基于人體舒適度的產(chǎn)業(yè)園景觀空間冬季微氣候效應(yīng)研究

文／丁 敏 肖湘東

引言

近年來(lái)，城市綠地植被的退化正在加劇城市微氣候的變化，從而產(chǎn)生了諸如熱島效應(yīng)等極端氣候現(xiàn)象[1,2]。相關(guān)研究表明城市各類(lèi)綠地可以改善微氣候環(huán)境，其中景觀空間是人們進(jìn)行戶外活動(dòng)的主要場(chǎng)所，可以通過(guò)調(diào)整組成要素以及各種建造策略來(lái)打造舒適的空間環(huán)境[3,4]。比納蒂·弗洛里貝塔等人發(fā)現(xiàn)通過(guò)樹(shù)木遮陽(yáng)來(lái)使空氣冷卻，從而向周邊區(qū)域散布冷空氣的方式使炎熱的環(huán)境得到冷卻[5]。但現(xiàn)有研究多集中于夏季，對(duì)于冬季關(guān)注較少，且多以綠地內(nèi)部植物構(gòu)成為研究重點(diǎn)，對(duì)于與人群活動(dòng)最為密切的景觀空間的研究相對(duì)較少。為此，本研究以蘇州創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園為對(duì)象，探究景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)微氣候以及人體舒適度的影響，以期對(duì)冬季人群高頻活動(dòng)區(qū)提供更為合理的微氣候季節(jié)適宜性設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 研究地概況

研究樣地位于蘇州工業(yè)園區(qū)的蘇州市創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園（圖1），屬于亞熱帶季風(fēng)海洋氣候，一年四季分明，1 月份是年度氣溫最低月，平均氣溫為0.3℃，以東、北風(fēng)向居多。其中內(nèi)部業(yè)態(tài)成熟，空間類(lèi)型豐富，綠化率較高，是蘇州市規(guī)模最大、最具有代表性的產(chǎn)業(yè)園。

圖1 蘇州創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園測(cè)點(diǎn)布置（圖片來(lái)源：作者自繪）

1.2 試驗(yàn)方法與測(cè)點(diǎn)布置

在冬季對(duì)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園景觀空間進(jìn)行微氣候?qū)崪y(cè)，在距離地面1.5m 處使用FR-HWS 自動(dòng)氣象站對(duì)景觀空間內(nèi)的空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，并以當(dāng)日氣象站逐小時(shí)測(cè)值作為校正參考。本實(shí)驗(yàn)天氣選取蘇州市冬季典型天氣日進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（天氣晴朗無(wú)云）。觀測(cè)時(shí)間為2021年1 月18 日和19 日的9 ∶00～17 ∶00 連續(xù)9h，時(shí)間間隔為1h。

此次研究的重點(diǎn)是探究產(chǎn)業(yè)園內(nèi)景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與微氣候之間的作用機(jī)制，因此選擇蘇州創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園中心綠地中5 種典型的景觀空間進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，包括開(kāi)敞空間（A1）、半開(kāi)敞空間（A2）、半封閉空間（A3）、封閉空間（A4）與覆蓋空間（A5），其中空間的側(cè)界面圍合要素均為植物，底界面材質(zhì)均為花崗巖下墊面，各測(cè)點(diǎn)的布置位置見(jiàn)圖1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同景觀空間微氣候影響因子定量分析

