城市规划中的热环境设计(绵阳20151120)

哈佛大学环境流行病学家Joel Schwartz等对2000 年至2008年生活在美国新英格兰地区近300万名65 岁及以上人口的死亡记录分析发现，夏季平均气温 每升高1℃将导致超过1%的人口死亡，而冬季平均 气温每升高1℃仅能够挽救不足0.6%的人口。暖冬 不能弥补夏热造成的人口损失。
城市热环பைடு நூலகம்问题对人居环境的影响
CTTC值
平均太阳辐射 对流得热比值
DUTE具有以下特点： 1）基于CTTC模型开发 2）提出多种下垫面蒸发计算模型和乔木模型 3）提出简便的风速计算模型 4）基于CAD的阴影率计算及用地统计 5）科学的评价指标与标准化气象参数 6）方便快捷的计算与输出模式
程序主界面
简洁明了的下拉菜单
直观的快速按钮 （浮动提示按钮的作用）
遮阳体 ：可为户外活动场所提供遮阳的物体。 遮阳覆盖率 ：在居住区的广场、人行道、游憩场、停车场等特定场地的地面范围内，遮 阳体正投影面积总和占该场地地面面积的比率(％)。
居住区活动场地的遮阳覆盖率限值(％)
场 地 气候区属 Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
广 场
游憩场 停车场 人行道
10
15 15 25
• 热环境整体评价
整个用地范围内的热环境模拟结果如下：
时刻 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 园区平均WBGT计算值 园区平均气温计算值 （ ℃） （ ℃） 25.689 25.276 24.938 24.791 24.683 29.162 28.385 28.007 27.47 27.009
(1) 城市居住区的夏季主导风向平均迎风面积比应符合规定（强制性条文）
城市居住区的夏季主导风向平均迎风面积比限值 建筑气候区划 平均迎风面积比 s Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、 Ⅶ建筑气候区 ≤0.85 Ⅲ、Ⅴ 建筑气候区 ≤0.80 Ⅳ 建筑气候区 ≤0.70
迎风面积比 ：建筑物在设计风向上的迎风面积与最大可能迎风面积的比值。 平均迎风面积比 ：居住区或设计地块范围内各个建筑物的迎风面积比的平均值。
注：1、表中“好”级的WBGT值是以最高肛温不超过38℃为限。 2、摘自GB／T 17244—1998。
• 热岛强度指标限值
8:00～18:00之间逐时热岛强度的平均值应不高于1.5℃。
参照：《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2006)(第2.0.2和4.1.12条）
DUTE的应用——厦门科技创新园
•2
全球变暖
共识：IPCC（政府间气候变化专门委员会）2013年9月第五次评估报告： 自1950年以来几乎所有地区都经历了升温过程，气候系统变暖是毋庸置疑的； 有95%以上的把握认为，人类活动是造成气候变化的主要原因。
预测：报告应用气候模式对未来的预估表明：如果太阳辐射没有显著变化以及没有 大的火山喷发这些会显著影响气候的自然因素，与1986～2005年的平均气温相比， 未来20年（2016～2035）的平均气温会高出0.3～0.7℃。
上海
北京
小区全天 小区全天 小区全天 背景全天 小区全天 背景全天 小区全天 平均 平均 平均 平均气温 平均气温 平均气温 平均气温 WBGT WBGT WBGT 26.26 27.48 28.05 29.05 30.46 31.55 27.33 28.55 26.11 27.11 28.36 29.44 23.56 24.78
计算结果统计



