藍(lán)洪寧,張昌佳

(廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500)

0 引言

騎樓是近代出現(xiàn)的底層有廊道并可行人的沿街店屋式建筑[1]，廣泛分布在嶺南地區(qū)，其連續(xù)排列而形成的街道，稱之為騎樓街[2]，兩者共同構(gòu)成了騎樓獨(dú)特的室外微氣候。建筑室內(nèi)熱環(huán)境是由室內(nèi)外環(huán)境共同作用影響的，而對(duì)于騎樓，其外部環(huán)境、騎廊尺寸都會(huì)對(duì)建筑周邊和通風(fēng)開口處的環(huán)境有所影響進(jìn)而影響室內(nèi)熱環(huán)境[3]，因此，騎樓街和騎樓應(yīng)作為一個(gè)聯(lián)動(dòng)的體系去分析。

目前，騎樓的研究主要集中在城市尺度或街區(qū)尺度的騎樓街微氣候，針對(duì)騎樓街微氣候?qū)κ覂?nèi)熱環(huán)境的影響分析則較少。本文采用耦合模擬的方法，分析有無騎樓街工況下騎樓室外微氣候及室內(nèi)熱環(huán)境的變化情況，以便佐證室外熱環(huán)境作為聯(lián)動(dòng)體系的必要性，以期更全面的了解室外微氣候?qū)︱T樓室內(nèi)熱環(huán)境的影響。

1 研究方法

1.1 場(chǎng)地調(diào)研

通過對(duì)廣州地區(qū)騎樓建筑進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，統(tǒng)計(jì)得到：騎樓的平面布局以單開間及雙開間為主，開間多為4.5 m，主要空間特征為走廊、天井和生活區(qū)域組成的流線型空間?；谏鲜鎏卣?，選取兩棟現(xiàn)存騎樓建筑作為研究對(duì)象，建筑平面如圖1所示。

1.2 工況設(shè)計(jì)

為了量化分析室外微氣候?qū)︱T樓室內(nèi)熱環(huán)境的影響，針對(duì)單開間和雙開間騎樓平面，分別設(shè)置無騎樓街工況和有騎樓街工況兩種工況對(duì)比分析。

1.3 模擬方法

研究采用ENVI-met,PHOENICS和DesignBuilder耦合模擬方法，選擇《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中廣州市3月～11月份的典型氣象日[4]數(shù)據(jù)作為夏季和過渡季的典型天氣氣象數(shù)據(jù)開展數(shù)值模擬研究，典型氣象日選取具體方法見文獻(xiàn)[5]具體流程如下:

1)采用ENVI-met V4.2.0 Summer17版本模擬有騎樓街工況下典型氣象日的室外微氣候，提取出建筑周圍平均空氣溫濕度[6]，將其替換到原氣象數(shù)據(jù)中，獲得新的氣象數(shù)據(jù)作為有騎樓街工況下的邊界條件。

2)采用PHOENICS 2015版本模擬8個(gè)風(fēng)向(N，NE，E，SE，S，SW，W，NW)下無騎樓街及有騎樓街條件下騎樓建筑窗洞口處的風(fēng)壓值，根據(jù)式(1)計(jì)算獲得建筑窗洞口處的風(fēng)壓系數(shù)CP:

(1)

其中，ps為建筑表面風(fēng)壓，Pa；ρa(bǔ)為空氣密度，kg/m3，(可取標(biāo)準(zhǔn)空氣密度1.225 kg/m3)；VH為建筑高度處來流風(fēng)速，m/s，本文中騎樓建筑高度取14.8 m。

其中，VH可根據(jù)風(fēng)剖面的指數(shù)率計(jì)算公式(2)求出[7]，即：

(2)

3)采用DesignBuilder 4.5.0.128 BETA版本將無騎樓街及有騎樓工況下的氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)壓系數(shù)分別作為輸入?yún)?shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，提取出主要功能房間(客廳和臥室)無騎樓街及有騎樓街條件下典型氣象日的逐時(shí)溫度、濕度及換氣次數(shù)，引入根均方差和一致性指數(shù)定量評(píng)價(jià)有無騎樓街條件下的誤差。

