夏冬季節(jié)綠化對居住小區(qū)溫濕環(huán)境影響研究
——以臨安左鄰右里小區(qū)為例

陳志駿，岳 甲，宋莎莎，吳曉華，申亞梅

（浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院 浙江臨安311300）

城市面積地?cái)U(kuò)張，鋼筋混泥土建筑地不斷聚集，帶來城市空間區(qū)域熱環(huán)境地變化，熱島效應(yīng)現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。居住區(qū)占據(jù)城市主要面積，在城市區(qū)域中分布最為廣泛[1]，其建筑形態(tài)、空間布局、綠化狀況、下墊面性質(zhì)等直接影響了區(qū)域熱環(huán)境[2]。在建筑條件確定的情況下，綠化狀況是改善區(qū)域熱環(huán)境的重要指標(biāo)，綠化植被指數(shù)對熱環(huán)境影響程度為32.6%，在區(qū)域內(nèi)各影響因子中處于主導(dǎo)地位[3]，并且不同綠化形態(tài)對不同季節(jié)的居住區(qū)室外熱環(huán)境特征存在不同影響[4]。

綠化是改善區(qū)域環(huán)境的主要因子，綠地面積、綠化覆蓋率等指標(biāo)成為居住區(qū)建設(shè)的硬性指標(biāo)，而不同的綠化方式與形態(tài)改善居住區(qū)熱環(huán)境效率不同[5]，于此同時(shí)，固定形式的綠化其植物的周期性對同一場地內(nèi)四季的環(huán)境影響也存在著不同。在夏季綠化植物主要通過遮陰與其自身的生態(tài)學(xué)特性改善著城市空間環(huán)境溫濕度環(huán)境[6,7]，而冬季環(huán)境下綠化的作用效果及其原理還不明朗。因此，本文以杭州臨安城區(qū)居住小區(qū)為例，根據(jù)建筑空間布局方式選擇綠化樣點(diǎn)，在夏季和冬季分別測定溫濕度指標(biāo)，并通過舒適度分析，探索不同綠化方式對夏冬季節(jié)熱環(huán)境的貢獻(xiàn)效率，為綠化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 研究內(nèi)容與方法

1.1 測試樣地的選擇

臨安市（東經(jīng) 119°.72′，30°.23′）位于浙江省杭州城區(qū)西部，屬于中亞熱帶氣候，四季分明，夏季平均氣溫為25℃左右，冬季平均氣溫2℃左右，是典型的夏熱冬冷地區(qū)。

測試地點(diǎn)為臨安市城區(qū)西南部的左鄰右里小區(qū)東區(qū)，該小區(qū)位于臨安城區(qū)西南部錦天路與吳越街交匯處，與其他居住小區(qū)緊密相連，構(gòu)成臨安城區(qū)重要的居住板塊，是臨安城區(qū)人口較為密集的地段。該小區(qū)占地面積約為6.7hm2，總建筑為的12hm2，容積率1.7，建筑為以7～8層的居住樓為主,平均高度為19.6m。小區(qū)綠化率為35%，人工植物群落穩(wěn)定。該小區(qū)結(jié)構(gòu)完整，兒童活動(dòng)場、停車場等基礎(chǔ)設(shè)置齊全,可滿足居民對居住小區(qū)的日常需求，因此具有典型性和代表性。

本研究采用定點(diǎn)測試，根據(jù)小區(qū)的建筑空間布局方式、綠地的功能屬性及綠化狀況，在小區(qū)內(nèi)共布置測試樣點(diǎn)11處。各樣點(diǎn)具體情況見表1

1.2 研究方法

選擇夏季日平均溫度在35℃以上，冬季日平均氣溫在5℃以下的，晴朗無明顯風(fēng)感的天氣條件下進(jìn)行測試[8]。使用HOBO-UX100-003溫濕度記錄儀記錄下與人關(guān)系最為密切的白天上午9:00至下午17:00離地1.5m處的空氣溫度和相對濕度，每1h逐時(shí)記錄一次。于此同時(shí)，每2h使用AB-F/RX-300紅外熱成像儀，拍攝記錄下各樣點(diǎn)的熱成像圖。

