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一種城市微氣候?qū)�建筑能耗影響的研究方�?/h5>

2016-02-23 15:51:15 安裝信息網(wǎng)

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作者；張毅

   對(duì)于人為因素引起的局地氣候如城市氣候，目前人們通過(guò)研究其成因和影響機(jī)制，可在一定程度上加以調(diào)節(jié)，但在實(shí)踐中受城市歷史格局、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多種因素的制約，使得在整個(gè)城市尺度上進(jìn)行系統(tǒng)地改造和控制還相當(dāng)困難。而對(duì)于小尺度空間內(nèi)的微氣候（例如街區(qū)尺度），人們可在很大程度上依靠各種人工手段加以影響和調(diào)節(jié)，這也是規(guī)劃設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的且具備較強(qiáng)可操作性的氣候尺度。本文關(guān)注的范疇是城市微氣候（街區(qū)尺度，0.1~1km）對(duì)單體建筑能耗的影響。已有研究表明，街區(qū)的空間布局與幾何特征、下墊面熱物性、綠化以及人類(lèi)活動(dòng)等多種因素均對(duì)城市微氣候有影響，進(jìn)而直接或間接地對(duì)建筑能耗及室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生重要影響。因此，在當(dāng)前大力發(fā)展綠色建筑和建設(shè)生態(tài)城市的大背景下，如何結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì)手段來(lái)改善城市微氣候，進(jìn)而降低建筑能耗和提高室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量已成為規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。研究城市微氣候?qū)�建筑能耗的影響可以為�?guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)和建議。研究方法主要有兩類(lèi)：一類(lèi)為基于實(shí)驗(yàn)的研究；一類(lèi)為模擬研究。本文分別對(duì)這兩類(lèi)研究的進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1  實(shí)驗(yàn)研究

  基于實(shí)驗(yàn)的研究可分為兩種：一種是對(duì)城市微氣候進(jìn)行實(shí)測(cè)，然后將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)直接作為建筑能耗模型的氣象邊界條件進(jìn)行計(jì)算；一種是基于城市微氣候?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)建立回歸預(yù)測(cè)模型，再與建筑能耗模型相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算。

1.1  直接基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

  Santamouris M，等將雅典市區(qū)和郊區(qū)30個(gè)氣象站以及10個(gè)街谷的氣溫實(shí)測(cè)值輸入到建筑能耗軟件TRNSYS中進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)市區(qū)房屋的冷負(fù)荷幾乎是郊區(qū)的一倍，空調(diào)用電峰值可達(dá)3倍，空調(diào)器最低能效可下降25%，而冬季由于城市熱島效應(yīng)市中心建筑的供暖負(fù)荷比郊區(qū)低30%。KolokotroniM，等將倫敦市中心和周邊農(nóng)村地區(qū)觀(guān)測(cè)的氣溫輸入到能耗軟件3TC中分析夏季城市熱島對(duì)辦公建筑冷負(fù)荷的影響，結(jié)果表明農(nóng)村地區(qū)的冷負(fù)荷為市區(qū)的84%。田喆將天津市區(qū)不同位置一年時(shí)長(zhǎng)的氣溫觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到EnergyPlus中進(jìn)行建筑能耗計(jì)算。結(jié)果顯示：辦公建筑和住宅建筑的空調(diào)能耗分別增加了17. 5%和10. 2%，而供暖能耗則分別下降了6. 2%和4.3%。

1.2間接基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

  Kruger EL，等利用置于室外的城市街谷縮尺模型研究了干熱氣候條件下蒸發(fā)對(duì)街谷熱環(huán)境的影響，建立了街谷空氣溫度經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型，并將預(yù)測(cè)模型與建筑能耗模型IDA ICE相結(jié)合分析了街谷微氣候?qū)�建筑冷�?fù)荷的影響。結(jié)果表明：相對(duì)于無(wú)蒸發(fā)水槽工況，10%~20%地面面積的蒸發(fā)水槽可使街谷氣溫降低1~3℃，對(duì)于不同幾何形態(tài)的街谷可使建筑冷負(fù)荷下降23%~85%。該研究沒(méi)有討論街谷空氣濕度變化對(duì)冷負(fù)荷的影響。

