天津原租界街區(qū)夏季室外熱舒適研究*

保娟娟，黃 瓊，張安曉，張 頎

引 言

人口的增長和城市區(qū)域的逐漸擴(kuò)大導(dǎo)致城市熱環(huán)境問題日益顯著[1]。同時，夏季室外過熱會導(dǎo)致熱應(yīng)激及與熱相關(guān)的疾病[2]。基于城市可持續(xù)發(fā)展的需求，我國提出城市設(shè)計應(yīng)注重向綠色生態(tài)設(shè)計范式轉(zhuǎn)型[3]。此外，室外的熱舒適性對城市可持續(xù)發(fā)展及吸引更多人到室外活動有顯著影響[4]。天津原租界多為重要旅游景點(diǎn)，具有夏季人流量大、行人停留時間長和行人活動頻繁等特點(diǎn)，其室外熱環(huán)境問題不容忽視，亟需圍繞租界街區(qū)的熱環(huán)境現(xiàn)狀及設(shè)計因子對熱舒適的影響展開針對性研究。

近幾年來，國內(nèi)外學(xué)者從多方面對城市形態(tài)與熱舒適進(jìn)行研究（表1）。Mohammad Taleghani 等人[5]發(fā)現(xiàn)，在荷蘭的溫帶氣候條件下，受城市形態(tài)影響，太陽直射時間和平均輻射溫度對熱舒適性的影響最大，因此院落式布局最佳。Lai等人[6]將SVF 和街道高寬比等復(fù)雜空間的量化參數(shù)引入熱輻射溫度的研究中，發(fā)現(xiàn)在濕熱地區(qū)，如果空間的直射光已被城市形態(tài)阻擋，空間SVF 越大熱環(huán)境越好。Mohammad Wasim Yahia 等人[7]借助ENVI-met 軟件模擬，發(fā)現(xiàn)濕熱地區(qū)的綠化率、建筑覆蓋率和建筑容積率與PET 呈線性關(guān)系，但并未深入探討對應(yīng)的適宜區(qū)間及對設(shè)計的指導(dǎo)作用。國內(nèi)的既往研究則主要關(guān)注景觀和下墊面材質(zhì)的影響。陳卓倫[8]對廣州市的住宅區(qū)進(jìn)行實地調(diào)查，定量分析景觀設(shè)計因素對熱環(huán)境的影響，并提出了改善策略。Pingying Lin 等人[9]發(fā)現(xiàn)公園的面積、建筑密度和容積率會對熱環(huán)境產(chǎn)生影響。王藝等人[10]通過實測發(fā)現(xiàn)熱環(huán)境與周圍材質(zhì)和建筑類型有關(guān)。上述研究關(guān)于街區(qū)設(shè)計因子多樣性對熱舒適的提升潛力挖掘有限，同時缺少從設(shè)計師角度提出在地性的設(shè)計因子適用范圍。

表1 文獻(xiàn)梳理

從氣候區(qū)來看，國外的研究多為熱帶地區(qū)[11，12]、溫暖潮濕地區(qū)[7，13]和半干旱地區(qū)[14，15]，國內(nèi)的研究則多為夏熱冬暖地區(qū)[9，16]和夏熱冬冷地區(qū)[17-19]。既往研究不適用于其他氣候區(qū)，且缺乏對寒冷地區(qū)的歷史街區(qū)微氣候影響因子的定量研究[20]。既往研究不適用于其他氣候區(qū)，且缺乏對寒冷地區(qū)的歷史街區(qū)微氣候影響因子的定量研究。同時，既往的研究對象多為現(xiàn)代商業(yè)區(qū)[10，11]、高層居住區(qū)[7，15]和現(xiàn)代高校[21，22]，對人們?nèi)臻g活動較多的歷史街區(qū)的室外環(huán)境的關(guān)注較少。天津原租界區(qū)是1860～1945年間，9 個國家通過簽訂協(xié)議相繼在天津老城的東南海和海河兩岸建設(shè)的租借地[24]，目前多為天津的重要景點(diǎn)。原租界內(nèi)建筑低矮、建筑密度小，綠化率因建設(shè)初期設(shè)計概念影響差異較大。氣象條件是影響旅游業(yè)的主要自然因素[25，26]之一，綜合提升旅游景點(diǎn)的物理熱環(huán)境和熱舒適對增加旅客量起到關(guān)鍵作用[27]。因此，如果能引起對天津原租界的室外熱環(huán)境的關(guān)注，提供對應(yīng)改善策略，將有利于景點(diǎn)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和游客的健康。量化分析設(shè)計因子對熱環(huán)境的影響，依據(jù)現(xiàn)狀提出設(shè)計因子參數(shù)范圍，能為設(shè)計師未來設(shè)計類似形態(tài)街區(qū)提供理論依據(jù)。

