校園內(nèi)不同空間環(huán)境中細(xì)顆粒物濃度比較分析★

曹 航 徐 辰 張雅婧 徐 歡

(江蘇師范大學(xué)地理測(cè)繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

城市是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展不可逆的方向，是人類生活載體的重要形式之一。但近年來(lái)，城市環(huán)境問(wèn)題突出，尤其是空氣質(zhì)量問(wèn)題令人堪憂。因此，探尋城市發(fā)展與人居環(huán)境的關(guān)系，也是當(dāng)前城市環(huán)境問(wèn)題研究的應(yīng)有之義。在居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，由住宅建筑與道路網(wǎng)、綠地、開(kāi)放空間共同構(gòu)成的景觀格局是造成居住區(qū)PM2.5濃度分布不均勻的主要原因，而綠地的結(jié)構(gòu)、群落及植物類型也對(duì)PM2.5濃度具有較大影響[1]。風(fēng)速以及風(fēng)向也會(huì)對(duì)城市下墊面污染物的濃度以及擴(kuò)散產(chǎn)生重要影響[2]。同一地點(diǎn)，不同季節(jié)乃至空間位置的細(xì)微變化，PM2.5濃度的分布都會(huì)呈現(xiàn)不均勻分布態(tài)勢(shì)[3]。基于前人的研究基礎(chǔ)，本課題組將就空間環(huán)境的不同布局以及組合形式的差異為研究變量，對(duì)城市空間環(huán)境中細(xì)顆粒物濃度進(jìn)行比較分析，從城市規(guī)劃的角度為當(dāng)前城市環(huán)境問(wèn)題的破解提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省徐州市JS大學(xué)校園內(nèi)，教學(xué)樓多為三面圍合和全圍合布局，少部分為L(zhǎng)型布局；學(xué)宿樓多為行列式布局以及組團(tuán)式布局；食堂、體育館以及游泳館多為單體建筑。本課題組選取校內(nèi)具有代表性的建筑空間布局形式六類，共分為三組，分別為開(kāi)敞型、半圍合型和全圍合型建筑空間布局(見(jiàn)表1)。

表1 測(cè)試地點(diǎn)基本概況

1.2 研究方法

課題組于2018年4月～6月期間對(duì)取樣點(diǎn)進(jìn)行了5次實(shí)測(cè)。測(cè)量高度為離地1.5 m，為正常成年人的呼吸高度。測(cè)量間隔為每2 h一次，測(cè)量時(shí)段為8：00～18：00。使用型號(hào)為CW-HAT200S的PM2.5測(cè)量?jī)x，同時(shí)為了合理控制其他變量對(duì)細(xì)顆粒物濃度的影響，還使用FYTH便攜式數(shù)字溫濕儀對(duì)取樣點(diǎn)的溫濕度進(jìn)行測(cè)量。為保證數(shù)據(jù)的科學(xué)有效性，在取樣測(cè)量時(shí)，均采用多次取平均值法收集數(shù)據(jù)。采集的所有數(shù)據(jù)均使用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行處理、整合并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同空間環(huán)境的PM2.5濃度比較分析

由圖1可以得知，PM2.5的值呈現(xiàn)雙峰值動(dòng)態(tài)變化，即在當(dāng)日12時(shí)左右出現(xiàn)第一個(gè)峰值，也是頂峰值，下午4時(shí)左右出現(xiàn)第二個(gè)峰值即次峰值；全天峰值最高的為開(kāi)敞小花園，峰值最低的為音樂(lè)學(xué)院中庭，開(kāi)敞小花園也是當(dāng)天的最低谷值。已有研究表明，植物葉片表面的形態(tài)特征和濕潤(rùn)性決定了植物對(duì)空氣PM2.5具有較強(qiáng)的吸附能力；在重力和風(fēng)的作用下，結(jié)合植物枝葉對(duì)顆粒物的攔截和吸附作用，從而實(shí)現(xiàn)滯塵效應(yīng)[4]。開(kāi)敞小花園PM2.5值在極短時(shí)間內(nèi)很快升高，表明空間內(nèi)細(xì)顆粒物被植物攔截在植物組成的立體空間內(nèi)，考慮到植物植株密度，空間較閉合難于疏散，所以極短時(shí)間內(nèi)開(kāi)敞小花園細(xì)顆粒物濃度上升到很高的值；隨著空間細(xì)顆粒物濃度的動(dòng)態(tài)下降，以及植物吸附能力慢慢顯現(xiàn)，開(kāi)敞小花園內(nèi)PM2.5濃度開(kāi)始降低，且植物吸附能力較強(qiáng)，開(kāi)敞花園空間內(nèi)細(xì)顆粒物濃度在極短時(shí)間內(nèi)下降到谷值。

