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城市设计与详细规划156.低碳城市街区空间形态的模式及管控研究PDF文本
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低碳城市街区空间形态的模式及管控研究黄雄摘要：从街区尺度分析研究低碳城市空间形态，分别研究低碳街区的路网形态和低碳街区的空间模块。通过低碳的交通方式对于城市空间形态的要求与影响，确定低碳街区的路网形态。引入体型系数、天空视城因子、筑被动空间等微观因子，研究最基础的筑模块与能耗关系，从低碳的筑空间推导低碳的城市街区空间形态。关健词：低碳，街区空间形态，体型系数，天空视域因子，筑被动空间，小街区1引言如何构低碳城市是一个综合性的议题，涉及城市产业规划、交通规划、城市管理、政府政策等领域，构低碳城市当然需要更城市规划在空间布局领域做出细致的研究，提出城市空间布局的应对策略。但是目前国内研究则偏向于理论方法方面，主要集中在低碳指标、低碳规制体累低膜策路。反对子城市规恤该者重天注的城市空同没有细致的研究。因此，本文拟从街区尺度分析研究低碳城市空间形态，分别研究低碳街区的路网形态和低碳街区的空间模块。通过低碳的交通方式对于城市空间形态的要求与影响，确定低碳街区的路网形态。引入体型系数、天空视域因子、筑被动空间等微观因子，研究最基础的筑模块与能耗关系，从低碳的筑空间推导低碳的城市街区空间形态。2低碳街区的路网形态2.1路网形态与交通方式在交通运行中，不同主导交通模式对应的合理路网密度差异很大，反映出不同出行速度、不同能源消耗的交通方式对城市空间尺度与用地布局的要求。通过对中国四种主要街区内居民日常交通出行方式的意向调查，可以看出：单位邻里式和密方格网式街区居民选择步行和自行车出行的比例最高，分别为62%和57%，超大街区式居民多选择小汽车出行。根据每公里碳排放量研究，小汽车出行是各自城市交通中最不低碳的交通方式，达到0.186-0.255km/kg,是公交出行的10倍单位能耗。理筑素前阀Z.ZC.ET
100%121480%374260%4650740%23121020%181112337130%12传统胡同式密方格网式单位邻里式超大街区式公共汽车出租汽车小汽车图1四种主要街区内的居民日常交通出行方式修公里碳持破星0.0550.02450.20660,186km/kg9600,01020.255英可列系网J.NE图2不同交通出行方式的人均碳耗2.2小街区与单向二分路分别对超大街区和密方格网式街区两点之间出行进行模拟分析，可以发现，行驶在密方格网街区的车辆转弯次数和行驶距离相对较少：此外，当发生交通意外时，密方格网内的车辆有更多改道选择，降低了交通拥堵的可能。转宽=3次：行驶距离=1350m转商=2次：行驶距离=900m转商=3次：行驶距离=2400m转奇=2次：行驶距离=1400m图3超大街区与密方格网式街区两点之间出行的模拟分析小街区既是密分网格的结果，也是对其内涵的填充，相较于超大街区具有诸多优势，也使它成为构成公交出行街区的关键因素。另外根据研究，小街区的城市格网的可以利用成对的单向二分路来承担高交通流量而不形成步行障碍。对于骨干型路网，单向二分路可以改善交通减少延滞，提高步行与自行车出興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
行频率，提高公交使用率，减少能源消耗和温室气体排放。利用二分路对城市主干道进行改造，已在国外应用广泛。它不仅提高了城市交通运营效率，降低了能源消耗，也给行人争取了更多时间、精力和安全空间。3车道单向二分路30+30m加公交专用道0m4车道主干道40m4车道主干道40m4车道主千道40自行车道/行人道4车道主干道0m20支路20m3本道单向二分路3030m6车道主杆道50m加公文专用道90m支路20m4车道主干道40m4车道主干道40m4车道主干道40m支路支路支20m20m20m图4超大街区与密方格网式街区（含单向二分路）的路网结构对比二分第和小雅网组合准大车道主干行时2490VH2480VP26502120W列日1930Np47405370vm9100别7500开图5超大街区与密方格网式街区（含单向二分路）的交通能源消耗对比3低碳街区的空间模块筑形态能够影响筑通风、筑采光和筑得热散热。良好的城市空间形态能够对筑能耗这三个方面的影响实现对低碳城市的贡献。从筑微观而影响城市整体形态和低碳效应的几个考察因子：体形系数，天空视域因子、被动空间比。3.1筑能耗与体形系数体形系数(Shape Coefficient of Building)定义为筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比。即S=F0N0。(F0表示筑物与室外大气接触的外表面积，V0表示筑所包围的体积)。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
