綠化和建筑布局對重慶市高綠地率居住區(qū)小氣候的影響研究

張自豪,李妍汶

(西南大學(xué)園藝園林研究生院，重慶 400715)

綠化和建筑布局對重慶市高綠地率居住區(qū)小氣候的影響研究

張自豪,李妍汶

(西南大學(xué)園藝園林研究生院，重慶 400715)

以高綠地率的重慶市龍湖西苑居住片區(qū)為調(diào)查對象，測試其溫度、濕度、風(fēng)速等氣象指標(biāo)，以建筑離散度為切入點(diǎn)，重點(diǎn)研究綠化和建筑布局形式對重慶市高綠地率居住區(qū)夏季小氣候的影響。結(jié)果表明，綠化率與居住區(qū)熱環(huán)境指標(biāo)相關(guān)性不大；建筑離散度對高綠地率居住區(qū)夏季日均溫有一定影響，建筑離散度越低，建筑越集約，居住區(qū)夏季建筑周圍溫度越低；建筑離散度高的居住區(qū)能有效增加夏季風(fēng)速；不同布局形式的居住區(qū)人體舒適度存在差異，呈現(xiàn)為片塊式>向心式>圍合式，圍合式布局形式的居住小區(qū)夏季小氣候最為舒適。

高綠地率居住小區(qū)；小氣候；綠化率；建筑布局；建筑離散度；人體舒適度

隨著近年來我國城市化進(jìn)程的不斷加快，2015年我國城鎮(zhèn)常駐人口達(dá) 77 116 萬人，比往年增加 2 200 萬人，城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋壤秊?6.1%，城市環(huán)境問題日益凸顯，而人們對居住區(qū)小氣候也越發(fā)重視。大量研究表明，適宜的居住區(qū)小氣候是影響居民居住環(huán)境舒適程度的重要因素。

居住區(qū)中的綠化率和建筑布局是影響小氣候舒適度的重要指標(biāo)。日本有學(xué)者對位于大阪市的某居住區(qū)建立數(shù)值模型，分析建筑、綠地等對小氣候的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增加綠地面積能夠明顯降低氣溫[1]；根據(jù)國家規(guī)定綠地率在舊區(qū)改造中不小于25%，在新區(qū)建設(shè)中不小于30%[2]，但隨著人們對居住環(huán)境要求的提高和對小區(qū)氣候的重視，綠地率遠(yuǎn)高于國家規(guī)定的新建居住區(qū)逐漸增多。從重慶市十佳小區(qū)評比和重慶部分在建住宅區(qū)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來看，現(xiàn)有居住區(qū)綠地率大都在35%以上，并且有相當(dāng)一部分居住區(qū)綠地率高于50%[3]。而對于高綠地率小區(qū)，綠地率對熱環(huán)境的影響效果是否明顯，以及制約高綠地率居住區(qū)的熱環(huán)境的指標(biāo)因素，國內(nèi)外研究普遍較少。同時，不同的建筑布局形式是影響居住區(qū)小氣候的另一個重要指標(biāo)，美國學(xué)者Bonan[5]通過對一個居民小區(qū)的實(shí)地測量，提出建筑密度和高度是使得微氣候產(chǎn)生差異的直接因素之一。在國內(nèi)岳紅蕾[4]對重慶地區(qū)探討了建筑布局對建筑室外風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境和污染物分布的影響。但這些研究多以主觀描述為主，缺乏定量化的指標(biāo)研究，并且并未將高綠地率小區(qū)作為單獨(dú)范本進(jìn)行討論研究。本研究以重慶市江北區(qū)綠化率較高的龍湖居住片區(qū)為例進(jìn)行小氣候觀測調(diào)查，分析比較在較高綠地率下，以居住區(qū)的建筑集約程度為切入點(diǎn)，討論不同的建筑布局形式對重慶高綠地率居住區(qū)熱環(huán)境的影響，為城市居住區(qū)空間的改造、設(shè)計(jì)、建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

場地選擇在重慶市江北區(qū)龍湖西苑居住片區(qū)的金暉苑(圍合式)、楓林秀水(片塊式)、尚源印象(向心式)3種布局形式的居住小區(qū)，其地理坐標(biāo)為北緯29°33′ 18″～29°40′ 53″，東經(jīng)106°23′ 43″～106°53′ 22″ 。該片區(qū)地勢較為平坦，坡度較小，為同一批次建成小區(qū)，綠化條件相近并且均高于45%，屬于高綠化率小區(qū)，且均屬于主城區(qū)高層小區(qū)，能較好代表重慶市主城區(qū)居住區(qū)情況。測量居住區(qū)形態(tài)指標(biāo)見表 1。