1.4 模型建立

對(duì)于單開間騎樓街及雙開間騎樓街，按照實(shí)際情況進(jìn)行ENVI-met建模，如圖2所示。按照無騎樓街工況和有騎樓街工況分別針對(duì)單開間騎樓和雙開間騎樓進(jìn)行PHOENICS建模和DesignBuilder建模，如圖3，圖4所示。

建模主要參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 建模主要參數(shù)設(shè)置

1.5 參數(shù)設(shè)置

ENVI-met模擬工況的強(qiáng)迫數(shù)據(jù)取自廣州典型氣象日數(shù)據(jù)。模擬時(shí)間從0：00開始，共計(jì)算26 h。模擬參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 ENVI-met模擬主要參數(shù)

PHOENICS模擬參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 PHOENICS模擬主要參數(shù)

騎樓建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)[9]設(shè)置見表4；室內(nèi)熱擾設(shè)置見表5；室內(nèi)時(shí)間表參數(shù)設(shè)置見表6；室內(nèi)門窗洞口設(shè)定為24 h常開，開啟率為50%，流量系數(shù)取0.65。

表4 騎樓建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要參數(shù)

表5 室內(nèi)熱擾計(jì)算值

表6 時(shí)間表參數(shù)設(shè)定

2 結(jié)果分析

本研究以騎樓建筑周圍室外溫濕度以及室內(nèi)客廳和臥室等主要功能房間為重點(diǎn)，比較有無騎樓街條件得到的室外空氣溫度、比濕、室內(nèi)空氣溫度、相對(duì)濕度和換氣次數(shù)的模擬結(jié)果。

2.1 室外空氣溫度

將有騎樓街工況與無騎樓街工況室外空氣溫度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：?jiǎn)伍_間和雙開間騎樓室內(nèi)相對(duì)濕度的根均方差(RMSE)范圍分別為0.6 ℃～1.9 ℃和0.5 ℃～1.9 ℃，一致性指數(shù)(d)范圍分別為0.75～0.98和0.73～0.99。

針對(duì)單開間騎樓和雙開間騎樓，在夏季，有騎樓街工況下騎樓室外空氣溫度均略低于無騎樓街工況；在過渡季，有騎樓工況下騎樓室外空氣溫度在日間略低于無騎樓街工況，夜間則略高或接近?？傮w而言，有騎樓街工況下的室外空氣溫度波動(dòng)幅度要小于無騎樓街工況，見圖5，圖6。

有騎樓街工況下白天室外空氣溫度較低，主要由于周圍建筑的遮陽作用，而對(duì)于夜間室外空氣溫度略高或接近，原因可能是日間建筑蓄熱在夜間的釋放。

2.2 比濕

將有騎樓街工況與無騎樓街工況室外空氣溫度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：?jiǎn)伍_間和雙開間騎樓比濕的根均方差(RMSE)范圍分別為0.6 g/kg～1.9 g/kg和0.5 g/kg～1.9 g/kg，一致性指數(shù)(d)范圍分別為0.40～0.90和0.34～0.92。

針對(duì)單開間騎樓和雙開間騎樓，有騎樓街工況下騎樓室外空氣溫度大部分時(shí)間低于無騎樓街工況，僅在過渡季中午時(shí)間略高于無騎樓街工況，見圖7,圖8。

造成上述結(jié)果差異可能是因?yàn)槟M中太陽輻射增強(qiáng)土壤表面的蒸發(fā)或蒸散過程，中午前后的平均比濕度較高。

2.3 室內(nèi)空氣溫度

將有騎樓街工況與無騎樓街工況室內(nèi)空氣溫度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：?jiǎn)伍_間和雙開間騎樓室內(nèi)空氣溫度的根均方差(RMSE)范圍分別為0.5 ℃～2.3 ℃和0.3 ℃～1.6 ℃，一致性指數(shù)(d)范圍分別為0.67～0.99和0.55～0.99。