基于以上，本研究通過測量天津現(xiàn)存較好的原租界街區(qū)的室外熱環(huán)境，探索在天津氣候條件下5 種原租界街區(qū)的熱環(huán)境差異及其設(shè)計因子對室外熱舒適造成的影響。系統(tǒng)的從街區(qū)規(guī)劃到建筑、街道及景觀的細(xì)節(jié)設(shè)計等多方面，量化分析街區(qū)設(shè)計因子與熱舒適之間的關(guān)系。本研究彌補(bǔ)了對租界街區(qū)熱環(huán)境關(guān)注的不足，并依據(jù)現(xiàn)狀分析結(jié)果，對現(xiàn)有租界街區(qū)提出改善策略。本研究從熱舒適的角度，更精確地提出了未來類似街區(qū)設(shè)計相關(guān)規(guī)劃指標(biāo)數(shù)據(jù)的范圍，以期對天津現(xiàn)有租界改造及類似的建筑低矮的街區(qū)設(shè)計和熱環(huán)境改善提供一些理論依據(jù)及實踐指導(dǎo)。

1 研究背景及技術(shù)方法

1.1 天津氣候

夏季的天津為濕熱大陸氣候[28]，普遍具有高溫高濕、日照時數(shù)長、太陽輻射大和風(fēng)速相對較小的特點(diǎn)。7 月份天津的溫度最高，歷史最高氣溫達(dá)41.60 ℃。此外，近100 年天津的平均氣溫呈顯著上升趨勢[29]，40 年來天津氣候顯著變暖，增暖速率達(dá)到0.40 ℃/10 年[30]。

1.2 測試對象選擇

在選取測試對象（圖1）時，綜合考慮了街區(qū)的容積率、建筑密度、綠化率、街道百分比、街道朝向和街巷寬高比等街區(qū)特征因素。原租界的形態(tài)特征如圖2 所示。原日本租界（日區(qū)）采用棋盤式結(jié)構(gòu)的城市規(guī)劃手法，整體呈規(guī)則整齊的肌理形態(tài)，街道尺度怡人。原意大利租界（意區(qū)）中街道被規(guī)劃為網(wǎng)狀，街道寬敞，建筑平面凹凸變化。原法國租界（法區(qū)）的整體規(guī)劃布局采用歐洲傳統(tǒng)古典主義手法，軸線和街心公園作為重要的景觀節(jié)點(diǎn)。其街道寬敞，建筑體量大。原奧匈帝國租界（奧區(qū)）毗鄰海河，建筑布局形式多樣。原英國租界（英區(qū)）的規(guī)劃注重城市的花園和公園的設(shè)計。其街道寬敞，建筑低矮，街區(qū)建筑密度小。各原租界街區(qū)的基本信息見表2。測點(diǎn)布置平面見圖2，測點(diǎn)布置原則為測點(diǎn)盡量分布在不同等級的街道中心且受遮蔽情況近似，此外，還應(yīng)充分體現(xiàn)各原租界街區(qū)的空間特征。僅法區(qū)和奧區(qū)的局部空間臨水，各區(qū)下墊面多為地磚，各區(qū)的SVF 在0～0.9 之間。街道百分比是指區(qū)域范圍內(nèi)街道面積所占區(qū)域總面積的比例；SVF 為從表面上的一個點(diǎn)可以看到天空所占視角的比例。

圖1 所選原租界街區(qū)分布圖及氣象站位置

圖2a 日區(qū)測點(diǎn)布置平面及典型街道剖面，圖2b 意區(qū)測點(diǎn)布置平面及典型街道剖面，圖2c 法區(qū)測點(diǎn)布置平面及典型街道剖面，圖2d 奧區(qū)測點(diǎn)布置平面及典型街道剖面，圖2e 英區(qū)測點(diǎn)布置平面及典型街道剖面