  Wong N H，等將基于新加坡長(zhǎng)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的城市空氣溫度經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型STEVE tool與能耗軟件TAS相結(jié)合，分析了不同環(huán)境配置（建筑、路面和綠化）對(duì)建筑冷負(fù)荷的影響。結(jié)果表明：采用合適的環(huán)境配置，可使空氣溫度下降0.9~1.2℃，進(jìn)而使建筑冷負(fù)荷下降5%~10%。Chan A根據(jù)香港夏季熱島強(qiáng)度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)氐湫蜌庀竽陻?shù)據(jù)進(jìn)行修正，然后利用EnergyPlus分析對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響，結(jié)果顯示熱島效應(yīng)使空調(diào)能耗上升約10%。

1.3實(shí)驗(yàn)研究小結(jié)

  上述研究的相關(guān)成果及特點(diǎn)總結(jié)如下：

  1)城市氣候及微氣候?qū)�建筑供暖空調(diào)能耗有顯著影響，但在不同地區(qū)、不同背景氣候條件下對(duì)建筑能耗的影響差異明顯，同一背景氣候條件下對(duì)不同類(lèi)型建筑的影響也不同。

  2)多數(shù)研究關(guān)注的是城市尺度熱島現(xiàn)象對(duì)建筑能耗的影響，較少研究關(guān)注街區(qū)尺度微氣候和單體建筑周?chē)�微氣候�(qū)�建筑能耗的影響�?

  3)絕大部分研究只分析了空氣溫度這一氣候要素對(duì)建筑能耗的影響，而沒(méi)有涉及其他微氣候因子。這可能是因?yàn)橄噍^于空氣溫度，其他微氣候要素（例如風(fēng)速、長(zhǎng)波輻射）更易受局地環(huán)境影響，空間差異性大，難以獲得有代表意義的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。

  4)以上研究均只觀(guān)測(cè)了室外氣候，缺乏同一時(shí)期的建筑實(shí)際能耗數(shù)據(jù)。

  上述實(shí)驗(yàn)研究加深了人們對(duì)城市氣候與建筑能耗之間關(guān)系的理解，發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律和特點(diǎn)，對(duì)城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。但需要指出的是，城市氣候和建筑能耗的影響因素眾多，各因素相互作用、相互影響，實(shí)驗(yàn)研究難以厘清各因子的具體作用。此外，實(shí)驗(yàn)研究得出的規(guī)律或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪墚?dāng)?shù)丨h(huán)境以及觀(guān)測(cè)期間背景氣候條件的影響大，通用性較差。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，數(shù)值模擬技術(shù)已成為定量預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)城市微氣候?qū)�建筑能耗影響的重要研究手段�?

2模擬研究

要預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)城市微氣候?qū)�建筑能耗的影響，首先是要能夠�(qū)Τ鞘形�氣候進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后是要能夠定量評(píng)價(jià)微氣候?qū)�建筑能耗的影響。這涉及到兩個(gè)不同的系統(tǒng)——城市微氣候系統(tǒng)和建筑能耗系統(tǒng)，前者屬于城市氣候?qū)W研究范疇，后者屬于建筑熱工學(xué)研究范疇。各自領(lǐng)域的研究人員分別建立了相應(yīng)的模擬工具：城市微氣候模型和建筑能耗模型。表1總結(jié)了兩類(lèi)模型的特點(diǎn)。

  城市微氣候模型的主要分析領(lǐng)域是室外空間，建筑熱過(guò)程及建筑系統(tǒng)在此類(lèi)模型中通常被忽略或大幅簡(jiǎn)化。建筑能耗模型則致力于分析建筑動(dòng)態(tài)熱過(guò)程及建筑系統(tǒng)，但所采用的氣象數(shù)據(jù)通常來(lái)源于位于郊區(qū)的氣象站或機(jī)場(chǎng)，無(wú)法反映建筑周?chē)�環(huán)境的影響。因此一些研究嘗試將城市氣候或微氣候模型與建筑能耗模型相結(jié)合來(lái)分析微氣候?qū)δ芎牡挠绊憽８鶕?jù)所采用的氣候模型可分為：1）基于非計(jì)算流體力學(xué)類(lèi)模型；2）基于計(jì)算流體力學(xué)( Computational Fluid Dynamics．CFD)類(lèi)模型。