測試時(shí)間為2016年1月19日與7月21日的上午9：00—下午17:00點(diǎn)。

圖1 測試樣點(diǎn)分圖Figure 1 Test sample point distribution

表1 測試樣點(diǎn)基本情況Table 1 Basic situation of test sample

表2 測試儀器主要參數(shù)Table 2 Main parameters of test instrument

在此前關(guān)于舒適度的研究中，學(xué)者提出了眾多的以溫度、濕度指標(biāo)為參數(shù)的人體舒適度指標(biāo)及模型，其中應(yīng)用最為普遍的是不適指數(shù)DI(discomfort index,)[9-10]即溫濕指數(shù) THI(thermal humidity index)。

其公式表示為：THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)公式（1）

式中THI為溫濕指數(shù)，T為空氣溫度 (℃),RH為相對濕度(%)。

將測得的各樣點(diǎn)溫度與濕度指標(biāo)帶入公式（1），得到相應(yīng)的THI指數(shù)，將各結(jié)果進(jìn)行比較。THI與人體舒適度的劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 夏季THI與人體舒適度關(guān)系Table 3 The relationship between THI and human comfort in summer

測量結(jié)果使用 Microsoft Excel和SPSS22.0軟件處理，得到各樣點(diǎn)的在測量時(shí)間段內(nèi)的平均溫濕度和平均THI指數(shù)等數(shù)據(jù)，繪制各樣點(diǎn)溫濕度的逐時(shí)變化圖等相關(guān)圖表，并對相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬夏季平均溫濕度變化

將各測點(diǎn)的日平均氣溫進(jìn)行對比分析，結(jié)果所示(圖2-A)，夏季11個(gè)樣地溫度由高到低順序依次P8＞P6＞P7＞P10＞P1＞P4＞P3＞P11＞P9＞P5＞P2。 P8 點(diǎn)溫度最高，為38.08℃。平均溫度最低的點(diǎn)為P2，為36.72℃。P8與P2平均氣溫相差1.26℃，積溫相差10.3℃(圖2-B)。由圖2-D可知，冬季11個(gè)樣地日平均溫度排序與夏季不同，溫度由高到低順序依次為P6＞P5＞P3＞P4＞P10＞P7＞P1＞P2＞P8＞P11＞P9；其中P6.點(diǎn)平均氣溫最高，為6.6℃，積溫為 57.9℃，P9平均氣溫最低為4.7℃，積溫37.6℃；兩者平均氣溫和在測量時(shí)間段的積溫度分別相差1.9℃和19.3℃(圖2-E)。同時(shí)，在夏季氣溫排名中相對靠前的P7，P8樣點(diǎn)在冬季溫度排名中則相對較后。

夏季各測點(diǎn)的平均相對濕度情況如圖2-C所示，相對濕度從高到低的排名為P2＞P5＞P9＞P11＞P4＞P3＞P6＞P1＞P10＞P7＞P8，除 P6 外，其余測點(diǎn)的相對濕度排名與氣溫排名呈相反對應(yīng)的狀態(tài)。其中P2在測試時(shí)間段內(nèi)的平均濕度是37.32%，為各樣點(diǎn)中最高，比平均濕度最低點(diǎn)P8點(diǎn)高7.02%。冬季平均相對濕度從高到低的排名為，P10＞P7＞P2＞P1＞P4 ＞P9＞P11＞P3＞P5＞P6＞P8（圖 2-F）。冬季各樣點(diǎn)相對濕度的排名與平均氣溫的排名整體上呈相反的狀態(tài)，沒有出現(xiàn)夏天中氣溫與濕度相反對應(yīng)的現(xiàn)象。在在冬季相對濕度排名中排名最前和最后的樣點(diǎn)分別為P10的與P6，濕度分別為26.0%和19.3%，兩者相差6.7%。

2.2 日溫度變化

圖3-A顯示，在夏季進(jìn)行測試的時(shí)間段內(nèi)，各樣點(diǎn)溫度隨著時(shí)間的變化，出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng)，但整體上呈現(xiàn)出先上升后下降的總趨勢。各測點(diǎn)的最高溫度主要集中在 13：00—14：00，14:00—15:00，15:00—16:00 3個(gè)時(shí)間段內(nèi)。且各測點(diǎn)在這幾個(gè)時(shí)間段溫度均處于高水平，變化幅度較小。最高溫度出現(xiàn)在 13:00—14：00的 P7測點(diǎn)，氣溫為40.2℃，比此時(shí)溫度最低的 P2的 37.7℃測點(diǎn)高2.5℃。在測量時(shí)間段內(nèi)部分測點(diǎn)在14:00之后，開始下降，15:00后所有測點(diǎn)氣溫均出現(xiàn)下降，并隨時(shí)間推移各點(diǎn)溫差開始減小逐漸趨于相同。