表1 測量居住區(qū)形態(tài)指標(biāo)Tab.1 Measurement of residential area morphological indicators

1.2 研究方法1.2.1 氣象因素測量

根據(jù)研究內(nèi)容和調(diào)查目標(biāo)，以50 m×50 m的單元格作為實(shí)地調(diào)查的基本單元，每個基本單元選擇6個點(diǎn)進(jìn)行測量，6個點(diǎn)的比例按單元內(nèi)生境類型進(jìn)行分配，其中金暉苑共采集30個單元、180個點(diǎn)；尚源印象共采集22個單元、132個點(diǎn)；楓林秀水共采集30個單元、180個點(diǎn)。測量時間選擇在5—8月重慶市夏季的09∶00—18∶00，按指標(biāo)進(jìn)行多次測量；選取距3處小區(qū)距離相同的一處無植被遮陰的硬質(zhì)鋪裝廣場為對照樣地。測量的氣象指標(biāo)為空氣干球溫度、濕球溫度、相對濕度、風(fēng)速。指標(biāo)觀測間隔時間約為1 h，觀測時間約為5～10 min，觀測高度為離地面1.5 m。采用Microsoftexcel 2010、SPSS 19等分析軟件進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)小氣候觀測干球溫度、濕球溫度、相對濕度，風(fēng)速采用Kestrl便攜式氣象站。溫度測量范圍為-100.0～1 300℃，精確度為±0.2℃。儀器相對濕度測量范圍為5%～95%，精確度±5%。風(fēng)速為0.4～30m/s，精確度為5%。

1.2.2 居住區(qū)建筑離散程度描述

為了定量描述3種居住區(qū)(圍合式、向心式、片塊式)的建筑離散程度，將居住區(qū)建筑進(jìn)行描點(diǎn)建立坐標(biāo)系，通過計(jì)算坐標(biāo)點(diǎn)方差來定量描述3種居住區(qū)的建筑離散程度，坐標(biāo)點(diǎn)方差越大，則表示居住區(qū)建筑越分散；反之，方差越小，居住區(qū)建筑越集約。3種居住區(qū)建筑的建筑描點(diǎn)方差分別為：圍合式(金暉苑)3.314，向心式(尚源印象)4.2；片塊式(楓林秀水)5.943，則其離散程度為：圍合式<向心式<片塊式，片塊式建筑分布最為分散，向心式居中，圍合式建筑分布最為集中。

1.2.3 人體舒適度評價指標(biāo)

人體舒適度指數(shù) (ssd) 是在氣象角度上衡量不同的條件下人體的舒適程度，根據(jù)人類機(jī)體與大氣環(huán)境之間的熱交換而制定的生物氣象指標(biāo)[6-7]，公式為：

ssd= ( 1. 818t+ 18. 18) ( 0. 88 + 0. 002f) +t-32) / ( 45 -t) -3. 2v+18. 2

式中，t為干球溫度，f為相對濕度，v為風(fēng)速[8]。

ssd與人體舒適度的劃分標(biāo)準(zhǔn):ssd> 79，舒適度 3 級，炎熱，很不舒適，需防中暑;ssd= 79，舒適度 2 級，較熱，不適應(yīng)，應(yīng)適當(dāng)降溫;ssd=71，舒適度 1 級，偏暖，較為舒適; 70≥ssd≥50，舒適度0 級，最為舒適，最可接受;ssd=51，舒適度-1 級，偏涼，較為舒適;ssd<50，舒適度-2 級，較冷，不舒適，需保暖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小區(qū)日均溫與對照組溫度差分析

通過比較3個居住區(qū)各自均溫與對照組溫度差值可發(fā)現(xiàn)，三者差異較為明顯(圖4)：3個居住區(qū)日均溫與對照組當(dāng)日氣象溫度均有不同程度的降低，其中，圍合式居住區(qū)日均溫降低程度最高，為5.15℃；其次為向心式居住區(qū)，為3.08℃；最后是片塊式居住區(qū)，為2.87℃。 而比較每日溫度最高時，居住區(qū)溫度與對照組氣象溫度差值，圍合式居住區(qū)金暉苑降溫差值最明顯，達(dá)到8.4℃；而最低溫度差值3種類型小區(qū)相差不大，在每日的溫度波動上，圍合式居住區(qū)波動最小，為4.2℃，其次為片塊式，為5.9℃，波動最大，為6.5℃。

