在寒冷气候下,防风设计可创造良好的室外热环境,同时减少建筑的对流和渗透热损失。有研究表明,在寒冷地区,如果能避开冷风的侵袭,同时争取充足的日照,那么,即使气温降到4℃,着装中等的人也会觉得户外空间是舒适的。如果将单排密实的防风物布置在住宅上风向离住宅4倍防风物高的地方,可以将住宅的渗透热损失减少60%,这意味着可节省15%的能耗。在干热地区,空气温度较高,风中常含细小尘沙,防风设计既可抵御热风,还起到降尘除沙的作用。因此,防风设计对于创造良好的室外空间和减少建筑物能耗都十分重要。
防风设计通常有两种方式,一是利用建筑物来挡风,将高的建筑物或受风影响关系不大的建筑物布置在迎风面,阻挡寒风对低矮建筑物或重要建筑物的侵袭。另一种是布置专门的防风物,例如,树木、围墙、篱笆等,对单栋建筑物或建筑群进行避风。拉尔夫·厄斯金在设计加拿大Resolute海湾的城镇项目时采用了前一种布置方式(见图5-34),他将最高的建筑物安置在南坡基地的北侧以阻挡西北向的寒风,其他建筑如住宅、学校和交通路线安排在避风处,同时争取了最大日照。而他在设计英格兰泰恩河上游纽卡斯尔的Byker区再开发项目时,采取了后一种策略(见图5-35)——在北部周边用连续的条状构筑物把西南坡上的建筑群围合起来以阻挡北部海上的来风,并起到防噪隔声的作用。两种防风方式都要考虑风向,当风向比较一致时,可以利用半围合的L形(见图5-36)进行阻挡;当风向变化很大时,就要进行多方位围合。
用篱笆作为防风物时,风速的减少取决于篱笆的孔隙率和高度(见图5-37)。当风向垂直于篱笆时,风速最小区域出现在篱笆后2~7倍于篱笆高的范围内。当透过率为36%时,4倍于篱笆高度的区域内,风速减小90%;8倍时,风速减小70%;16倍时,风速减小30%;32倍时,风速减小5%。
图5-34 海湾城镇平面[54]
图5-35 英格兰纽卡斯尔Byker区平面[54]
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图5-37 风速减小与距篱笆距离的关系[54]
用树木作为防风物时,风速的减小取决于树的高度、密度、树形、宽度和长度,其中高度和密度是最重要的因素(见图5-38)。对于中等茂密的树木,树后5倍于树高的区域内风速会减小62%~78%;5~10倍时,减小24%~61%;10~15倍时,减小13%~23%。
图5-38 平均风速与距防风物距离的关系
但对于特别密实的防风物,其防风效果在紧邻其后的区域内很好,但在稍远的区域不及较稀疏的防风物,这是因为气流流过防风物时会在背风面产生抽吸,形成回流。
如果风向不垂直于防风物,风影的区域将会减少。由于建筑的风渗透量与风压成正比,所以进行防风设计时,减小风速比增大防风的范围更为有效。
在布置建筑的防风时,如果没有确切的数据,我们可以按这样的经验来对防风区域进行估算,即建筑群下风侧的风速减少区域在建筑高度的3~4倍范围内,而在紧靠其后达到最小,减少了75%~80%,并沿着下风向逐渐增加。
在干热气候区,防风物除了阻挡热风,还可以阻挡灰尘和风沙。由于灰尘很轻,其颗粒会夹杂在气流中流动,当风速减小时,其沉降较快,因此,庭院和墙可以减少空气的含尘量。当设计庭院避风时,庭院长度最好是建筑高度2倍以上,从而提供降尘防护带。用墙来避风时,墙的高度最好与建筑等高,并与建筑保持不大于6m较为合适。如果是风沙较重的地区,沙会被较低的墙阻挡,在这种情况下,墙的高度可以降至1.7m。防风物的宽度对风速的分布是有影响的,取决于要防风的区域宽度(见图5-39)。
图5-39 中等密实防风物的周围风速分布
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