冬季各測點(diǎn)的溫度變化如圖3-B顯示，冬季最高氣溫為10.4℃，出現(xiàn)13:00—14：00區(qū)間內(nèi)的無遮陰樣點(diǎn)P6，比此時(shí)最低點(diǎn)氣溫的5.8℃高4.4℃。各樣點(diǎn)在15:00后溫度開始下降，P6的溫度下降尤為迅速，在15:00—16:00區(qū)間跌落至溫度最低點(diǎn)，至17:00之后下降速度才有所減緩。而平均氣溫最低的P9樣點(diǎn)，溫度變化則相對穩(wěn)定。

2.3 日濕度變化

由圖3-C可知，夏季各樣點(diǎn)濕度隨時(shí)間的變化的總體趨勢呈現(xiàn)先下降后上升，這與溫度日變化的規(guī)律相反，并且上午濕度下降的幅度與速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的下午濕度上升的幅度和速率。各樣點(diǎn)的濕度最 低 點(diǎn) 主 要 出 現(xiàn) 在 13：00—14：00，14:00—15:00，15:00—16:00這3個(gè)時(shí)間段。郁閉度最高的P2點(diǎn)的相對濕度在各時(shí)間段內(nèi)均保持在較高水平。

如圖3-D所示，冬季各樣點(diǎn)濕度隨時(shí)間的變化出現(xiàn)了先急速下降，后小幅波動(dòng)，最后迅速上升的總體趨勢。在上午11：00之前各樣點(diǎn)濕度均急劇下降；11:00—15：00各樣點(diǎn)的濕度各樣點(diǎn)出現(xiàn)的不同程度的小幅波動(dòng)，但整體較為穩(wěn)定；15：00之后各樣點(diǎn)濕度開始上升，上升速度在17：00之后明顯加快，各樣點(diǎn)濕度開始趨向一致。

圖2 夏冬季節(jié)溫度濕度的變化Figure 2 The change of day temperature and relative day humidity

圖3：各測點(diǎn)溫濕度的變化Figure 3:The change of day temperature and relative day humidity in each point

2.4 各樣地的熱成像果分析

通過紅外熱呈像儀得到夏季在9:00—10:00，11:00—12:00，14:00-15:00，16:00—17:00， 四個(gè)時(shí)間段內(nèi)的各樣點(diǎn)點(diǎn)室外熱環(huán)境的熱成像圖，見圖4。圖4顯示，各樣地的溫度隨時(shí)間的變化出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與的溫度儀的測量結(jié)果相同。

P2、P5、P9樣點(diǎn)的熱成像圖顯示，高大的上層喬木形成的林下空間與周邊環(huán)境相比有著相對較低的氣溫，而部分遮陰較差的區(qū)域形成了明顯的高溫斑塊。P1、P6、P7、P8、P10 的熱成像圖顯示，樣點(diǎn)的下墊面具有較高的溫度，但樣點(diǎn)周邊的綠化植物溫度卻相對較低。

2.5 熱舒適度

在夏季炎熱環(huán)境下，THI值與人的舒適度呈負(fù)相關(guān)[11]，而在寒冷的冬季人群需要溫暖的環(huán)境，因此THI值越高，人越覺得舒適。

研究結(jié)果顯示（見圖4-A、圖5-A），在夏冬兩季，不同的綠化狀況下，各樣點(diǎn)的舒適度存在一定的差異，其中冬天各樣點(diǎn)的舒適度差異相比夏季更為明顯。由圖4-A可知，夏季各測點(diǎn)平均THI均處于較高水平，各樣點(diǎn)從大到小依次排名為：P6＞P8＞P1＞P2＞P7＞P4＞P10＞P5＞P3＞P9＞P11。 在夏季 P6 點(diǎn)THI高達(dá)29.14，為各測點(diǎn)的最高值，屬于極端不舒適等級(jí)。其余測點(diǎn)的在測試時(shí)間的平均THI值均小于29。溫度最低濕度最大的P2點(diǎn)在測試時(shí)間段的平均THI為28.9，處于高水平，不舒適程度較高。結(jié)果表明，在夏季綠化對樣點(diǎn)熱舒適度的影響與綠化的降溫增濕作用并不一致。如圖4-B顯示，在寒冷的冬季，各測點(diǎn)的THI都處于較低水平，其中P6的THI平均值最高，為10.11。平均THI最低的為P9，僅為8.80。冬季平均THI由大到小排列的順序?yàn)椋篜6＞P5＞P3＞P4＞P7＞P10＞P8＞P1＞P11＞P2＞P9。