表2 原租界街區(qū)基本信息

圖3a 5 個區(qū)的空氣溫度箱線圖，圖3b 5 個區(qū)與氣象站空氣溫度差值箱線圖

1.3 測試方案

首先，通過實地測量獲取相關(guān)物理量數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用被廣泛使用的PET[31]熱環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)分析各原租界的熱舒適現(xiàn)狀。德國的安德里亞斯教授(Andreas Matzarakis)的團(tuán)隊[32]研發(fā)了RayMan 軟件，該軟件能依據(jù)氣象數(shù)據(jù)及多種環(huán)境因素科學(xué)計算PET。依據(jù)現(xiàn)場熱舒適問卷結(jié)果，輸入相關(guān)人體參數(shù)進(jìn)行計算，具體參數(shù)見表3。

表3 輸入軟件的人體參數(shù)

儀器均放置在1.50 m 高度處，設(shè)備相關(guān)參數(shù)及用法見表4。7 月是天津平均氣溫最高的時候，故此次測試在2019.06.29～2019.07.03 的09:00～17:00 進(jìn)行。測試期間天晴晴朗，基本無云，空氣溫度范圍為28.00～36.00℃（表5）。同時，依據(jù)各原租界歷史街區(qū)及下墊面情況，以50＊50 m 的方形區(qū)域作為環(huán)境要素統(tǒng)計范圍（圖3）。Pingying Lin[9]的研究選取公園外的測點(diǎn)作為參照點(diǎn)，減少因測量日期不一致對天氣變化造成的影響。故選擇位于研究區(qū)域附近的氣象站作為對比對象（圖1），其編號為54527，數(shù)據(jù)來源為中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)[33]。為表達(dá)更簡潔明確，本研究中用德爾塔(△)表示各區(qū)測點(diǎn)與氣象站的熱環(huán)境和熱舒適數(shù)據(jù)差。其中，ΔTa=Ta（測點(diǎn)）-Ta（當(dāng)日氣象站），ΔRH=RH（測點(diǎn)）-RH（當(dāng)日氣象站），ΔPET=PET（測點(diǎn)）-PET（當(dāng)日氣象站）。

表4 測量設(shè)備及其相關(guān)信息

表5 測量日期及天氣情況

2 測量結(jié)果與熱舒適度評價

2.1 空氣溫度

測試期間，被測各區(qū)的室外空氣溫度在28.48～37.11℃之間（圖4a），稍高于氣象站的范圍28.00～36.00 ℃。此外，不同原租界的空氣溫度存在較大差異，且標(biāo)準(zhǔn)差都較大（表6）。意區(qū)的自身氣溫差最大，且其標(biāo)準(zhǔn)差較大；法區(qū)的自身氣溫差最小，且其標(biāo)準(zhǔn)差較小。

表6 不同區(qū)的空氣溫度標(biāo)準(zhǔn)差及自身最大差

圖4a 五個區(qū)的相對濕度箱線圖，圖4b 五個區(qū)與氣象站相對濕度差值箱線圖

被測各區(qū)與氣象站的最大同時氣溫差出現(xiàn)在13:30～15:00，太陽輻射對各區(qū)的氣溫產(chǎn)生了一定的影響，但有一定的滯后性。不同區(qū)與氣象站的空氣溫度差在0.55～2.38 ℃間（圖4b），意區(qū)平均氣溫差最大，達(dá)2.38℃；日區(qū)和英區(qū)平均氣溫差分別為0.55 ℃和0.86 ℃，均小于1.00 ℃。

2.2 相對濕度

5 個區(qū)的相對濕度在25.21 %～59.10 %之間波動（圖5a），略大于氣象站的范圍21.00 %～58.00 %。不同區(qū)的相對濕度也存在較大差異（表7）。大部分原租界街區(qū)內(nèi)相對濕度低于氣象站（5b）。與氣象站相對濕度相比，英區(qū)增加2.39 %，意區(qū)降低12.10 %。此外，每個測點(diǎn)均呈現(xiàn)隨空氣溫度上升，相對濕度數(shù)下降的關(guān)系。

表7 五個區(qū)的相對濕度和標(biāo)準(zhǔn)差

圖5a 五個區(qū)的瞬時風(fēng)速箱線圖，圖5b 五個區(qū)與氣象站瞬時風(fēng)速差值箱線圖

2.3 瞬時風(fēng)速

風(fēng)速幾乎不因時間的變化而變化。建筑密度適中和綠化率較小的法區(qū)的平均風(fēng)速最大，達(dá)1.23 m/s；容積率低、街道高寬比小和綠化率高的英區(qū)的平均風(fēng)速最小，僅0.50 m/s（圖6a）。從各區(qū)與氣象站平均瞬時風(fēng)速差（圖6b）可以看出，建筑密度小和街道高寬比小的英區(qū)對風(fēng)的阻礙作用最小，建筑密度大且街道窄的日區(qū)對風(fēng)的阻礙作用最大。

