基于太阳能潜力评估的西安主城区街道形态规划优化方法研究

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全球城市建成环境面积占据了地球总表面积的3%,却消耗了75%的自然资源,并产生60-80%的全球温室气体排放。城市作为减碳目标的主战场,面临的能源转型问题迫在眉睫,提高城市建成环境中可再生能源利用效率是关键。城市建成环境中太阳能是可用性最高的可再生能源类型。街道峡谷作为城市建成环境中重要的空间类型,其空间占比高达三成。相比建筑屋顶的太阳能潜力,街道峡谷建筑立面同样拥有巨大的太阳能潜力开发空间。对于城市规划领域,通过规划技术控制街道形态进而提高街道峡谷建筑立面太阳能潜力,这将有助于可再生能源利用效率在城市建成环境中得到整体提升。本文以西安主城区典型城市街道峡谷样本为研究对象,量化了街道峡谷几何形态规划要素并模拟了街道峡谷建筑立面太阳能潜力,以太阳辐射量来表示。在此基础上,进一步分析了二者的相关性,以确定影响街道峡谷太阳能潜力的关键几何形态规划要素和最佳参数范围。最后结合现行城市规划体系,总结了太阳能潜力导向的街道形态规划优化方法,并以西安主城区为例进行了实证研究。本研究旨在规划方案阶段为基于太阳能潜力评估的城市街道形态规划优化提供技术依据。首先,提出一种基于城市真实建成环境的街道峡谷几何形态规划要素参数化方法。利用ArcGIS、SkyHelio分别对街道宽度、街道长度、街道高宽比、街道朝向和街道天空视野因子五项街道峡谷几何形态规划要素进行量化,总结出西安主城区街道峡谷几何空间特征,为研究街道峡谷几何形态规划要素和太阳能潜力的相关性提供了数据支撑。其次,运用城市能耗模拟软件CitySim模拟了西安主城区552条典型城市街道峡谷样本连续8760个小时的逐时太阳辐射量。总结出西安主城区街道峡谷年太阳辐射总量及逐月太阳辐射量变化特征。再次,利用SPSS双变量模型、最小二乘法回归分析方法、逐步回归分析法分析验证了街道峡谷几何形态规划要素和太阳能潜力的相关性,得到影响街道峡谷太阳能潜力的关键几何形态规划要素和最佳参数范围。最后,总结了基于太阳能潜力评估的街道形态规划优化方法。从规划管控路径、街道形态规划管控指标的衔接与转化和实证应用三个方面进行阐述,保证该方法能够与现行城市规划体系进行衔接。通过上述研究,得到以下研究结论:1.西安主城区典型城市街道峡谷样本年平均太阳辐射总量为437.4 KWh/m~2。从街道峡谷太阳能潜力水平变化特征来看,月太阳辐射总量变化整体呈现“先增后减”的趋势,辐射总量水平呈现“双峰”特征。其中,十二月份月太阳辐射总量最小,约为20.76 KWh/m~2;最大月太阳辐射总量出现在八月份,约为54.23 KWh/m~2。2.街道朝向、街道高宽比、街道宽度是影响西安主城区街道峡谷太阳能潜力的关键几何形态规划要素。从相关性关系来看,街道朝向、街道高宽比与街道峡谷太阳能潜力呈负相关性,街道宽度与街道峡谷太阳能潜力呈正相关性。3.西安主城区街道峡谷太阳能潜力的最佳街道朝向范围为顺时针方向自北偏西10°至北偏东40°和北偏西20°至北偏西30°;最佳街道高宽比介于0.1-0.5或者1.7-1.9之间,街道峡谷年平均太阳辐射总量处于最高水平;街道宽度在70m-80m区间的街道峡谷,其年平均太阳辐射总量达到最大。4.基于太阳能潜力评估的街道形态规划优化方法包括了量化模拟和规划应用转化两部分,以提升城市能源效率为原则,实施面向“要素-街道-片区”三个层级的规划管控方式,具体包括实施弹性化街道形态规划要素管控强度;制定街道等级分类和功能分类相结合的街道形态规划管控方式;建立协调城市片区建设要求的街道分区管控机制。同时,需要考虑街道峡谷几何形态规划要素和街道形态规划管控指标的转化,以更好地衔接现有城市规划体系。
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