正常情况下，体形系数越小，保温效果越好：体形系数越大，自然采光与通风的潜力越大。最新的研究表明“随着保温水平的提高和室内得热的增加，筑能耗关注的最重要内容己经转移到照明和机械通风”。回回回回回回回包S=0.58S=0.4S=0.27图6不同体形系数的基础筑模块构的街区形态示意我们立体形系数与筑能耗关系公式：Q=Q1-Q2。(Q1表示假定没有自然通风得热条件下维持适温的能耗，Q2表示自然通风和得热节约的能源)。因为体形系数S与Q1和Q2都成正相关，所以体形系数S与单位能耗Q关系为：(Q=Q常+k*h*S-t*S=Q常+kh-t)*S。(Q常表示每次机械保温时的最初能耗。体形系数为S,筑材料的传热系数为k,一年中气候不适宜系数为h,筑自然通风和得热系数为t)7我们根据最终体形系数与筑能耗关系公式Q=Q常+(kt)S立函数模型（如下图），发现当k*h的值大于t时，筑能耗与体形系数呈正相关的函数关系，而发现当kh的值小于t时，筑能耗与体形系数呈负相关的函数关系。Q=Q常+(kh-t)*SQ=Q常+(kh-t)SQ常Q常当k>t时，0与体形系数S子正相关：当kh图7体形系数与筑能耗函数关系图示我们根据江苏省设系统科技计划项目(JS2008ZB01)的研究成果论文《夏热冬冷地区居住筑体形系数对筑能耗影响的分析》的实证研究进一步验证我们的公式推导。理筑素前阀Z.ZC.ET
该实验立的筑模型选取南京地区多层、小高层、高层及超高层4种类型居住筑各3栋，采用空调维持恒定适温测试能耗与体型系数关系。夏季室温设定为26℃，冬季室温设定为18℃。测试结果如下：60G.50◆供缓耗热量指标50。空调耗冷量指标◆供暖托售量指材▲总使儿指标4035。空调耗冷量相标4总能托指相302020300.35Q400.50.300.350.00.45体形系数体形系数多层居住筑非节能设计条件下的能耗指标多层居住筑节能设计条件下的能耗指标60◆供暖耗热量指标15◆供暖托热量指标空资耗冷量程标4总能耗指标空测托冷量霜标40◆354总能托指标30200.300.350.400.450.300.350.400.45体形系数体形系数小高层居住筑非节能设计条件下的能耗指标小高层居住筑节能设计条件下的能耗指标3050◆供暖耗热量指标45·供泼托热量指材50空调耗冷量指标40空调托冷量指杨4总能耗指标0▲总轮托指标30◆3025◆200.300.350.400.450.300.350.400.45体形系的体形系数高层居住筑非节能设计条件下的能耗指标高层居住筑节能设计条件下的能耗指标705r5060·供暖耗热量指标◆供暖耗热量指闭50空调耗冷量指标40。空请耗冷量指标▲总能耗指标4035▲总作耗指标30302520200.300.350.400.450.300.350.400.1体形系数体形系题超高层居住筑非节能设计条件下的能耗指标超高层居住筑节能设计条件下的能耗指标图8筑体形系数对筑能耗实验结果图示理筑素前阀Z.ZC.ET
因此我们得出结论：体形系数与能耗的关系需要考虑气候环境，较寒冷或者炎热无风的气候条件下(h值较大)，体型系数越大，能耗越高。随着筑材保温技术的进步(k值越来越小)，体型系数对保温能耗的影响越来越小，相对的，对自然采光与通风节能的影响越来越大。多层筑群和超高层筑更容易发挥筑材料节能技术(t值更大)，使其在体型系数增大的情况下，反而更加节能。3.2筑能耗与天空视域因子天空视域因子：天空视域因子(Sky View Factor)是一个从三维视角反映城市及筑群开散程度的因子，直观的表达阴影的密度。天空视域因子（中sky)数值在0到1之间。城市郊区与城市的最大温差公式为：△T=15.27-13.88中sky。理论上中sky越小，热岛效应越明显，但是对于干燥炎热的气候来说，局部区域的较小的中sky意味着更多的遮阳开放空间，并且能够产生一定的庭院气候，强化局部通风效应。对于夏季干燥炎热的气候来说，局部区域的较小的中sky意味着更多的遮阳开放空间，并且能够产生一定的庭院气候，强化局部通风效应。对于寒冷的气候意味着更多的阳光进入房屋。对于炎热但是风大的气候来说较大的y意味着更加开散，更加有利于通风，但是如果更大区域内解决了通风廊道的情况下，这种优势不是特别明显。psk3y=0.13φsky=0.23φ5ky=0.48图9不同天空视域因子（中sky)的街区形态图示興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
