城市形态、气候与能耗

作者简介

石邢，同济大学建筑与城市规划学院长聘教授、副院长，高密度人居环境生态与 节能教育部重点实验室主任。主要研究方向为绿色建筑性能及其优化设计、城市建 筑能耗模拟、城市微气候等。发表论文150余篇，其中SCI收录60余篇；出版专著4 部；获教育部科技进步奖、华夏建设科技奖、国际学术会议最佳论文奖等国内外科技学术奖励多次；主持参与国家级和省部级纵向科研项目二十余项；承担国内外设计咨询项目五十余项。担任中国建筑学会建筑物理分会副理事长等学术职务。

内容简介

UWG是基于城市冠层模型的城市气候模拟软件，可以根据郊区气象站观测的气象参数计算城市中的逐时空气温度与相对湿度。因为城市冠层模型的计算负荷比计算流体力学模型小很多，所以UWG多被用于局地至中观尺度的热环境模拟，或与建筑能耗模型耦合，为建筑单体的能耗模拟提供微气候参数。UWG主要由四个模块组成，包括郊区气象站模型（RSM）、垂直扩散模型（VDM）、城市边界层模型（UBL）和城市冠层与建筑能耗模型（UC-BEM）。 四个模块的交互如图2-35所示，RSM模块根据郊区气象站的气象参数计算郊区的显热通量，VDM模块根据气象站参数与RSM计算的显热通量计算郊区的垂直温度分布，在此基础上UBL模块计算城市冠层上空的显热通量和空气温度，最后由UC-BEM模块计算城市冠层内部的空气温度。 RSM使用了基于土壤表面能量平衡的郊区冠层模型，可以根据郊区气象站的逐时气象观测数据计算郊区的显热通量，并将其传递到VDM与UBL模块。VDM模块基于热扩散方程，根据气象站数据与RSM的郊区显热通量计算郊区的垂直温度分布，并将其传递到UBL模块。UBL模块根据VDM的垂直温度分布与RSM的显热通量计算城市冠层上空的显热通量与空气温度，并将其传递到UC-BEM模块。UBL模块是基于城市边界层中控制单元的能量平衡原理，该控制单元由混合高度与边界层高度限定。UC-BEM模块根据气象站的辐射、降雨、风速、湿度数据和UBL的空气温度计算城市冠层内部的空气温湿度。UC-BEM模块基于城镇能量平衡模型（Town Energy Balance Scheme）与建筑能耗模型，假设城市冠层内的空气是充分混合的。城市冠层中的能量平衡考虑了来自墙体、窗户和道路的热通量，城市冠层与上层大气之间的显热交换，城市冠层与天空之间的辐射热交换，以及由建筑渗透、暖通空调系统及其他人为热源产生的热通量。 在全球气候变化的背景下，城市气候问题越发明显，城市规划生态化受到全球各国的广泛关注。通过城市规划的生态化将城市规划与城市生态规划融合在一个理论框架之下，无论对城市规划还是对城市生态规划都具有重要意义。本书以集成综合思维的方式对城市物理环境与城市能耗进行模拟与评价，探究风、热、能耗与城市空间形态的交互机制，从而建立起城市的“形态-气候-能耗”的理论和方法体系，对推动城市可持续发展具有重要的理论和实践指导意义。