圖1 3種類型居住氣溫與江北區(qū)氣象氣溫差值

對日均溫差值與居住區(qū)離散度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2。

建筑離散度與日均溫相關(guān)系數(shù)為-0.485，具有負(fù)相關(guān)性，說明隨著建筑離散度的升高，建筑越分散，日均溫與對照組的差值越小，日均溫越高，降溫效果越不明顯；反之，當(dāng)建筑離散度越低，建筑布局形式越集約時，溫度差值越大，日均溫則越低，降溫效果越顯著。而在對綠地率和日均溫的相關(guān)性分析中則發(fā)現(xiàn)，在較高綠地率的層面上，綠地率與日均溫差值并無明顯相關(guān)性。

表2 建筑離散度與日均溫差值相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient of building dispersion and daily mean temperature difference

**在置信度(雙側(cè))為0.05時相關(guān)性性是顯著的。

3種類型居住區(qū)中，金暉苑為圍合式小區(qū)，建筑離散度最低，建筑最為集約，小區(qū)日均溫低于其他2個小區(qū)，其次是向心式的尚源印象，建筑離散度稍低于片塊式的楓林秀水，日均溫也稍低于片塊式。在重慶夏季日照時間長，陽光直射強(qiáng)烈，而建筑離散度越低，建筑排列越集約，居住區(qū)之間建筑遮陰效果則越明顯，這種效果在高層住宅中則更為明顯；同時在高綠地率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升綠地率，并不能帶來有效地降低小區(qū)日均溫。因此，在重慶夏季綠地率較高的高層住宅中，較為集約的建筑排列形式能更有效地降低居住區(qū)日均溫。

2.2 居住區(qū)間建筑周圍溫度差異分析

居住區(qū)建筑周圍范圍為夏季生活活動的重要場地，因此，研究居住區(qū)建筑周邊溫度對于居住區(qū)氣候具重要意義。比較3種居住區(qū)建筑周圍1 m內(nèi)(具體選擇點(diǎn)統(tǒng)一為建筑1 m內(nèi)硬質(zhì)鋪裝主體入口)白天溫度變化，如圖2可知：3種類型居住區(qū)建筑旁溫度變化趨勢大致相同，均是在9∶00—12∶00時溫度上升較快，趨于平穩(wěn)，然后在15∶00—17∶00時再次上升。建筑比熱容較大，在氣溫剛上升，建筑溫度隨之上升較快，影響周圍氣溫上升；而在12∶00—15∶00時建筑陰影以及周圍綠地作用，使得建筑旁溫度趨于穩(wěn)定；在15∶00后氣溫達(dá)到當(dāng)日最高點(diǎn)，建筑周圍溫度隨之進(jìn)行2次增高。3種類型的居住區(qū)中，每一時刻圍合式小區(qū)(金暉苑)溫度均明顯低于其他2個小區(qū)，并且在日均溫最高的15∶00—17∶00時溫度也較為穩(wěn)定；其他2個小區(qū)差距不大，片塊式(楓林秀水)和向心式(尚源印象)在9∶00—12∶00時溫度差異不大，但在15∶00—17∶00時，向心式小區(qū)建筑周圍溫度明顯低于片塊式。

圖2 3種類型居住區(qū)建筑周圍溫度對比

對居住區(qū)建筑溫度和居住區(qū)建筑離散度進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)可以發(fā)現(xiàn)，居住區(qū)建筑溫度和建筑離散度有顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.519**，建筑周圍溫度會隨著建筑離散度的升高而升高。

表3 離散度與建筑周圍氣溫相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation between the dispersion and the ambient temperature of the building

**在置信度(雙側(cè))為0.01時相關(guān)性是顯著的。

圖3 各居住區(qū)各時刻平均風(fēng)速比較

由相關(guān)性分析可知，居住區(qū)建筑的離散度對建筑周圍溫度影響更為顯著，更低的建筑離散度，建筑排列方式越集約，建筑周圍區(qū)域溫度則越低，相對越?jīng)鏊?，集約型的居住區(qū)建筑形式(如圍合式)能夠大量減少太陽輻射，更加有效地提供建筑陰影，降低建筑四周溫度。