干燥炎热气候对于夏季干燥炎热的气候来说，局部区域的较小的中sky意味着更多的遮阳开放空◆间，并且能够产生一定的庭院气候，强化局部通风效应。寒冷气候对于寒冷的气候意味着更多的阳光进入房屋。Φsky-0.13有风炎热气候对于炎热但是风大的气候来说，较大的中sky意味若更加开散，更加有利于通风，们是如果更大区域内解决了通风廊道的情况下，这种优势不是特别明显。0sky=0.48图10不同天空视域因子（中sky)的街区形态对气候的适应关系解析3.3筑能耗与筑被动空间被动空间是指距离围护结构6米以内可以利用自然通风采光和采光的区域，是描述筑物利用自然采光和通风、获取太阳能潜力的一个参数。根据研究卡洛，拉蒂、尼克买克在《能耗与城市肌理》中的研究结论，筑非被动区的能耗约为无障碍被动空间区的两倍，被动空间占比是所有筑形态因子中与能耗相关度最大的因子。所以被动空间与单位筑能耗公式：Q=Q被动+Q非=g*F+2g*(1-F)=q*(2-F)。(被动空间比F,单位被动空间能耗q:当筑进深不超过12米时，外界没有过高筑遮挡，能够达到理想的被动空间比F=100%。)剑桥大学马丁筑与城市研究中心对伦敦市中心城市街区的真实能效进行了实证研究，结果发现：进深小的筑街区（较大的体形系数）比进深大的筑具有更高额能效，阻挡程度和朝向特性对最终能耗具有相对次要的影响。理筑素前阀Z.ZC.ET
伦敦图卢柏林1、城市高度角比较，城市高度角越高的区域，底层采光越困难。回???0级国a图2、被动空间占比伦敦、图卢兹、柏林分画面回两别为77%、84%、61%3、能耗分析。柏林>伦敦>图卢兹图11筑被动空间与筑采光、通风能耗关系解析3,4地块彩态与德的相路位燕式女网J.NE可体型系数S、天空视域因子中sky和被动空间占比F都影响筑能耗的某些方面，并且这三个因子又相互影响，所以对于不同气候区域而言，考察其主要筑耗能来源，确定最主要的形态因子作为理想形态模式的优化依据。根据上述研究，随着筑保暖技术的不断进步，大多数温带地区的筑能耗与体型系数S(保温效应)相关性会逐步降低，而与被动空间比F(自然通风、得热、采光)的相关性更加突出。对于干燥炎热地区，例如以色列贝尔谢巴和阿联酋的迪拜，更高的天空视域因子中sky代表更多的遮荫开放空间，从而创造良好的微气候。興尚理甄素前阀Z..ET
40米以色列贝尔谢巴200米迪拜50米250米图12以色列贝尔谢巴与迪拜的典型街区模块形态对于我国大部分的温带地区，理想的基本低碳空间模块是12米进深的低层围合院落空间，理想的低碳街区是不同低碳空间模块进行多样的空间组合，必须保证足够是城市空隙率。12司理想低碳空间模块理想低碳空间形态图13理想的基本低碳空间模块4低碳城市街区空间模式的构与管控4.1小尺度街区的适应性管控通过对巴黎、里本斯等国外公交型城市的街区尺度研究，我们认为城市新区的路网间距议控制在150m左右。从交往与步行的角度，根据论文《基于交往空间功能测度的城市路网间距研究》，考虑步行时的景观把握、体能消耗、空间知觉，对道路活力与空间尺度间的制约关系进行量化分析与论证。当道路间距在200m以内时，较易形成具有浓郁生活气息的空间环境。程宇光在《新都市主义落地中国之探索一一以“小街廓、密路网”在于家堡金融区的实施为例》对小尺度街区道路设置提出控制办法。对于道路宽度：过境交通的道路宽度应控制在40m以下，支路20m以下，超过45m宽的道路分解成为两条单向道路。对于公共交通站興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
点：宜深入到街区内部进行布置，提高站点可达性和覆盖率，所有的居住、就业中心要设置在公交节点的400m服务半径内。对于交又转角：减小转角半径，缩短人行过街距离，提升步行环境的连续性和舒适性。图14道路转角的步行优化调整对于小尺度街区实施的现实需求，我们议交叉密度确定每平方公里交叉至少为50个，增加小尺度路网设置的弹性。在小尺度街区条件下，缩小筑退线距离，增加地块的筑使用面积。对地下停车出入应该有所变化，相邻地下车库地下行车通道进行连通，满足出入與堂如要JZ,J.NE工另外，原有大地块的控制指标在小街区中并不适应，我们认为小尺度街区相对于传统大地块的控制指标需要做出三个适应性改善：支路网的外部化、公共设施外部化和绿地外部化传统居住区内部道路通而不畅的规划思路需要转变，由大型居住区的封闭管理转变为，多个小型居住区的半开放式管理。街区变小之后，原规范中对居住小区各类设施的要求，无法在小尺度街区中单独设置，需要将地块中的设施外部化。地块绿地率的要求也应降低，转移至街区控制，便于地块内部形态的管控。图15理想的小尺度街区空间形态興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
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