基于太阳辐射利用潜力的街区空间形态优化研究

【摘要】：近年来,随着化石能源短缺与环境可持续问题的日益突出,太阳能作为一种清洁可再生能源得到了广泛的应用。城市扩张与太阳能资源的广泛分布使得城市成为太阳能资源的“能源容器”,因此对城市空间形态与太阳辐射利用潜力的研究具有十分重要的意义。本文以不规则街区分布作为切入点,引入计量地理学指标量化街区空间形态,通过搭建的街区空间形态优化平台探索不同街区建筑布局下的太阳辐射分布规律,为街区前期规划提供有依据的设计策略与建议。论文在研究方法上,以参数化建模Grasshopper平台为中介,综合街区建模、太阳辐射模拟计算、遗传算法工具、数据导出后处理工具等搭建街区空间形态优化平台。通过设定不同的太阳辐射利用阈值作为筛选,多次运行优化平台,对比各阈值筛选条件下的优化过程与优化结果,进而挖掘街区建筑布局对太阳辐射分布规律的影响并总结利于太阳辐射收集的街区空间形态。在研究内容分布上,主要分为三部分:第三章阐述了遗传算法基本原理及优化平台的搭建过程;第四章研究了平均最近邻指数与太阳辐射量的相关关系、不同阈值区间段的太阳辐射分布规律,以及最利于太阳辐射获取的街区平面分布模式;第五章与第四章框架相同,但进一步探讨不同建筑高度下第四章所研究的内容如平均最近邻指数与太阳辐射量的相关关系等的区别。经研究发现,平均最近邻指数与街区年总太阳辐射量呈显著的正相关,但对不同区间段的太阳辐射影响不同;利于主动式加热与利于光伏发电的街区分布模式不同,利于光伏发电的街区分布更为紧凑且有较多的东西向条状排布;在武汉地区,冬季被动式加热的可用太阳辐射来源仅为屋面,不适宜简单地应用阳光房,应综合考虑建筑能耗与被动式太阳辐射收益之间均衡的应用措施;不同的阈值不同的建筑高度下利于太阳辐射收集的街区分布形式各异。