圖6a 五個區(qū)的PET 箱線圖，圖6b 五個區(qū)的PET 變化曲線，圖6c 五個區(qū)的△PET 差值箱線圖

2.4 熱舒適評價

5 個區(qū)的PET 范圍在37.10～51.10 ℃之間（圖7a），依據(jù)Lai 等人[34]為天津建立的PET 熱舒適范圍（表8），人體感知為“熱”或“非常熱”。氣象站PET 范圍為29.10～51.50 ℃，人體感知在“暖”、“熱”和“非常熱”之間。與氣象站相比，日、意和英區(qū)的PET 僅高3.00 ℃左右，奧和法區(qū)PET 高5.00～8.00 ℃。各區(qū)PET 變化曲線趨勢類似，09:00～12:00 時段內(nèi)PET 上升，14:00 以后PET 值下降，且均在12:00～14:00 時段內(nèi)達(dá)日最大PET。說明太陽輻射對PET 產(chǎn)生了一定的影響（圖7b）。

表8 天津PET 熱感知區(qū)域[34]

綠化率大的英區(qū)的△PET 僅1.18 ℃，綠化率極低的奧區(qū)的△PET 達(dá)8.46 ℃（圖7c），二者最大同時△PET 達(dá)13.00 ℃。日區(qū)的綠化率略高于意區(qū)，其平均△PET 比意區(qū)低0.50 ℃，二者最大同時差值達(dá)9.80 ℃。說明，多綠化有利于降低PET。奧區(qū)與法區(qū)均臨水，兩區(qū)△PET 未顯著低于其他區(qū)，但水源對風(fēng)速及相對濕度產(chǎn)生了較顯著的影響。法區(qū)因為街區(qū)旁高層建筑的影響，造成其所受太陽直射較少和△PET 值較小的現(xiàn)象。英區(qū)的設(shè)計比其他區(qū)的設(shè)計更適應(yīng)天津夏季的氣候。

圖7 綠化率與△PET 的散點(diǎn)圖及回歸直線

2.5 熱環(huán)境與熱舒適

將各個測點(diǎn)不同時刻的熱環(huán)境數(shù)據(jù)與對應(yīng)的PET 數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，每種數(shù)據(jù)1071 個。從表9 可知，PET和空氣溫度顯著正相關(guān)，PET 和相對濕度顯著負(fù)相關(guān)，PET 和瞬時風(fēng)速顯著負(fù)相關(guān)。熱環(huán)境數(shù)據(jù)中（表10），相對濕度和空氣溫度顯著負(fù)相關(guān)。在天津的氣候條件下，當(dāng)氣溫降低時相對濕度上升，PET 下降。此結(jié)果與夏季高溫多雨的南京的PET 與相對濕度呈正相關(guān)的結(jié)果存在差異[35]。有研究表明，當(dāng)相對濕度在45 %～55 %之間，人的感受是最好的[36]，而天津夏季相對濕度多在25%～45 %之間。此外，從相關(guān)系數(shù)看，在本研究中相對濕度對熱感覺的影響不如溫度顯著。

表9 熱環(huán)境與熱舒適相關(guān)性分析

表10 熱環(huán)境各物理量關(guān)系

3 設(shè)計因子與熱舒適度分析

3.1 規(guī)劃指標(biāo)

△PET 與綠化率之間顯著負(fù)相關(guān)（表11、12）。公式表明，當(dāng)綠化率在40 %內(nèi)，綠化率每增加10 %，則PET 值降低1.30 ℃（圖8）。此結(jié)論與天津高校中每增加綠化率10 %，溫度降低0.37 ℃[37]類似，但綠化率對PET的影響比氣溫更顯著。同理，街道百分比每增加10 %，PET 增加1.15 ℃（圖9 和表13）。