圖4：各測點(diǎn)不同時(shí)間熱量分布圖Figure 4:Heat distribution of each measuring point at different time

圖5 夏冬季溫濕度指數(shù)Figure 5 THI of each measuring point in summer and in winter

表4：各測點(diǎn)熱舒適度分類Table 4:Classification of thermal comfort of each measurement point

根據(jù)冬夏兩季各測點(diǎn)的THI結(jié)果顯示，將測點(diǎn)劃分為，A型(夏季不舒適冬季舒適)，B型(夏天舒適冬季不舒適)，C型(夏冬兩季均不舒適)，D 型（夏冬兩季均舒適)。如表 6所示：P4、P6、P7的 THI值冬天與夏天均高，屬于夏季不舒適冬季舒適的A型；P9、P11 THI值夏天與冬天均低，為夏天舒適冬季不舒適型的 B 型；P1、P2、P8、P10THI夏天高冬天低，為夏冬兩季均不舒適的C型；P3、P5THI夏天低東天高，屬于夏冬兩季均舒適的D型。

3 結(jié)論與討論

3.1 綠化與空氣溫度的關(guān)系

綠化植物有良好的降溫效果[5,7]，夏季郁閉度高的樣點(diǎn)氣溫相對較低，夏季氣溫的高低與樣點(diǎn)的郁閉度呈負(fù)相關(guān)[12]，上層喬木的遮陰能力是影響夏季室外溫度的最重要因素[13]。本研究結(jié)果可知，P2、P5、P9樣點(diǎn)上層喬木郁閉度相對較高，形成了遮蔭空間，有效地阻擋了太陽輻射，氣溫較低。P6、P7周圍種植園林植物，但并不具有對樣點(diǎn)形成有效遮陰的能力，該類樣點(diǎn)郁閉度低，太陽輻射強(qiáng)烈，氣溫相對較高。研究還表明，冬季各樣點(diǎn)的溫度與綠化植物的郁閉度的高低并不一致。P7，P8樣點(diǎn)郁閉度低的樣點(diǎn)，冬季溫度也相對較低。這可能與周邊產(chǎn)生的陰影有關(guān)。同時(shí)，由研究結(jié)果可知，冬季無遮蔭的樣點(diǎn)空氣溫度較高，但隨著時(shí)間的變化，溫度有較大幅度的變化，光照條件差的樣點(diǎn)溫度較低，但整體上趨于穩(wěn)定。這可能是因?yàn)楣庹諚l件差的樣點(diǎn)，受太陽輻射影響不大，其光照條件并不會(huì)隨太陽運(yùn)行的軌跡而發(fā)生明顯的改變。

3.2 綠化與相對濕度的關(guān)系

綠化植物對周圍產(chǎn)生一定的濕度，夏季綠化形成的郁閉度越高，濕度越大[14]，因此出現(xiàn)了各樣點(diǎn)濕度排名與溫度排名相反對應(yīng)的現(xiàn)象。P6樣地在各樣點(diǎn)的溫度排名中位居第二，濕度排名也較高，可能是因?yàn)樵摌狱c(diǎn)地毗鄰小區(qū)人工湖，人工湖湖水蒸發(fā)，使P6點(diǎn)具有相對較高的空氣濕度。冬季各樣點(diǎn)的濕度排名并沒有與溫度排名成相反對應(yīng)的現(xiàn)象。與綠化植物郁閉度的無明顯的相關(guān)性，說明冬季居住區(qū)的濕度環(huán)境與綠化的關(guān)系不顯著。

3.3 綠化與熱舒適度的關(guān)系

冠幅小的喬木在冬季便于太陽直接照射，有利于熱舒適度的提高，而夏季則會(huì)因此帶來截然相反的結(jié)果[12]。本研究中，P6夏季與冬季的THI均高于其他測點(diǎn)，屬于A型（夏季不舒適冬季舒適型）。該樣地周邊較為開闊，而廣場中心孤植的香櫞樹生長狀況不佳，樹冠過小，無法形成有效的遮陰面積。P4與P7也因?yàn)闃涔谶^小或樹冠與樣地面積的比例不當(dāng)，無法形成有效的遮陰面積，不能有效提高樣點(diǎn)夏季的舒適度。