2.1  基于非CFD類(lèi)模型

  研究者采用的非CFD類(lèi)模型主要包括對(duì)街區(qū)進(jìn)行不同程度簡(jiǎn)化的城市冠城模型( Urban CanopyModel)和能反映街區(qū)具體幾何特征的三維街區(qū)模型。城市冠層是指地面到城市建筑物平均高度這一空間。城市冠層模型的尺度介于中尺度與街區(qū)尺度之間。城市冠層模型不描述街道及建筑的具體幾何形狀，而是通過(guò)對(duì)城市冠層進(jìn)行參數(shù)化描述來(lái)分析冠層內(nèi)的物質(zhì)和能量變化過(guò)程。Salamanca F，等開(kāi)發(fā)了一個(gè)建筑能耗模型，并將其整合到城市冠層模型中。其中，城市冠層模型提供室外空氣溫濕度和到達(dá)建筑表面的輻射通量作為能耗模型的邊界條件，能耗模型則將建筑表面溫度和建筑排熱（通風(fēng)及空調(diào)）反饋給冠層模型用于室外熱平衡計(jì)算。該模型不對(duì)單體建筑進(jìn)行具體描述，而是用理想建筑模型（矩形盒子）替代，該理想模型代表了所在城區(qū)所有建筑的一般特征。與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，該模式較好地再現(xiàn)了城市通量以及建筑與室外環(huán)境的相互作用。Bueno B，等將城市冠層模型TEB與EnergyPlus及自主開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)化建筑能耗模型分別進(jìn)行耦合。TEB模型將城市下墊面簡(jiǎn)化為路面、墻面、屋面3種表面，通過(guò)組合一系列任意朝向的相同街谷來(lái)近似城市冠層的物理特性。為適應(yīng)冠層模型，耦合方案在建筑能耗模型中均采用典型理想建筑模型，無(wú)法對(duì)具體建筑單體進(jìn)行描述分析。Bueno B，等基于熱網(wǎng)絡(luò)法建立了一個(gè)城市冠層氣候與建筑能耗的整體分析模型，該模型的最大特點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和高計(jì)算效率。Virk G，等利用社區(qū)尺度氣象模型ADMS T&H分析了倫敦某街區(qū)綠化屋頂和冷屋頂對(duì)微氣候的影響，并結(jié)合EnergyPlus在全年尺度上分析對(duì)供暖空調(diào)能耗的影響。該氣象模型主要考慮用地類(lèi)型及地表物性變化的影響，不具體描述街區(qū)的幾何特征。Flor F S，等發(fā)展了一個(gè)城市街谷模型，然后將模擬結(jié)果輸出給建筑能耗模型來(lái)研究街谷微氣候的影響。該街谷模型考慮了街谷內(nèi)路面、水體、植被以及兩側(cè)建筑等因素對(duì)街谷微氣候的影響，但由于大幅簡(jiǎn)化了街谷兩側(cè)的建筑，因此不適用于實(shí)際復(fù)雜城市環(huán)境中的微氣候模擬。劉京，等在日本九州大學(xué)開(kāi)發(fā)的一維城市熱島計(jì)算模型AUSSSM的基礎(chǔ)上改進(jìn)開(kāi)發(fā)了城市局地一建筑耦合氣候評(píng)價(jià)模型。該模型由局地氣候模塊、建筑熱濕負(fù)荷計(jì)算模塊、太陽(yáng)輻射計(jì)算模塊等部分組成。模型將不規(guī)則的城市建筑布局簡(jiǎn)化為整齊的四方形建筑群，考慮了不同類(lèi)型下墊面的熱效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了建筑與室外微氣候的雙向動(dòng)態(tài)耦合。田瑋建立了光伏街谷系統(tǒng)模型PTEBU。該模型包含了光伏組件的熱電性能子模型、建筑能耗子模型和城市冠層能量平衡子模型，能夠模擬光伏組件對(duì)街谷微氣候和建筑能耗的影響。