針對(duì)單開間騎樓，有騎樓街工況下的室內(nèi)空氣溫度在日間低于無騎樓街工況，在夜間略高于無騎樓街工況，見圖9；針對(duì)雙開間騎樓，有騎樓街工況下的室內(nèi)空氣溫度除了在8月下午出現(xiàn)高于無騎樓街工況情況外，其余月份均與單開間騎樓下室內(nèi)空氣溫度變化情況基本相同，見圖10。綜上，有騎樓街工況相比無騎樓街工況，其建筑室內(nèi)空氣溫度變化幅度更小，且日間空氣溫度更低，夜間空氣溫度更高。

在日間，由于有騎樓街工況下室外空氣溫度低于無騎樓工況且考慮建筑間的遮擋，騎樓室內(nèi)溫度也進(jìn)而呈現(xiàn)低于無騎樓街條件下室內(nèi)溫度的情況；在夜間，有騎樓街工況下室外空氣溫度高于無騎樓工況，進(jìn)而導(dǎo)致模擬得到夜間有騎樓街條件下室內(nèi)溫度略高于無騎樓街工況。

2.4 相對(duì)濕度

將有騎樓街工況與無騎樓街工況室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：?jiǎn)伍_間和雙開間騎樓室內(nèi)相對(duì)濕度的根均方差(RMSE)范圍分別為2%～14%和2%～9%，一致性指數(shù)(d)范圍分別為0.51～0.99和0.39～0.99。

針對(duì)單開間騎樓，有騎樓街工況下室內(nèi)相對(duì)濕度在3月～5月、10月～12月的日間高于無騎樓街工況，其他時(shí)間較低，但在6月～9月，有騎樓街工況下二層及三層房間的室內(nèi)相對(duì)濕度則總體低于無騎樓街工況，見圖11；針對(duì)雙開間騎樓，其室內(nèi)相對(duì)濕度變化情況與單開間騎樓變化情況基本相近，見圖12。整體而言，有騎樓街工況相比無騎樓街工況，其建筑室內(nèi)相對(duì)濕度的曲線的波動(dòng)幅度要更小。

有騎樓街工況下，建筑間的遮擋使建筑首層通風(fēng)條件更差，室內(nèi)的相對(duì)濕度相對(duì)無騎樓街工況更難移除，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)相對(duì)濕度增大。

2.5 換氣次數(shù)

將有騎樓街工況與無騎樓街工況室內(nèi)換氣次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：?jiǎn)伍_間和雙開間騎樓室內(nèi)換氣次數(shù)的根均方差(RMSE)范圍分別為1.7 ach～21 ach和1.5 ach～52.1 ach，一致性指數(shù)(d)范圍分別為0.42～0.99和0.51～0.99。

針對(duì)單開間及雙開間騎樓，有騎樓街工況下?lián)Q氣次數(shù)總體低于無騎樓街工況，但單開間騎樓室內(nèi)換氣次數(shù)要整體低于雙開間騎樓，見圖13，圖14。

由于騎樓街建筑間布局緊密且存在遮擋，其室內(nèi)通風(fēng)相比無騎樓街情況較差，且由于單開間騎樓周邊建筑高度相比雙開間騎樓更高，導(dǎo)致其室內(nèi)通風(fēng)也更差。

3 結(jié)語

對(duì)于騎樓街室外微氣候，騎樓街的遮擋效應(yīng)及下墊面的特性會(huì)降低室外平均空氣溫度及比濕。對(duì)于騎樓街室內(nèi)熱環(huán)境，較低的室外平均溫度導(dǎo)致其日間室內(nèi)空氣溫度低于無騎樓街條件下的室內(nèi)空氣溫度，且建筑間的遮擋使其室內(nèi)通風(fēng)條件更差，尤其是在底層空間，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)相對(duì)濕度的增大。

本文的模擬結(jié)果有效的佐證了室內(nèi)外環(huán)境作為聯(lián)動(dòng)體系分析的必要性，提升了室外微氣候?qū)︱T樓室內(nèi)熱環(huán)境影響的理解。