表11 規(guī)劃指標(biāo)與熱舒適之間的相關(guān)性分析

表12 綠化率與ΔPET 回歸分析結(jié)果

表13 街道百分比與ΔPET 回歸分析結(jié)果

圖8 街道百分比與△PET 的散點(diǎn)圖及回歸直線

圖9a 意區(qū)的SVF 與△PET 散點(diǎn)圖及回歸直線，圖9b英區(qū)SVF 與△PET 散點(diǎn)圖及回歸直線

3.2 空間形態(tài)

3.2.1 天空視域因子（SVF）

△PET 和SVF 顯著相關(guān)（表14），但所有數(shù)據(jù)不能較好表達(dá)二者的線性關(guān)系。因日、意和英區(qū)的SVF 值在0.0～0.90 之間，而其余街區(qū)的SVF 多集中在0.3～0.5 間，過小的SVF 范圍造成了二者不能呈現(xiàn)顯著的線性關(guān)系。在意區(qū)和英區(qū)內(nèi)（表15、16，圖10），SVF 每增加0.1，PET 增加1.26 ℃左右。此結(jié)論與Chen 在香港的研究的結(jié)論中SVF 與PET 存在線性關(guān)系[38]一致。但與熊秀[39]得出在SVF 在0.1～0.7 間，SVF 每增加0.1，PET 僅上升0.19 ℃的結(jié)果差異較大?？紤]是因廣州和天津的太陽輻射量及日照時長的差異造成的。當(dāng)SVF 值越大則其所在環(huán)境的PET 越大，即緊湊、密集的街區(qū)設(shè)計中建筑和植物的遮擋減少了太陽直射的時間，也減少了地面輻射。這一現(xiàn)象在開闊的空間則相反。

圖10 不同朝向街道PET 對比

表14 SVF 和街道高寬比與熱舒適相關(guān)性分析

表16 英區(qū)不同測點(diǎn)SVF 與ΔPET 回歸分析結(jié)果

3.2.2 街道朝向

如圖11 和表17 所示，街道的平均△PET 北偏西朝向比北偏東高0.30～1.90 ℃，且波動幅度大0.70～5.20 ℃。在本研究中，NE49°朝向的街道的平均△PET 最低，熱環(huán)境最好。Andreou, E[40]的研究表明，氣溫方面南北朝向街道比東西朝向低。此外，街道與當(dāng)?shù)刂饕L(fēng)向形成45°夾角能使街道獲得最佳的通風(fēng)效果[41]。街道朝向的選擇需結(jié)合當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向、太陽高度角和太陽輻射情況等因素進(jìn)行考慮。

圖11 不同高寬比與△PET 散點(diǎn)圖及回歸直線

表17 不同朝向測點(diǎn)△PET

3.2.3 街道高寬比

△PET 與街道高寬比顯著正相關(guān)（表14）。高寬比在0.37～4.76 間，高寬比小的測點(diǎn)△PET 比高寬比大的高0.78～5.13 ℃（表18），且高寬比小的街道PET 波動更大。高寬比每增加0.10，則PET 降低0.15 ℃（表19和圖12）。此結(jié)論與劉濱誼[42]和杜曉寒[43]的研究結(jié)果類似，但因氣候環(huán)境不同導(dǎo)致高寬比對PET 的影響存在差異。

圖12 不同遮蔽情況下測點(diǎn)PET

表18 不同高寬比測點(diǎn)△PET

3.3 細(xì)節(jié)設(shè)計

3.3.1 植物類型

在天津，當(dāng)周圍建筑低矮時利用植被為城市室外空間創(chuàng)造陰影從而降低室外環(huán)境溫度是有效的策略。如：建筑高度近似的意區(qū)因植物比英區(qū)和日區(qū)少，其平均△PET 比英區(qū)和日區(qū)高0.50～3.95 ℃。5 個街區(qū)內(nèi)，有無植物遮蔽的測點(diǎn)間最大同時差達(dá)11.40 ℃。日區(qū)中（圖13），陽光直射下(A6)與植物遮蔽下(A2)的測點(diǎn)平均PET 差達(dá)8.40 ℃，最大同時差達(dá)11.40 ℃。植物的遮擋讓人的感受從“極端熱”變?yōu)椤翱山邮軣帷薄Ｓ^(qū)中陽光下(A8)與植物遮蔽下(A4)的測點(diǎn)平均PET 差達(dá)4.54℃，最高同時差僅9.80 ℃。由于英區(qū)內(nèi)植物的樹冠較小或被修剪至僅剩主干，其葉片覆蓋范圍小，導(dǎo)致其降低PET 的效果不如日區(qū)內(nèi)樹木。此結(jié)論中植物對熱舒適的影響與Alexandri 和Jones[44]以及Johansson 等人[45]的研究一致。此外，Shashua Bar[46]的結(jié)論是與樹木相比，草對熱環(huán)境的改善甚微，因樹木限制了直射和反射的太陽輻射量。因此，植物的種類需要針對天津的氣候選擇，且盡量種植冠大葉茂的樹木。