  以上研究所采用的氣候模型的共同特點(diǎn)是基于簡(jiǎn)化的城市空間形態(tài)進(jìn)行分析：城市被抽象為由許多街谷構(gòu)成，街谷走向在各方向上的可能性相等，街谷兩側(cè)建筑具有相同的高度和寬度且均為平屋面。這些模擬方法能夠計(jì)算典型街谷形態(tài)下的室內(nèi)空氣、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地面、街谷內(nèi)及上方大氣之間的熱平衡過(guò)程，但對(duì)城市空間形態(tài)、建筑外形及內(nèi)部狀況進(jìn)行了大幅簡(jiǎn)化，因此不適用于實(shí)際城市環(huán)境中具體建筑與其周?chē)�微氣候相互作用的分析�?

  一些研究嘗試將能反映街區(qū)具體幾何特征的氣候模型與建筑能耗模型相結(jié)合。Gros A，等將輻射模型、三維街谷模型和能耗模型進(jìn)行整合。該方案能夠描述街谷及建筑的具體幾何特征，對(duì)于空氣流動(dòng)和建筑熱過(guò)程則分別采用了計(jì)算效率較高的區(qū)域模型法和反應(yīng)系數(shù)法。該方案可評(píng)價(jià)全年尺度街谷微氣候?qū)�建筑能耗的影響。Allegrini J，等通過(guò)將街谷建模為中庭，成功利用了TRANSYS 17的三維輻射模型來(lái)計(jì)算街谷輻射環(huán)境，建筑外表面對(duì)流換熱系數(shù)則基于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式確定，通過(guò)上述方法實(shí)現(xiàn)了全年尺度街谷微氣候?qū)�建筑能耗影響的評(píng)價(jià)。Yaghoobian N，等建立了一個(gè)三維“建筑一冠層”一體化模型TUF-IOBES來(lái)模擬建筑與城市微氣候之間的相互作用。該模型具有以下特點(diǎn)：1）能夠考慮背景氣象條件、室外微氣候、室內(nèi)熱擾、空氣滲透、建筑及下墊面的幾何形態(tài)、構(gòu)造和熱物性、HVAC系統(tǒng)、建筑排熱等一系列因素；2）實(shí)現(xiàn)了建筑與室外微氣候的雙向動(dòng)態(tài)耦合，例如建筑排熱對(duì)街谷氣溫的影響及隨后的反作用；3）由于該模型中的城市微氣候子模型TUF3D [21]采用了非CFD方案（經(jīng)驗(yàn)方法）來(lái)計(jì)算各表面與大氣之間的對(duì)流換熱，對(duì)計(jì)算資源要求不高，從而可實(shí)現(xiàn)全年尺度的模擬分析。該模型已被用于研究街區(qū)表面不同反射率時(shí)對(duì)微氣候及建筑能耗的影響。He J，等基于3D-CAD平臺(tái)發(fā)展了一個(gè)高分辨率(0.1~0.4 m)的室內(nèi)外熱環(huán)境相互作用分析工具，該工具主要考慮太陽(yáng)輻射和長(zhǎng)波輻射這兩個(gè)微氣候要素，對(duì)室外空氣溫度分布和空氣流場(chǎng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化（假定室外空間各處氣溫和風(fēng)速相同）。Kruger E，等應(yīng)用能耗模擬工具IDA ICE分析了不同尺寸及走向的街谷形式對(duì)建筑冷負(fù)荷的影響，考慮的微氣候因素為太陽(yáng)輻射和風(fēng)

速（非基于CFD）。Kesten D，等將采光照明分析軟件Raiance、Daysim與EnergyPlus相結(jié)合，分析了不同城市空間形態(tài)對(duì)建筑的照明和供暖空調(diào)能耗的影響。