简便快速得到居住区的评价指标： 热岛强度和WBGT 可以将计算结果直接绘制在规划设 计案例图纸上 也可以以电子表格的形式保存计算 结果。
DUTE的应用案例——厦门科技创新园
目的：确保厦门科技创新园夏季热环境的安全性，改善热环境。
针对厦门科技创新园当前的项目设计资料及厦门气象数据，及国家相 关标准要求，确定该项目园区热环境的控制目标； 采用热时间常数法，运用 DUTE1.0 （著作权登记号 2008SR12279 ）对现 有方案模拟评价； 找出本项目热岛状况、热安全指标现状与控制目标的差距，并提出具 体的规划设计修改建议和技术应用建议。
热岛强度和WBGT指标的计算工具：居住区热环境辅助设计工具 ——DUTE(Design Urban Thermal Environment )
目前对于室外热环境设计还缺少定量分析工具，设计师对室外热环境优劣很难判断。基 于这些问题，我们对原有CTTC模型进行研究、改进，开发城市居住区热环境辅助设计工 具DUTE。
(2)在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ建筑气候区，当夏季主导风向上的建筑物迎风面宽度超过80m时， 该建筑底层的通风架空率不应小于10％
通风架空率 ：架空层中，净高超过2.5m的可穿越式通风部分的建筑面积占建筑基底面积 的比率(％)。 居住区架空率应为各栋建筑通风架空率的算数平均值，即
（3）居住区夏季户外活动场地应有遮阳，遮阳覆盖率不应小于规定限值（强制性条文）
迎风面积比
遮阳覆盖率
渗透面积比
计算流程
建筑阴影分析
计算居住区空 气温度

天空角系数
平均太阳辐射 吸收系数

建筑外墙面积
平均太阳辐射 透射比
利用CAD软件强大的图形处 理能力，可以快速得到建筑 阴影率和天空角系数，解决 CTTC模型中难以获得的关 键性参数。 统计分析规划图纸信息，可 以快速得到平均太阳辐射吸 收系数、透射比、对流得热 比和CTTC值。
30.54
31.63 32.74
25.99
27.21 28.44
城市热环境问题对人居环境的影响
典型气象日情况下的平均热岛强度： 北京:全天/白天为2.25℃/1.13℃ 上海:全天/白天为2.41℃/1.71℃（三个 城市最大） 广州:全天/白天为1.33℃/0.38℃（三个 城市最小） 城市背景气温增加时热岛强度值也随 之增加。
选择一个典型居住小区作为热环境分析案例，设定计算情景：
• 在北京、上海、广州三个城市的典型气象日状态下的小区热环境； • 城市背景气温升高情景：三个城市典型气象日的逐时气温值增加1℃、2℃、3℃、 4℃的状态。
城市热环境问题对人居环境的影响
模拟工具 DUTE
广州 情景设定 背景全天 小区全天 平均气温 平均气温 28.21 29.21 29.54 30.65
典型气象 日 逐时气温 增加1℃ 逐时气温 增加2℃ 逐时气温 增加3℃ 逐时气温 增加4℃
30.21
31.21 32.21
31.77
32.89 34.02
28.69
29.92 31.15
30.05
31.04 32.04
32.66
33.76 34.88
29.77
30.98 32.21
28.11
29.11 30.11
DUTE的应用——厦门科技创新园
厦门科技创新园位于厦门市环东海域集美区与同安区交界处，天马山、美人 山东南侧，集美北部新城北侧，是集科技研发、工业设计、软件开发、产业基 地于一体的高技术产业研发园区。 规划用地面积约为4.8764km2，主要包括办公用地、研发用地、公共服务设施 用地、市政公用设施用地和绿化用地（含水体）。
DUTE的应用——厦门科技创新园 计算模型的建立
俯视图
侧视图
DUTE的应用——厦门科技创新园
• 评价指标
湿球黑球温度（WBGT） 热岛强度
• 评价依据
（1）《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006） （2）《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93） （3）《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005） （4）《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》 （5）《建筑气候区划标准》（GB50178-93） （6）《热环境 根据WBGT指数(湿球黑球温度)对作业人员热 负荷的评价》（GB/T 17244—1998） （7）国家及地方现行的相关规范和标准
停车场 人行道
60 50
3
1.6
60
70 60
3
1.3
（5）城市居住区详细规划阶段热环境设计时，居住区应做绿地和绿化，绿地率不应低于 30％，每100m2绿地上不少于3株乔木。
4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 居住区应做绿地和绿化，绿地率不应低于35%，绿地绿化覆盖率不应低于70%。 居住区内建筑屋面的绿化面积不应低于可绿化屋面面积的50%。 屋顶绿化宜采用生命力强、易于管理的植物。 墙面绿化宜采用叶片重叠覆盖率较高的爬藤植物。 绿化物种宜选择适应当地气候和土壤条件的植物。
DUTE的应用——厦门科技创新园
• 湿球黑球温度指标限值
逐时WBGT≤33℃
参照：《热环境 根据WBGT指数(湿球黑球温度)对作业人员热负荷的评价》 （GB／T 17244—1998）
等级 指标 好 WBGT≤33℃ 中 33℃＜WBGT≤34℃ 差 34℃＜WBGT≤35℃ 很差 WBGT＞35℃
降低城市热岛的规划设计措施
通风、遮阳、渗透、蒸发、绿化……
中华人民共和国行业标准
《城市居住区热环境设计标准》JGJ286-2013
提出满足居住区热环境的控制指标：WBGT≤34℃，日平均热岛强度≤1.5℃ 从通风、遮阳、渗透与蒸发、绿地与绿化四个方面提出城市居住区热环境设 计的规定性要求
城市热环境问题对人居环境的影响
典型气象日情况下： 上海小区WBGT最大，夏季热安全状况 最差，广州小区次之，北京小区夏季热安 全状况最好 城市背景气温增加时，小区的WBGT值 也随之增加
城市热环境问题对人居环境的影响
小区气温和WBGT的增高速度均比 城市背景气温增高的速度略快 热安全指标（WBGT）的增高速度 略大于小区气温增大的速度
计算流程



