城市风环境设计——低碳规划理论与CFD模拟分析

内容简介

本书是国家自然科学基金面上项目（项目号：52078320）、国家自然科学基金青年项目（项目号：51708387），以及教育部人文社科基金项目（项目号：17YJCZH013）联合资助下完成的科研成果。 我国目前正处于城镇化水平稳步提高、结构优化调整的关键阶段。在以低碳、生态和节能为导向的规划设计中，如何通过城市结构的优化和空间形态的调整改善城市局部气候，是当今国土空间规划研究和设计领域的重要前沿问题。 本书从科学研究和规划实践出发，针对城市微气候和风环境中出现的问题，基于系统科学思维和低碳理念，对城市风环境与城市形态的耦合规律进行研究，探索不同气候条件下风环境规划的对策，从而构建适应国情的低碳城市风环境规划理论与设计方法。研究融合多学科理论成果，从系统的规划视角出发，建构城市风环境低碳规划理论框架，并运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件模拟、遥感图像反演以及地理信息系统（Geographic Information System，GIS）分析手段，在掌握大量**手数据的基础上，以城市风环境和城市形态耦合规律的研究结果为指导，开展天津市中心城区风环境规划实证研究。 本书**至三章通过借鉴环境生态学中的“源——流——汇”理念，建构了低碳——低污城市风环境系统的生态规划理论框架，提出城市风环境多层级的构成要素与分类标准，总结了不同空间层级的风道类型与功能构成特点，归纳了风环境系统生态协调原则；并根据不同结构、不同功能区、不同密度与空间形态条件下的城市通风需求，探讨了适应地域气候的低碳规划原则。同时，基于“富氧源——扩散流——补偿汇”相互衔接的规划思路，通过ENVI与PHOENICS等计算机模拟与分析软件，建立舒适度与污染防控并重的低碳——低污评价标准。为本书的深入研究提供了层次化、系统化的分析框架。 本书第四至六章分别从“源”的适应——风气候区划与低碳应对策略、“流”的布局——多尺度低碳——低污风道系统的构建、“汇”的优化——城市空间与风场的低碳耦合策略三个层面，探讨了风环境与城市空间结构之间耦合关系、互动机理与协调对策。在“源”的适应层面，根据风源的风向、风速条件，总结了多尺度风源区域的特征，并提出多层级污染源控制及富氧型风源的保护规划方法；同时，针对不同的建筑气候区划，提出“避风防寒主导型”“导风与避风兼顾型”“导风驱热防沙型”以及“导风除热与驱湿型”等风环境规划策略。在“流”的调控层面，沿着“流的传输通道——流的系统层级——流的体系构建——流的规划管控”的思路，总结了不同空间层级的风道类型与功能构成特点，阐述了风道规划设计的方法与步骤，并提出了城市设计导则。在“汇”的优化层面，归纳了城市级、街区级以及建筑群级别的多层级风环境布局优化与设计要点。 本书第七至八章以天津市和平区、河东区、河西区、南开区、河北区和红桥区等中心城区为例，从“源——流——汇”的视角，研究了高密度城市低碳——低污风环境系统构成方法，即从城市风道系统与城市功能结构的整合关系、城市风道与城市典型区域的协调发展、典型居住模块的风环境特点分析与优化三个层面，进行了实证研究。通过确定模拟的基础条件及参数设置，采用ENVI温度反演与CFD软件风模拟的技术，以风速、风压、风速比、不良风速面积比等物理参量作为评价标准，指出了风环境系统与天津市高密度区域功能和结构协调中所面临的问题，进而提出风源与风道、风道与风汇区、风道系统相协调的规划设计技术方法，并针对天津市中心城区风道的规划设计，提出具有实践参考价值的设计策略。