2.2  基于CFD類(lèi)模型

  一系列基于CFD的軟件已能夠?qū)�建筑室外熱環(huán)境進(jìn)行模擬，從而可與能耗模型結(jié)合起來(lái)分析城市微氣候?qū)�建筑能耗的影響。Han S G，等將三維微氣候軟件ENVI-met計(jì)算的48 h空氣溫濕度輸入氣象數(shù)據(jù)生成工具中插值為整月逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，然后輸入到TRNSYS中計(jì)算首爾某街區(qū)景觀(guān)改造后空氣溫濕度的變化對(duì)建筑冷負(fù)荷的影響。Hsieh C，等將CFD軟件Windperfect與EnergyPlus進(jìn)行耦合來(lái)研究建筑空調(diào)排熱引起的氣溫升高對(duì)空調(diào)負(fù)荷的反饋影響。該方法首先基于EnergyPlus原始?xì)庀笪募��?jì)算空調(diào)排熱量，然后將此排熱量代人Windperfect中計(jì)算建筑周?chē)�空氣溫度的分布，最后再將氣溫�?jì)算值輸入到EnergyPlus中重新計(jì)算空調(diào)負(fù)荷。結(jié)果顯示，臺(tái)北夏季典型氣象條件下空調(diào)排熱的升溫影響可導(dǎo)致空調(diào)耗電量增加10. 7%。Bouyer J，等將CFD軟件Fluent與自主開(kāi)發(fā)的SOLENE模型耦合來(lái)評(píng)價(jià)建筑周?chē)�微氣候�(qū)�建筑能耗的影響。SOLENE模型由城市表面輻射模塊和基于熱網(wǎng)絡(luò)法的能耗模塊組成。Fluent采用背景氣象數(shù)據(jù)的逐時(shí)空氣溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向作為來(lái)流邊界條件。在每個(gè)計(jì)算時(shí)間步，F(xiàn)luent傳遞建筑外表面對(duì)流換熱系數(shù)、建筑周?chē)�空氣溫濕度給SOLENE用于建筑熱平衡計(jì)算，而SOLENE則輸出表面溫度、植物吸收的熱輻射通量和自然地表的水汽通量給Fluent用于下墊面與大氣之間的熱濕交換計(jì)算。Yi C Y，等將ENVI-met的模擬結(jié)果作為DesignBuilder(內(nèi)核為EnergyPlus)的氣象邊界條件來(lái)分析微氣候?qū)δ芎牡挠绊憽?

黃媛將CFD軟件STAR-CD、SOLENE模型、Coupled simulation模型相結(jié)合研究了我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)街區(qū)尺度的空間形態(tài)對(duì)建筑太陽(yáng)能效和供暖空調(diào)負(fù)荷的影響。研究主要考慮了太陽(yáng)輻射和風(fēng)這兩個(gè)微氣候要素，其中SOLENE模型用于分析街區(qū)各表面的日照時(shí)間和天空視角系數(shù)，Coupledsimulation模型用于計(jì)算建筑外表面太陽(yáng)輻射得熱和供暖空調(diào)負(fù)荷，STAR-CD用于模擬街區(qū)風(fēng)環(huán)境。研究未涉及空氣溫濕度等微氣候因子，也未考慮路面、水體、植被等因素的影響。陳卓倫將ENVI-met與能耗軟件EQUEST相結(jié)合研究了住區(qū)微氣候?qū)�空調(diào)能耗的影響。模擬方法如下：第一步，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)當(dāng)?shù)氐湫蜌庀竽? TMY)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定各月的典型氣象日；第二步，將典型氣象日的氣象參數(shù)作為ENVI-met的邊界條件進(jìn)行小區(qū)微氣候模擬；第三步，將典型氣象日微氣候模擬結(jié)果輸入到氣象數(shù)據(jù)生成軟件METEONORM中插值成全年逐時(shí)微氣候典型氣象年( Micro-TMY)數(shù)據(jù)，然后輸入到EQUEST中進(jìn)行能耗計(jì)算。該方法提出了基于客觀(guān)指標(biāo)的典型氣象日選取方法，實(shí)現(xiàn)了全年尺度小區(qū)空氣溫濕度對(duì)建筑能耗影響的定量評(píng)價(jià)。楊小山在BCVTB軟件環(huán)境中建立了耦合模塊用以傳遞ENVI-met模擬的建筑周?chē)�微氣候作為EnergyPlus的氣象邊界條件。耦合方案如圖1所示，為單向離線(xiàn)耦合。針對(duì)ENVI-met無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度（數(shù)月到全年）微氣候模擬的問(wèn)題，引入了客觀(guān)天氣分類(lèi)方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成預(yù)測(cè)技術(shù)，建立了長(zhǎng)時(shí)間尺度微氣候?qū)�建筑能耗影響的模擬方法。