计算各类地表面积所占比例， 辅助规划设计人员对规划指 标（如建筑密度、绿地率等） 进行计算； 计算遮阳覆盖率和渗透面积 比； 计算迎风面积比和架空率， 结合计算密度可以得到居住 区的平均风速比，用来快速 评价小区风环境。
指定案例所在 城市
平均风速
读取典型日气 象参数
通风架空率
各类地表面积 所占比例
全球变暖对全球范围造成的影响
温升会导致极端气候事件发生的频率和强度增加，北冰洋海 冰继续萎缩，陆地冰川和冰盖继续消融，而海平面的上升速 度也会加快。
突出的城市热环境问题
全球变暖背景下，城市也在变热，而不科学的城市建设更进一 步破坏了城市气候修复能力，造成城市中心区热岛效应愈演愈 烈，约占城市用地40%的居住区环境越来越热。 城市热岛强度每增加1℃，建筑空调能耗约增加3%，引发的城市 人口发病和死亡率升高了15.7%。
集总参数法
忽略物体内部热阻的简化分析方 法，认为物体内部温度仅仅是时 间的一元函数而与空间位置无关， 居住区热环境的集总参数法计算 模型的主要研究对象是建筑物周 边空气，将建筑物周围的空气看 作一个内部不存在温差的物体， 简化空气流动对传热的影响，分 析其热平衡，预测平均温度随时 间推移的变化规律。这类方法的 研究主要集中在分析建筑周边的 热平衡，研究重点在传热过程， 简化考虑流动对传热的影响。
25
30 30 50
（4）居住区户外活动场地和人行道路地面应有雨水渗透与蒸发能力，渗透与蒸发 指标不应低于规定指标。
居住区地面的渗透与蒸发指标
Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ建筑气候区
地 面
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ建筑气候区
广 场 游憩场
地面透 地面透 蒸发量 蒸发量 渗透面积 渗透面积 m 水系数 水系数 m 比率 比率 k k (kg/m2. 2 (kg/m .d) (％) (％) (mm/s) (mm/s) d) 40 50 50
建筑信息处理
包括建筑高度、架空高度、通风架空率定义。
场地信息处理
使用单选框和下拉菜单，减少设计人员的操作。
快速定义场地类型及遮阳设施的热工参数。
辅助工具
简单便捷的图层工具，可以在规划图纸和计算模型之间切换。 缩短图纸信息处理所需要耗费的时间。
分析及计算界面
计算指标统计界面，以便于规划管理 和设计人员进行检查和相应后期的计 算
2015.11.20绵阳
城市规划中的热环境设计
孟庆林 李 琼 王 频
BEEL
全球变暖
城市使全球变暖：城市面积仅占地球表面3%，承载了全球
54%的人类活动，扰乱了局地气候的修复能力，导致城市物
理环境恶化。
全球气候变化的主要原因是人为造成的 大气成分的变化。
….在过去 在过去50 50年美国城市气温升高了0.13 0.13℃,, 城市化 …. 城市化 和土地资源的开发是造成这一现象的主要原因。