基于ENVI-met指導(dǎo)的河南科技大學(xué)德園東區(qū)景觀優(yōu)化研究★

張蕓溪 王燕飛 黃 賓

(河南科技大學(xué)建筑學(xué)院，河南 洛陽 471032)

自21世紀(jì)伊始，中國的城市化建設(shè)逐年加速。國家統(tǒng)計局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2017年年末，我國城鎮(zhèn)常住人口81 347萬人，比上年末增加2 049萬人；城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?城鎮(zhèn)化率)為58.52%，比上年末提高1.17個百分點(diǎn)[1]。居住區(qū)作為城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要組成部分，隨著居民生活水平的提高，其內(nèi)部人居舒適性要求也越來越受重視，而居住區(qū)內(nèi)綠地布局對微氣候的影響有著深遠(yuǎn)的研究價值。當(dāng)前園林景觀師多是從經(jīng)驗(yàn)與形式的角度出發(fā)進(jìn)行居住區(qū)景觀設(shè)計，并沒有將綠地視為改善居住區(qū)室外熱環(huán)境的重點(diǎn)而進(jìn)行科學(xué)性的規(guī)劃。首先當(dāng)前對綠地微氣候的研究多以綠化量高低為參考，而對綠化設(shè)計角度出發(fā)考慮較少，其次在已有的研究住區(qū)微氣候的評價中熱環(huán)境的關(guān)注度較多，對風(fēng)環(huán)境、人體熱舒適性等角度著重較少[2]?；谟邢薜某鞘杏玫?，城市規(guī)劃偏向于存量規(guī)劃，如何在有限的綠地面積與提高其生態(tài)效益二者之間找到平衡，是本文的研究目的所在。

1 研究背景介紹

洛陽地處河南省西部、黃河中下游，屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，多年平均降水量600 mm，洛陽冬季盛行東北風(fēng)和西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)[5]。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50189—2015公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自2005年起，城市新建和改建建筑需全部采用外墻外保溫節(jié)能措施，加之規(guī)劃設(shè)計注意防風(fēng)避風(fēng)問題，有效確保了冬季建筑節(jié)能保溫效果[3]。因此，本文相較于居住區(qū)冬季的保溫、日照采光而言，重點(diǎn)研究夏季的通風(fēng)降熱對于住區(qū)微氣候改善情況。

研究區(qū)域位于河南省洛陽市洛龍區(qū)河南科技大學(xué)東北角附屬家屬院—德園住區(qū)。德園住區(qū)是河南科技大學(xué)開元校區(qū)教職工住區(qū)，占地近500畝，分為東西南三個區(qū)域，60棟住宅樓，東區(qū)1，2號樓，西區(qū)1，2，3號樓為小高層建筑，其余均為多層建筑，是目前洛陽市占地最大的多層住宅區(qū)。其規(guī)劃總用地33.5 hm2，綠地率40.6%，停車位878個?；贓NVI-met軟件自身特點(diǎn)，選取德園家屬區(qū)東北區(qū)域200 m×200 m正方形范圍作為研究區(qū)域。居住區(qū)東部為6層半高樓房，每棟樓房均有2個出入口。除了街道相接處種植高大喬木之外，其余地段附以草地種植得到綠化效果，場地綠化品種單一、灌木種植面積不足、沒有達(dá)到相應(yīng)的綠化要求。現(xiàn)根據(jù)居住區(qū)植物造景相關(guān)規(guī)范，對居住區(qū)內(nèi)綠化種植進(jìn)行相關(guān)設(shè)計和改進(jìn)。

2 模型參數(shù)設(shè)置

在模擬平臺軟件ENVI-met上建模，并根據(jù)居住區(qū)綠地造景配置方式來進(jìn)行植物栽植。配實(shí)景圖見圖1。

2.1 植物參數(shù)設(shè)置

軟件模擬主要涉及三種植物類型：喬木、灌木和草本。由于受到軟件網(wǎng)格高度的限制，草本選擇植株高度為0.5 m的草木，灌木高度為1.2 m，喬木選取樹高10 m冠幅5 m的榆樹、樹高7 m冠幅5 m的楊樹以及樹高12 m冠幅7 m的洋槐作為居住區(qū)造景用樹。