2.3模擬研究小結(jié)

表2對(duì)上述模擬研究從考慮的微氣候要素、時(shí)間尺度、氣候模型、能耗模型以及耦合方式等方面進(jìn)行了總結(jié)。表中耦合方式參照了Djunaedy E對(duì)于涉及多領(lǐng)域建筑耦合模擬方式的定義：外部耦合是指城市微氣候與建筑能耗分別由不同的程序模擬，通過(guò)數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)耦合；內(nèi)部耦合是指城市微氣候模型與能耗模型被集成在一個(gè)單獨(dú)的程序中進(jìn)行計(jì)算；單向耦合是指僅考慮城市微氣候?qū)�建筑能耗的影響，不考慮建筑排熱對(duì)微氣候的反作用；雙向耦合是指考慮了微氣候與建筑能耗的相互作用。

  上述模擬研究的特點(diǎn)總結(jié)如下：

  1)建筑周?chē)�的空氣溫濕度、空氣流�?chǎng)、太陽(yáng)輻射和長(zhǎng)波輻射通量等微氣候要素均對(duì)建筑能耗有影響，然而現(xiàn)有大部分研究只考慮了部分微氣候要素的影響（以空氣溫度和太陽(yáng)輻射因素最受關(guān)注），這在一定程度上影響了結(jié)論的參考價(jià)值。例如，有研究顯示，建筑周?chē)�微氣候要素中的長(zhǎng)波輻射和空氣濕度也對(duì)建筑負(fù)荷有著不可忽略的影響。

  2)從模擬的時(shí)間尺度來(lái)看，基于非CFD類(lèi)氣候模型的方案較易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間尺度（一個(gè)月以上）的模擬分析，而基于CFD類(lèi)氣候模型的方案大多僅在短時(shí)間尺度上（數(shù)小時(shí)或幾天）進(jìn)行。這主要是由于兩者在計(jì)算資源要求和計(jì)算速度上的巨大差異所造成。非CFD類(lèi)模型對(duì)計(jì)算資源要求不高，計(jì)算速度快；而CFD類(lèi)模型則相反，目前還只能在短時(shí)間尺度上進(jìn)行微氣候模擬。

  3)基于CFD類(lèi)氣候模型的研究中，有3例實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間尺度的分析，分別為文獻(xiàn)[26]、[31]和[32]。三例均采用了間接方法來(lái)預(yù)測(cè)長(zhǎng)時(shí)間尺度的微氣候：文獻(xiàn)[26]和[31]是將短時(shí)間尺度的空氣溫濕度模擬數(shù)據(jù)通過(guò)氣象數(shù)據(jù)生成工具插值成長(zhǎng)時(shí)間尺度數(shù)據(jù)，而文獻(xiàn)[32]則是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)。

  4)從對(duì)街區(qū)和建筑的描述能力來(lái)看，城市冠層模型對(duì)城市空間形態(tài)進(jìn)行了大幅簡(jiǎn)化，這些模型可用于規(guī)律性和趨勢(shì)性分析，但無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際街區(qū)或具體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

  5)上述研究采用的建筑能耗模型有兩類(lèi)：一類(lèi)為已有的成熟能耗軟件；一類(lèi)為自主開(kāi)發(fā)的能耗模型。兩者各有利弊：成熟能耗軟件已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，功能完善，結(jié)果可靠，但在與城市微氣候模型的鏈接上存在很多困難和局限（因?yàn)橛刹煌瑘F(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)）；自主開(kāi)發(fā)的能耗模型可根據(jù)擬用的微氣候模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，兩者融合程度高，但完善度和可靠度相對(duì)較低。

  6)由于城市微氣候系統(tǒng)和建筑能耗系統(tǒng)均為高度復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)，同一研究者很難在這兩個(gè)領(lǐng)域均開(kāi)發(fā)出成熟的模型，因此上述研究大多采用外部耦合的方式，即城市微氣候與建筑能耗分別由不同的程序模擬，兩者之間通過(guò)數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)耦合，且多為單向耦合，即只考慮微氣候?qū)δ芎牡挠绊憽?

