化地减少各种建筑可能造成的环境影响，在方案设计阶段首重考虑的便是建筑的朝向与布局。

欲获得全年里欠热期或者是过热期的太阳辐射得热量等信息，可使用Ecotect中的Weather tool（气象分析工具），得出太阳辐射等相关数据进行研究，适宜当地的建筑朝向便能经由数据计算获知相对最佳方案[6]。

图3 各被动式策略对于改善热舒适性的范围图

图4 利用Ecotect，通过采集各朝向获得的年热辐射总量，得出建筑最佳朝向的分析图。图中显示了受到太阳辐射得热最多的建筑朝向，以夏冬两个时期为主，夏季时期以红色线表示，绿色线则代表冬季，当地建筑最适宜朝向根据气候因素等条件进行分析推算获得，以黄色线表示。南偏东7.5°为该规划设计中小区住宅最佳朝向。

3.2 小区太阳辐射及日照分析

对于日照时间的分析，Ecotect软件具有十分强大的功能，非常适合模拟全年中任意时间点的太阳运行轨迹和其位置[7]。Ecotect不仅仅可以对单独建筑体的日照时间进行模拟，也具有对整个小区日照辐射强度进行模拟计算的能力。通过对场地的日照辐射模拟分析，可以得到小区的全年累计日辐射分布情况（图5、6），以此考虑对小区规划过程中的日照影响因素。

公共活动场所受到较大的太阳辐射，大部分在北部与西部的公共活动中心、公用绿地区域和商业中心。从整体来说，小区由于建筑密度较大，阳光照射的范围小，特别是西北部分，出于自身东西朝向的限制与高层建筑的遮挡，照射到的阳光比较少[8]。

图4 建筑最佳朝向分析图

图5 热辐射图

图6 地块全年累计日平均太阳辐射分布图

根据小区的太阳辐射状况，可以将此作为建筑布局的依据之一，减少光照辐射不合理的空间区域，以及为合理安排小区内景观的分布，植物的种植种类和公共活动区域的规划等提供参考。具体在功能分区上，对于光照要求较高的场所，如座椅、晾晒区、儿童活动空间等，都应该安排在日照状态较好的区域；而对于其他一些对于日照要求不高的的公共设施，比如配电室、垃圾桶等，可以布置在受太阳遮挡较为严重的区域，合理利用小区内部空间。对于绿化植物种类的选择，常绿的大乔木适宜种在累计日照辐射强度较强的场地，可以为场地提供四季清凉的日照环境。而对于落叶乔木，适宜种在累计日照辐射较小的区域，既能保证在夏季为场地遮阴，又可以在秋冬季叶落后为场地提供足量的日照，不会影响场地在秋冬季的采光[9]。在累计日照辐射过低的区域，可以种植喜阴的植物。

根据场地的日照分析情况，在小区规划前期，可以对设计方案是否在日照方面具有合理性进行分析，并根据具体情况进行进一步的合理优化，使得整体的方案更加完美。

Ecotect在日照分析方面功能强大，且易于操作，能够非常直观地表示出建筑物的日照情况。图7和图8为该小区靠近东北角的一栋17层高层经过日照模拟分析得到的结果。通过分析其南立面在大寒日的日照时长，了解其被其他建筑物的遮挡情况。具体的计算中，对该建筑的南立面划分了适宜的网格，以满足足够的精确度。经过Ecotect的迭代计算，得到的模拟结果显示，南立面日照时长最短的地方位于左下角，为2.1h，基本满足日照要求。若不满足，可以通过Ecotect得到日照时长不满足要求的原因。显然在日照分析方面，其具有相当大的优势[10]。

图7 大寒日建筑日照系数分析图

3.3 自然通风分析

自然通风是一种被动式策略，古老而且有效，良好的自然通风利于清洁空气、降低温度与除湿[11]。从上文中的分析，可以得知湿热引起夏季不适意，良好的风环境就显得极其重要。因此，在规划中应当重视这个问题。

根据图9的夏季风频风速分布图可知，在该地，夏季主导风为东南风。为了使得该小区在较为闷热的夏季获得较为舒适的风环境，小区在初期规划的时候应规划出一条南北方向的通风廊道，同时，小区的整体分布排列上宜采用斜列式布局模式，提高小区的通风状况[12]。

对于单体建筑而言，由于东南风为夏季主导风，在建筑的设计过程中，应该将南侧的窗户尽可能加大，增大室内的通风量，同时，应该增高北侧的窗台高度，使得出风口高于进风口，气流在室内形成上升的趋势，有利于自然通风[13]。

依据ECOTECT气象分析得到的这些数据，将不同方案分别从建筑朝向、日照、场地辐射、自然通风等方面进行比较分析，得出各个方案各自优势和劣势，进一步生成次规划方案，通过这种分析，生态建筑节能的理念就能贯穿于整个规划方案的全部过程。

图8 大寒日建筑日照系数分析图

图9 夏季风频风速分布图

4 结语

本文介绍了我国目前绿色建筑和生态建筑的发展现状，并以安徽省马鞍山市的一个住宅小区为研究对象，提出了一种集合了建筑朝向分析、日照分析、场地辐射分析、自然通风分析的设计模式，借用Ecotect这一工具，使得小区的前期规划更加可视化，互动性更强。将生态建筑节能的理念，对该小区在这几个方面的表现状况加以综合分析并加以验证，为后续的设计进程提供保障。凸显了绿色建筑设计理念在整个建筑设计中不可替代的地位和作用，为建筑的生态发展可持续化提供借鉴。