2.3 居住區(qū)風(fēng)速

圖3為3個居住區(qū)各時刻風(fēng)速差異比較，總體而言，3個居住區(qū)基本風(fēng)速都不大，總體在0～5 m/s的區(qū)間范圍內(nèi)，3個居住區(qū)峰值風(fēng)速分別為片塊式4.5 m/s、向心式3.1 m/s、圍合式2.1 m/s，其中，片塊式居住區(qū)整體風(fēng)速高于其他2個居住區(qū)，向心式居住區(qū)風(fēng)速稍高于圍合式居住區(qū)。對居住區(qū)平均風(fēng)速和居住區(qū)建筑離散度進(jìn)行相關(guān)性分析(表4)，結(jié)果表明，平均風(fēng)速與建筑離散度之間相關(guān)度明顯，相關(guān)系數(shù)為0.045*，在置信度(雙側(cè))為0.05時相關(guān)性是顯著的，說明隨著建筑離散度的增加，居住區(qū)平均風(fēng)速隨之變大。

表4 建筑離散度與風(fēng)速相關(guān)系數(shù)Tab.4 Building dispersion and wind speed correlation coefficient

*在置信度(雙側(cè))為0.05時相關(guān)性是顯著的。

重慶市夏季普遍風(fēng)速較小，較為悶熱，而居住區(qū)內(nèi)當(dāng)風(fēng)流動撞擊到建筑的迎風(fēng)面時，會在建筑迎風(fēng)面的前部形成滯留區(qū)，片塊式居住區(qū)建筑分布分散且多為行列狀，對風(fēng)的阻礙小且容易形成縱向風(fēng)的流通通道，風(fēng)速較其他2種類型居住區(qū)大，而圍合式居住區(qū)建筑風(fēng)阻面大，并且難以在樓層間形成對流風(fēng)，所以圍合型居住區(qū)平均風(fēng)速最小。

2.4 居住區(qū)舒適度

通過計(jì)算3種類型居住區(qū)舒適度可以得知：圍合式居住區(qū)氣候舒適度為71，人體感覺偏暖，較為舒適；向心式和片塊式居住區(qū)人體舒適度分別為75和77，人體感覺炎熱，很不舒適，需要適當(dāng)降溫，對照組人體舒適度為93，人體感覺很炎熱，很不舒適，需要防中暑。重慶市夏季氣溫高，風(fēng)少且空氣濕度大，3個居住區(qū)相對于對照組均有明顯地提升人體舒適度的效果，而圍合式居住區(qū)的小氣候最為舒適，最適宜居住。

3 討論

研究結(jié)果表明：在高綠化率的居住區(qū)中，綠化率與居住區(qū)熱環(huán)境指標(biāo)相關(guān)性不大，在綠化率較高的層面上提升綠化率并不能有效改善居住區(qū)熱環(huán)境。而建筑離散度對高綠地率居住區(qū)夏季日均溫有一定影響。離散度低的居住區(qū)夏季日均溫低，離散度高的居住區(qū)平均溫高。同時，離散度率越低其溫度波動越小，日最高溫也最低。建筑離散度在建筑周圍溫度方面相關(guān)性更為顯著。居住區(qū)離散度越低，建筑越集約，居住區(qū)建筑周圍溫度則相對越低；而離散度越高，建筑越離散，建筑周圍溫度也相對越高。建筑離散度同樣對風(fēng)速有一定影響。建筑離散度越高，居住區(qū)日均風(fēng)速越低。建筑離散度最小的圍合式居住區(qū)能最大程度地降低氣溫，改善建筑周圍炎熱情況，提供夏季舒適的活動空間，但圍合式居住區(qū)相對于片塊式、向心式也有風(fēng)速小的弊端，通過人體舒適度指標(biāo)對3種居住區(qū)進(jìn)行分析可得到舒適度排列次序?yàn)椋浩瑝K式>向心式>圍合式，圍合式居住區(qū)相對熱環(huán)境最為適宜居住。