3  總結(jié)與展望

  通過(guò)以上對(duì)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究和模擬研究的回顧分析，提出以下探討性觀(guān)點(diǎn)：

  1)亟需加強(qiáng)城市微氣候?qū)�建筑能耗影響的模擬方法研究。實(shí)驗(yàn)研究顯示城市微氣候?qū)�建筑供暖空調(diào)能耗有顯著影響，但由于影響因素眾多，各因素之間相互作用、相互影響，單靠實(shí)驗(yàn)研究難以厘清各因素的具體作用及相互關(guān)系，因此需要發(fā)展相應(yīng)的模擬方法來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究。

  2)模擬方法研究應(yīng)綜合考慮全微氣候要素的影響。建筑周?chē)�的空氣溫濕度、空氣流�?chǎng)、輻射環(huán)境（長(zhǎng)短波）均對(duì)建筑能耗有影響，而現(xiàn)階段絕大部分研究只考慮了部分微氣候要素的影響，影響了結(jié)論的參考價(jià)值。

  3)建立城市微氣候與建筑能耗的動(dòng)態(tài)雙向耦合模擬體系是發(fā)展方向。城市微氣候與建筑能耗相互影響、相互作用，而目前大部分研究所采用的單向離線(xiàn)耦合方案與實(shí)際物理過(guò)程存在偏差。

  4)應(yīng)加強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間尺度模擬方法的研究。實(shí)踐中設(shè)計(jì)人員不只需要了解典型或極端氣象條件下的建筑負(fù)荷，也需要分析全年或整個(gè)空調(diào)供暖季的負(fù)荷。因此，對(duì)于微氣候?qū)�建筑能耗的影響，也需開(kāi)展相應(yīng)時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，但目前已有的長(zhǎng)時(shí)間尺度模擬方法仍不夠完善和缺乏驗(yàn)證。

  5)應(yīng)加強(qiáng)面向規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐軟件的開(kāi)發(fā)。這一領(lǐng)域軟件的開(kāi)發(fā)需注意以下幾個(gè)方面：a）一體化——將微氣候模型與建筑能耗模型進(jìn)行集成．b）易用性——在不影響計(jì)算準(zhǔn)確性的前提下盡量簡(jiǎn)化建模和參數(shù)定義的復(fù)雜度；c）計(jì)算速度——建立與不同規(guī)劃設(shè)計(jì)階段相匹配的計(jì)算方案（例如基于非CFD類(lèi)氣候模型可用于方案設(shè)計(jì)階段，基于CFD類(lèi)模型可用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段）。

6)城市氣候與建筑能耗相互作用這一交叉領(lǐng)域的研究前景光明，但城市氣候和建筑能耗系統(tǒng)均十分復(fù)雜，各自領(lǐng)域的研究者難以單獨(dú)解決所有問(wèn)題，雙方應(yīng)加強(qiáng)交流與合作，共同迎接挑戰(zhàn)。

4[摘要]建筑所在地的局地微氣候?qū)�建筑能耗有著重要影響，通過(guò)改善室外微氣候來(lái)降低建筑能耗和提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量已成為城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。研究城市微氣候與建筑能耗的相互作用關(guān)系可以為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)和建議。本文分別從實(shí)驗(yàn)研究和模擬研究?jī)蓚�(gè)方面詳細(xì)回顧了城市微氣候?qū)�建筑能耗影響的研究進(jìn)展，分析總結(jié)了目前該領(lǐng)域研究的特點(diǎn)與不足，最后對(duì)迫切需要解決的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展的方向進(jìn)行了探討。

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