基于太阳能利用潜力的严寒地区住区形态优化研究

【摘要】：本文以严寒地区典型城市哈尔滨市住区为例,从太阳能利用潜力的角度上对其空间形态优化设计进行研究,包括哈尔滨市住区形态调研、建筑表面太阳辐射强度实验研究和数值模拟研究三部分。通过对哈尔滨典型住区形态调研结果的分析、总结,得到平行行列式、三面沿街式和四面围合式的三种典型住区形态;对实际建筑表面太阳辐射强度进行测试,得到并分析了外表面太阳辐射强度的分布特点,利用Energy Plus软件建立实际建筑的物理模型并计算测点位置的太阳辐射强度,通过对比实验数据与模拟数据以验证模拟模型的准确性;通过数值模拟的方法计算和分析住区形态参数变化对住区建筑表面太阳能分布的影响,并探讨住区形态参数对太阳能被动式和主动式利用的影响。首先,对哈尔滨市新建和在建的111个住区进行调研,其中平行行列式、三边沿街式和四面围合式所占比例较大,分别为24.4%、14.0%和7.9%。住区建筑高度(层数)不尽相同,据统计19-33层最为常见,其出现频数占总频数的18.0%。同时,选取部分典型建筑对其表面太阳辐射进行测试,得到不同朝向、不同高度、不同环境中建筑表面太阳辐射强度的分布特点。其次,为了保证本文研究的住区形态之间具有可比性,遵循当地住宅间距规范的前提下,利用OpenStudio插件建立模型,在基地边长为425m×325m、容积率定为3.42的标准下进行布置。利用Energy Plus软件和IESVE软件对典型住区形式进行太阳辐射强度分布的计算,得到三种典型住区建筑表面太阳辐射分布特点。在此基础上,模拟分析住区布局方式、朝向、建筑高度和建筑形式对太阳辐射强度分布的影响规律,并分析其对各表面接收的太阳辐射总量的分布影响。最后,利用孔帕尼翁标准对住区太阳能利用进行评价,探讨不同太阳能利用方式时住区形态参数的优化选取。研究表明,对于行列式布局方式,无论主动是太阳能利用还是被动是太阳能利用,受到形态参数影响最大,其中住区朝向仅对被动式利用产生影响。在周边式住区中,住区朝向、建筑形式和布局对被动式利用产生较大影响,建筑高度和建筑形式仅对主动式利用产生影响。在围合式住区中,建筑高度对主被动太阳能利用均有影响,其中被动式影响较大,而布局则仅对被动式利用有较大影响。