根據(jù)本研究結(jié)果可知，遮陰效果強(qiáng)的綠化植物利于夏季熱舒適度的改善，卻阻礙了冬季熱舒適度的提升。在本研究結(jié)果中，P9點(diǎn)與P11點(diǎn)的THI出現(xiàn)了THI指數(shù)夏低冬高的現(xiàn)象，屬于B型（夏天舒適冬季不舒適）。P9為小區(qū)西南部的宅前綠地，樣點(diǎn)南邊與東邊均有建筑，建筑在該樣點(diǎn)形成了濃重的建筑陰影，冬季尤為明顯，該樣點(diǎn)種植的常綠喬木杜英更加重了陰影，致使陽光在該點(diǎn)無法長時(shí)間有效的照射。P11兩側(cè)均種植常綠喬木香樟，香樟在樣點(diǎn)上方創(chuàng)造了遮陰條件，出現(xiàn)了與P9類似的環(huán)境特征。

過多的綠化植物特別是大型喬木，在夏季會(huì)因?yàn)檫^多的增加濕度而降低熱舒適度[11.12]。冬季又阻礙了太陽輻射。而過少的綠化喬木，在夏季又不能很好的遮擋太陽輻射[15]。于此同時(shí)，樣地周邊建筑產(chǎn)生的陰影對室外熱環(huán)境的舒適度也起到一定的作用。本研究中，P2點(diǎn)與P8樣點(diǎn)屬于C型（冬夏兩季都屬于不舒適的類型）。P2點(diǎn)綠化喬木眾多，郁閉度高，三維綠量大，場地較為封閉。在夏季，眾多的喬木由于遮陰及蒸騰作用等生理作用，起到了較為明顯的降溫增效果，而在夏季高溫環(huán)境中濕度的增加會(huì)引起舒適度的下降；在冬季，該樣點(diǎn)較多的常綠喬木和植物密集的植物枝干、以及兩側(cè)的建筑陰影，阻礙了陽光的有效照射，對舒適度產(chǎn)生了負(fù)面影響。P8樣點(diǎn)較為開敞，周邊種植馬尼拉草坪和紫薇，山茶等灌木，無高大喬木，綠化植物僅起到覆蓋地表的作用，不形成有效的遮陰面，在炎熱夏季，由于無綠化遮陰，該樣點(diǎn)較長時(shí)間都處于太陽直接照射下；而冬季由于建筑陰影出現(xiàn)時(shí)間卻相對較長，阻礙了陽光的照射。

根據(jù)本研究結(jié)果可知，相對開敞的環(huán)境、綠量適當(dāng)?shù)膱@林植物與合適的常綠、落葉比例，會(huì)對居住區(qū)室外熱舒適度起到比較理想的改善效果，這與前人的研究結(jié)論類似[16]。P3與P5屬于D型(夏冬兩季均舒適型)，無論在冬季或是夏季都有相對的適應(yīng)的THI值。P3為居住區(qū)中心小廣場，廣場較為開闊，便于通風(fēng)，此外該樣點(diǎn)周邊種植高大的落葉喬木櫸樹和常綠小喬木桂花。在夏季櫸樹與桂花在廣場內(nèi)形成一定的投影面積，冬季櫸樹落葉，陽光可直接照射。P5樣點(diǎn)兩側(cè)種植櫻花等落葉小喬木和常綠小喬木桂花，種植密度適中。在夏季有效的遮擋了太陽輻射，冬季部分植物落葉，便于陽光的照射。

綜上所述,綠化時(shí)，喬木的特性及種植方式是影響居住區(qū)室外熱環(huán)境舒適度的關(guān)鍵因素。在夏季高溫條件下，過多的綠化植物因?yàn)樯砘顒?dòng)，過度的增加場地濕度，會(huì)降低場地舒適度；過少的綠化植物特別是遮蔭能力強(qiáng)的喬木，無法遮擋太陽輻射，對舒適度產(chǎn)生不良影響。在冬季過多的綠化植物特別是冠大蔭濃的常綠喬木，會(huì)因?yàn)樽钃跆栞椛洚a(chǎn)生不適宜的舒適度。故而主要通過調(diào)整喬木的種類，數(shù)量等方式改變上層喬木的冠層特性來達(dá)到改善室外熱環(huán)境的目的。同時(shí)應(yīng)控制灌木用量，避免盲目加塞綠化植物。防止過多綠化植物的蒸騰作用等生理活動(dòng)對室外熱環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

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