根據(jù)本研究中不同景觀空間微氣候因子比較結(jié)果可見(jiàn)（圖2、圖3），在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，五種空間的空氣溫度日間變化趨勢(shì)均為先上升后下降的單峰型變化，而相對(duì)濕度相對(duì)于空氣溫度變化呈反相分布。其中在午后13 ∶00 前后達(dá)到最高溫度，半封閉空間溫度最高，為25.95℃。在14:00 前后相對(duì)濕度達(dá)到極小值，半封閉空間濕度最小為18.56%，覆蓋空間此時(shí)的濕度相對(duì)偏高，為31.4%，這是由于覆蓋空間內(nèi)光照不足使得其溫度較低、蒸騰作用較弱，因此相對(duì)濕度一直保持在較高狀態(tài)，其中最高值為47.3%。另外半開(kāi)敞空間風(fēng)速較大，在9 ∶00 達(dá)到風(fēng)速較大值為1.4m/s。其他景觀空間的風(fēng)速均在1m/s 以內(nèi)，表現(xiàn)為微風(fēng)水平。而圍合空間的四個(gè)立面是以喬灌木方式進(jìn)行圍合，對(duì)風(fēng)速的阻擋作用最大，風(fēng)速值較小。覆蓋空間由于頂面有樹(shù)冠遮蔽，葉片間的摩擦可以使來(lái)風(fēng)減緩，同時(shí)樹(shù)枝和樹(shù)葉的擾動(dòng)作用可以降低湍流，從而對(duì)風(fēng)速具有一定的削弱作用。

圖2 各景觀空間溫度與相對(duì)濕度日間逐時(shí)變化圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

圖3 各景觀生理等效溫度日間逐時(shí)變化圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

2.2 不同景觀空間人體舒適度評(píng)價(jià)

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

此前國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)研究得出生理等效溫度更適用于冬季小氣候人體舒適度的量化計(jì)算，因此使用PET 來(lái)進(jìn)行舒適度評(píng)價(jià)分析（表1）。在冬季，生理等效溫度越高，人體感覺(jué)越舒適和溫暖，生理等效溫度越低，人體感覺(jué)越不舒適，甚至為寒冷或極冷。PET 的計(jì)算通過(guò)RayMan軟件進(jìn)行，各計(jì)算參數(shù)輸入時(shí)采用典型中國(guó)男性生理指標(biāo)（年齡30 歲、體重70kg、身高1.75m），設(shè)定冬季服裝熱阻1.0clo，新陳代謝率90W/m2[1,3]。

表1 PET 和微氣候因子相關(guān)性分析（表格來(lái)源：作者自繪）

2.2.2 不同景觀空間人體舒適度評(píng)價(jià)

由圖3 可見(jiàn)，PET 與空氣溫度的變化趨勢(shì)相近，在13 ∶00 前后，PET 達(dá)到極大值，最高值出現(xiàn)在圍合空間，圍合空間在四周的立面上有喬灌木遮擋，其內(nèi)部風(fēng)速較小，PET 均值最高為21.01℃，體感為舒適，表明在冬季室外熱環(huán)境中圍合空間的熱環(huán)境最為適宜。而半開(kāi)敞空間內(nèi)部風(fēng)速較大，最大值為1.4m/s，帶走空間內(nèi)的熱量，降低空氣溫度，人體感覺(jué)不舒適，因此其PET 均值較小，為15.92℃。半封閉空間內(nèi)PET均值較高，但不同時(shí)間的PET 值變化幅度較大，空間感受從極冷到熱，人體感受的差異較大。覆蓋空間的空氣溫度、相對(duì)濕度、PET 的變化范圍最小，PET均值為15.37℃，人體感受不舒適，且體感恒定。

2.3 景觀空間人體舒適度與微氣候影響因子的相關(guān)性分析

PET 與微氣候影響因子相關(guān)性分析結(jié)果顯示（表1），PET 值與空氣溫度（R=0.782，P＜0.01） 和相對(duì)濕度（R=-0.554，P＜0.01）相關(guān)性顯著，與風(fēng)速相關(guān)性較弱（R=0.036，P=0.814），其中與空氣溫度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，解釋了變量61.47%的變化，與相對(duì)濕度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，解釋了變量30.66%的變化。