2.2 初始環(huán)境參數(shù)設(shè)置

模擬選取洛陽典型氣象日的環(huán)境參數(shù)為初始值，模擬時間從7月20日上午7：00～下午19：00，計算周期為12 h。考慮到模擬區(qū)域周邊環(huán)境條件與模擬核心區(qū)域類似，流入邊界條件選擇循環(huán)式邊界條件。為了保證模擬的穩(wěn)定性，在模擬區(qū)域設(shè)置了10個嵌套網(wǎng)格，根據(jù)實(shí)地測量及該住宅區(qū)的建筑平面圖，在ENVI-met軟件SPACES建模功能中建立實(shí)測區(qū)的現(xiàn)狀模型。在模型研究區(qū)域建立基礎(chǔ)值設(shè)定中，平面x，y軸方向上模擬區(qū)域?yàn)?00 m×200 m，水平網(wǎng)格數(shù)為40×40(分辨率為2 m)。由于實(shí)測區(qū)內(nèi)建筑物最大高度為18.8 m，根據(jù)軟件對三維模型的垂直高度要求為Z≥2ZHmax(Hmax為模擬區(qū)內(nèi)最高建筑高度),因而豎直z軸方向上設(shè)置分辨率2 m的網(wǎng)格共20個，符合數(shù)值模擬高度的要求[4]。

模擬參數(shù)設(shè)定依據(jù)模擬日當(dāng)天洛陽市氣象局公布的逐時氣候數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速風(fēng)向和太陽輻射。由于街區(qū)尺度城區(qū)熱島強(qiáng)度最高值一般出現(xiàn)在每天的14：00左右，模擬比較這一時間段內(nèi)的氣候數(shù)據(jù)對熱舒適性分析更具有可比性。因此，提取14：00時刻的氣候數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析(見圖2～圖7)[5]。

3 優(yōu)化前后模擬對比

3.1 風(fēng)速

根據(jù)圖2，圖3可以看出，改造前下午14：00近地面風(fēng)速大致在2 m/s，且東北風(fēng)從建筑樓間距穿過時受到植物阻擋作用明顯，說明改進(jìn)后的植物栽植起到一定的作用。北部建筑風(fēng)速較大，是因?yàn)槠錄]布置相對數(shù)量的大型喬木導(dǎo)致，所以下一步做法便是建筑群北側(cè)種植樹高10 m的楊樹和針葉樹。改造后，依據(jù)植物種植形式，風(fēng)力可以均勻分布，風(fēng)速大致在1.25 m/s。

3.2 相對濕度

相對濕度這一項(xiàng)，深色區(qū)域顯示為道路和硬質(zhì)鋪裝，淺色區(qū)域相對濕度較高，植物調(diào)節(jié)作用比較明顯，帶來的人體熱舒適度感受良好。研究區(qū)的相對濕度呈現(xiàn)出與溫度反向?qū)?yīng)的趨勢，即早上氣溫最低點(diǎn)時刻其濕度值最大，隨著溫度值的升高濕度值開始下降，14:00時刻溫度升至最高時，住區(qū)相對濕度降至最低(見圖4，圖5)。

3.3 空氣溫度

空氣溫度通過觀察可看出，改造前后建筑組團(tuán)周圍溫度相對較低，植物降溫作用比較明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。不過南部卻出現(xiàn)了溫度反常升高的情況，推測原因很可能是建筑周圍高達(dá)喬木較少，大面積草坪起不到降低溫度的作用。所以在景觀營建中，有時需要照顧觀景作用而犧牲一部分生態(tài)效益的現(xiàn)象也時有發(fā)生，所以需要照顧兩者的相互關(guān)系以期達(dá)到平衡(見圖6，圖7)。

4 結(jié)語

基于以上分析不免看出，改進(jìn)后的居住區(qū)組團(tuán)室外熱環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)明顯改善，結(jié)合植物栽植以減少夏季東北熱風(fēng)對建筑區(qū)域的侵襲，種植高大常綠喬木并輔以灌木來圍合德園居住區(qū)團(tuán)東北部；建筑群中間道路種植落葉喬木并減少灌木的栽植，來增加通風(fēng)，達(dá)到及時輸出熱氣的作用；南部則普遍栽培灌木和地被，落葉喬木散布其中用以提高將來冬季太陽直射時長。

以往景觀設(shè)計一般給出的建議大部分是樹種的選取和栽植比例，具體到樓前應(yīng)該種植多少樹木、種植什么樣的樹木夏季既能遮陰擋雨冬季落葉之后還能達(dá)到日照采光的效果，這方面的理論知識體系很少、框架缺乏。所以通過模擬此場景以期能夠探索這方面的規(guī)律或者說找到一種合適的方法。