方慧芳等[9]探討了臨安市不同綠化和建筑布局對居住區(qū)溫度波動范圍的影響以及不同天氣狀況下的日均溫，劉濱誼等[10]以上海居住區(qū)為調(diào)查對象尋找溫度要素與居住區(qū)開敞空間布局及人群行為的關(guān)系，陳珂珂等[11]以鄭州市居住區(qū)為調(diào)查對象研究植物視圖因子和建筑視圖因子與小氣候的相關(guān)性，張德順等[12]研究上海豫園不同植物建筑要素的搭配組合的降溫效果以及與人體舒適度的關(guān)系?？梢钥闯?，前人的研究大都停留在定性而籠統(tǒng)的實(shí)測分析，并且沒有將高綠地居住區(qū)作為單獨(dú)的范本進(jìn)行區(qū)別研究。本研究在實(shí)測的基礎(chǔ)上，以建筑離散度為切入點(diǎn)，對重慶市 3類高綠地率居住區(qū)的建筑布局進(jìn)行量化分析其對小氣候的影響，得出建筑離散度對居住區(qū)熱環(huán)境的改變效果。本研究僅僅討論了夏季白天居住區(qū)小氣候狀況，今后仍有一些問題需要通過更詳細(xì)的觀測實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行深入探討，例如在陰天和雨天、白天和夜間以及其他季節(jié)的條件下不同居住區(qū)內(nèi)部氣溫變化和氣溫的對比分析，同時，由于當(dāng)?shù)貧夂虻奶厥庑?，相對濕度指?biāo)差異性過大未納入討論范圍，如何考量地域差異因地設(shè)計(jì)調(diào)查方案都是需要進(jìn)一步思考研究的問題。

[1] OH E J,LEE H W，A.KONDO. Micro-climate prediction in a residential development region using a numerical model [J]. Ecological Modelling, 2004 (177)：283-295.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部.城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50180-3)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994:6.

[3] 陳麗花.重慶市十佳園林式小區(qū)景觀設(shè)計(jì)探析[D].重慶：西南大學(xué)園藝園林研究生院，2010：5-25.

[4] 岳紅蕾.重慶市建筑布局對建筑環(huán)境影響的研究[J].科技視界,2014(22):99.

[5] BONAN G B． Microclimates of a suburban Colorado (USA)landscape and implications for planning and design [J]．Landscape and Urban Planning (Amsterdam) ，2000，49 ( 3 /4) : 97-114．

[6] 毛弋，唐偲． 考慮人體舒適度的擴(kuò)展短期負(fù)荷預(yù)測新方法[J]． 電 力 系 統(tǒng) 以及自 動 化 學(xué) 報(bào)，2011，23(3):106-110．

[7] 王德平，岳志春，郭北玲，等． 基于人體舒適度的城市綠地面積的確定[J]． 安徽農(nóng)業(yè)科技，2010，38 (10):5445-5447．

[8] 閩俊杰，張金池，張?jiān)鲂牛龋?近 60 年來南京市人體舒適度指數(shù)變化及其對溫度的響應(yīng) [J]． 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，36 (1) : 53-58．

[9] 方慧芳，張方方，張燕飛． 綠化和建筑布局對居住區(qū)小氣候的影響[J]． 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(5):745- 747,752．

[10] 劉濱誼，梅欹，匡緯． 上海城市居住區(qū)風(fēng)景園林空間小氣候要素與人群行為關(guān)系測析[J]． 中國園林，2016，32(1):5-9．

[11] 陳珂珂，梁 濤，甘義猛，等.建筑和綠化布局對鄭州市居住區(qū)小氣候的影響[J]．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,50(5):674-682.

[12] 張德順，李賓，王振，等． 上海豫園夏季晴天小氣候?qū)崪y研究[J]． 中國園林，2016，32(1):18-22．

Influence of the Building and Green Space Layout for Microclimate in Chongqing High Greening Rate Residential

ZHANG Zihao,LI Yanwen

(Southwest University,Chongqing 400715,China)

By taking “Longhu Xiyuan” of Chongqing as an operating space, this research observed meteorological elements such as air temperature, wind speed, building dispersion in order to find out the influence of greening and different architecture layouts in the residential district on warm environment. The results show that the greening rate is not related to the thermal environment index of the residential area; The building dispersion has a certain influence on the daily average temperature of the high green area in the residential area; The lower building dispersion, the more intensive building, and the more low ambient temperature in the residential area; the building with high dispersion can effectively increase the summer wind speed. There are differences in the comfort of the residential area at different layouts, which is the same as that of the block-type> centripetal type> enclosed, and enclosed layout building are the most comfortable.

high green rate residential area; microclimate; greening rate; building layout; building dispersion; human comfort

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.02.032

2017-02-27.

重慶市應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目"節(jié)約型園林關(guān)鍵技術(shù)集成研究與示范"(項(xiàng)目編號：cstc2014yykfA9001).

張自豪(1991-)，男，河南信陽人，碩士研究生.從事風(fēng)景林生態(tài)學(xué)方面研究.Email:409267986@qq.com.

王海洋(1964-)，男，河南義馬人，教授，博士.從事風(fēng)景園林生態(tài)研究.

S731.5；S718.512

A

1671-3168(2017)02-0153-05