2.4 景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與微氣候影響因子的相關(guān)性分析

根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示（表2），在底界面材質(zhì)相同的情況下，只有底界面的開(kāi)敞空間中太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，因此其中PET 值與空氣溫度（R=0.908，P＜0.01）和相對(duì)濕度（R=-0.724，P＜0.01）表現(xiàn)出極強(qiáng)的顯著性相關(guān)，然而對(duì)于覆蓋空間來(lái)說(shuō)，其中的空氣溫度和相對(duì)濕度與PET 的相關(guān)性則較弱，這主要是因?yàn)楦采w空間有喬木的樹(shù)冠作為頂界面對(duì)空間進(jìn)行了遮蔽，內(nèi)部的太陽(yáng)輻射最弱，溫度和濕度的變化也不明顯。而圍合空間側(cè)界面PET 與風(fēng)速（R=0.483，P=0.094）具有一定的相關(guān)性，主要是因?yàn)樵趥?cè)界面全圍合狀態(tài)下，其中的微氣候狀態(tài)比較穩(wěn)定，而風(fēng)速的突然變化會(huì)帶走內(nèi)部熱量、加速空氣流動(dòng)，引起人體的不舒適感。

表2 景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與微氣候因子的相關(guān)性分析（圖片來(lái)源：作者自繪）

3 研究結(jié)論

本研究針對(duì)蘇州創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園景觀空間進(jìn)行了冬季微氣候特征及其影響因子進(jìn)分析，得到以下結(jié)論：

（1）在冬季，不同景觀空間的微氣候特征存在明顯差異，空間內(nèi)部的熱濕環(huán)境是影響人體舒適度的重要因素。PET 與空氣溫度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)、與相對(duì)濕度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，空氣溫度越高、相對(duì)濕度越低，則PET 值越大，人體感覺(jué)越舒適溫暖。而在熱濕環(huán)境基本相同的情況下，風(fēng)速的大小是影響人體舒適度的重要指標(biāo)。較高的風(fēng)速會(huì)加速氣流運(yùn)動(dòng)，帶走空間中的熱量，使人體感覺(jué)寒冷不適。

（2）景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同會(huì)影響人們對(duì)空間的感受。其中影響較大的因素是側(cè)界面的圍合、頂界面的遮蔽和底界面材質(zhì)，側(cè)界面圍合越緊密，對(duì)風(fēng)速的阻擋作用越強(qiáng)，而無(wú)頂界面遮蔽的空間相較于有頂面遮蔽的空間中太陽(yáng)輻射熱強(qiáng)，溫度高；底界面為硬質(zhì)鋪裝材料時(shí)，其比熱容和反射率較低，空間升溫快。

結(jié)語(yǔ)

城市創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園是人群戶外活動(dòng)的聚集地和交往交流的主要場(chǎng)所，內(nèi)部的綠地不僅可以改善周邊的微氣候環(huán)境，同時(shí)還可以為其周邊人群等提供休憩放松的戶外空間。但是，除非內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)得足夠舒適，否則高溫或極寒的景觀空間可能無(wú)法被充分利用，因此了解舒適的戶外空間需要哪些組成要素以及建造的策略，對(duì)于設(shè)計(jì)供公眾使用的空間將至關(guān)重要。綜上研究發(fā)現(xiàn)景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的營(yíng)造是進(jìn)行冬季產(chǎn)業(yè)園景觀空間設(shè)計(jì)、改善戶外人體舒適度的關(guān)鍵。因此針對(duì)冬季微氣候的適應(yīng)性設(shè)計(jì)，應(yīng)著重打造大面積頂面開(kāi)敞、無(wú)樹(shù)蔭遮蔽的活動(dòng)空間，減少郁閉度，保證充分的太陽(yáng)輻射量，提高內(nèi)部空氣溫度。并運(yùn)用設(shè)計(jì)手段建造立面景墻、喬灌等進(jìn)行空間圍合，阻擋冬季寒風(fēng)，防止內(nèi)部熱量流失，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部保溫最大化。同時(shí)采用硬質(zhì)下墊面，可以迅速吸熱升溫，最大程度上實(shí)現(xiàn)熱量聚集，打造更舒適、健康和安全的戶外景觀空間。