2.2 不同開(kāi)敞空間的PM2.5濃度比較

由圖2 所示，開(kāi)敞花園的PM2.5濃度在上午10時(shí)至下午14時(shí)高于開(kāi)敞廣場(chǎng)，此時(shí)，空氣中PM2.5的濃度處于當(dāng)天的第一個(gè)峰值期間；其他時(shí)間，廣場(chǎng)PM2.5濃度低于花園空間PM2.5濃度。花園空間PM2.5濃度起伏較大，當(dāng)天的峰值與谷值均出現(xiàn)于此，其緣由植物對(duì)PM2.5的吸附作用以及花園空間植物形成的立體空間能遲滯細(xì)顆粒物見(jiàn)前文。東門(mén)廣場(chǎng)濃度曲線起伏較小，因靠近東門(mén)，往來(lái)車(chē)輛較多，空間細(xì)顆粒物濃度在正常情況下高于小花園，但空曠的空間有利于擴(kuò)散，因此數(shù)值相對(duì)變化不大。

2.3 不同建筑圍合空間的PM2.5濃度比較

2.3.1三面圍合空間布局

由圖3所示，大三面圍合式建筑PM2.5濃度與小三面圍合布局比較而言，只有兩次峰值間有變化，其他時(shí)間段二者幾乎無(wú)明顯變化。小三面圍合式建筑峰值高于大三面圍合建筑布局。小三面圍合的空間比較狹長(zhǎng)，寬度只有4 m，因此空間上相較于大三面圍合，更為封閉，受風(fēng)因素影響較小，空間中細(xì)顆粒物濃度升高后不易隨氣流擴(kuò)散。大三面圍合的內(nèi)部空間大，東側(cè)為學(xué)校主干路，空間中細(xì)顆粒物易向東側(cè)道路方向擴(kuò)散，9號(hào)樓與8號(hào)樓相交處未閉合，形成一個(gè)寬4 m長(zhǎng)8 m的行走廊道，廊道兩側(cè)空氣流動(dòng)強(qiáng)烈，有助于樓前廣場(chǎng)空間中的細(xì)顆粒物擴(kuò)散，所以峰值低于小三面圍合的內(nèi)部空間細(xì)顆粒物濃度。

2.3.2全圍合空間布局

全圍合建筑布局，課題組選取了音樂(lè)學(xué)院和美術(shù)學(xué)院兩處，美術(shù)學(xué)院中庭為封閉式四面圍合，音樂(lè)學(xué)院建筑為三排聯(lián)排建筑，西側(cè)為豎立狀W形銜接，1層中間部分留有出行空間，東側(cè)為3層連廊及綜合樓，整體上形成一個(gè)閉合空間，但因?yàn)楦鞑糠植捎眠B廊連接，以及使用需要，各方向1層位置開(kāi)有出入口，空間通暢性較高。

由圖4所示，全天空間細(xì)顆粒物濃度美院中庭均高于音樂(lè)學(xué)院中庭。經(jīng)過(guò)空間環(huán)境的對(duì)比，美院中庭相較于音樂(lè)學(xué)院中庭，更加封閉，比其他建筑組合更難以進(jìn)行污染物的濃度擴(kuò)散，音樂(lè)學(xué)院中庭出入口眾多，樓與樓之間的連接處較空曠，復(fù)式連廊相比建筑實(shí)體更加通暢，出入口呈相對(duì)式，加大空氣對(duì)流強(qiáng)度，使得中庭內(nèi)部的空氣處于更快頻率的流動(dòng)當(dāng)中。此外，中庭內(nèi)部種植

有女貞，石楠等灌木喬木，對(duì)空間中的細(xì)顆粒物吸附能力強(qiáng)，因此音樂(lè)學(xué)院中庭空間細(xì)顆粒物濃度始終低于美院中庭細(xì)顆粒物濃度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)各類建筑空間形態(tài)的研究比較，以及對(duì)綠地、道路、風(fēng)力因素等其他影響空氣中細(xì)顆粒物濃度的因子分析，得出以下結(jié)論：

建筑空間布局是影響細(xì)顆粒物濃度的最重要因素，但空氣中細(xì)顆粒物濃度也受該圍合空間中綠地率、周邊道路等級(jí)以及與該圍合空間的接入形式、風(fēng)力因素以及氣流強(qiáng)度的影響。

建筑圍合深度對(duì)空氣中細(xì)顆粒物濃度的擴(kuò)散起到重要影響。控制圍合深度之外的影響因素，對(duì)取樣點(diǎn)細(xì)顆粒物濃度進(jìn)行排序，小三面圍合→大三面圍合→開(kāi)敞廣場(chǎng)的順序由大到小進(jìn)行遞減排序。

建筑圍合空間的封閉性影響細(xì)顆粒物濃度的分布。越封閉的圍合空間，細(xì)顆粒物濃度越不容易擴(kuò)散，濃度越高；反之，圍合空間不封閉，尤其能夠形成貫通式氣流的空間，空氣流動(dòng)加速，內(nèi)外氣流交換頻繁，空氣中細(xì)顆粒物也會(huì)隨之?dāng)U散。因此，圍合空間的封閉性與細(xì)顆粒物濃度呈負(fù)相關(guān)。

植物對(duì)細(xì)顆粒物的吸附作用以及空氣除塵作用是往后建筑布局必須合理考量的因素。將綠植與建筑布局有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從設(shè)計(jì)源頭上加強(qiáng)對(duì)城市生態(tài)的投入，合理在各類建筑布局空間中布置綠植，在植株選擇上、種植密度上、種植格局上等方面與建筑布局有機(jī)結(jié)合，在建筑建造規(guī)劃層面降低細(xì)顆粒物濃度。