圖13 柱廊空間熱成像圖

3.3.2 柱廊空間

于11:00～12:00 和14:00～15:00 對街區(qū)的外表面溫度進(jìn)行拍攝。法區(qū)內(nèi)柱廊空間氣溫比外部街道溫度低13.00～24.70 ℃（圖14）。柱廊式步行街比普通步行街的熱環(huán)境更好，人行通廊的設(shè)計有利于降低陰影區(qū)域的空氣溫度提供更舒適的熱環(huán)境。結(jié)合建筑設(shè)計風(fēng)格的同時適當(dāng)設(shè)計柱廊空間在炎熱的夏季能為路人提供舒適的乘涼場所的同時降低建筑室內(nèi)能耗。

圖14 建筑凹凸及細(xì)節(jié)熱成像圖

3.3.3 建筑遮陽構(gòu)建

圖15a A3 測點(diǎn)照片,圖15b A8測點(diǎn)照片

圖16a 意區(qū)增加綠化率示意圖,圖16b 奧區(qū)增加綠化率示意圖

建筑平面凹凸變化也能降低溫度，如：法區(qū)內(nèi)B1 附近建筑局部空間的凹凸形成的遮陽空間的氣溫比地面氣溫低13.30～29.70 ℃（圖15）。建筑單體設(shè)計中屋頂、檐口和窗戶的突出形成的遮陽空間的氣溫比街道表面低33.40～44.10 ℃，這類設(shè)計能大幅度降低其遮蔽空間的氣溫。北方建筑中多缺少水平遮陽，可在不影響建筑外界面的情況下適當(dāng)增加水平遮陽，達(dá)到降低氣溫和減少PET 的目的。

3.3.4 水景觀

意區(qū)中A3 和A8 均為寬闊廣場上的測點(diǎn)（圖16）。A8 比A3 平均氣溫高0.14 ℃，平均相對濕度低8.40 %，平均風(fēng)速大0.17 m/s，平均PET 低0.36 ℃。小型水景觀雖然不能達(dá)到顯著的降溫效果，但能通過水的流動帶動周邊空氣的運(yùn)動從而適當(dāng)增加風(fēng)速，從而適當(dāng)改善熱環(huán)境。

4 環(huán)境改善策略

4.1 氣象要素

氣溫方面，意區(qū)的增量最大，但意區(qū)內(nèi)多為歷史保護(hù)建筑，街道及建筑無法改變?？梢栽跅l件允許范圍內(nèi)盡可能增加街區(qū)內(nèi)喬木植物，或在街區(qū)內(nèi)設(shè)計帶遮陽的休憩空間。遮陽能減少太陽直射，降低地面氣溫，從而改善陰影空間下的熱舒適。相對濕度方面，意區(qū)的減少量最大，可通過增加植物和水景觀的方式來緩解濕度降低過大的問題。風(fēng)速方面，日區(qū)的減少量最大?？蛇m當(dāng)修剪喬木形狀或減少區(qū)域內(nèi)建筑的數(shù)量，以削弱其對風(fēng)的阻礙作用。

4.2 規(guī)劃設(shè)計

本研究未發(fā)現(xiàn)街區(qū)內(nèi)建筑密度和容積率與熱舒適有顯著關(guān)系，故從綠化率和街道百分比兩方面提出相關(guān)設(shè)計改善策略。綠化率方面，意區(qū)中可在西側(cè)的一級和二級道路上多種植灌木（圖17a）。綠化率可增加5 %，理論上PET 可降低0.65 ℃。奧區(qū)中綠化率可增加9.5 %（圖17b），PET 可降低1.24 ℃。未來類似街區(qū)設(shè)計，根據(jù)從“暖”至“熱”的增量關(guān)系，將PET 增長5℃作為評判標(biāo)準(zhǔn)。未來類似街區(qū)中，綠化率應(yīng)盡量大于20 %，當(dāng)滿足大于50.5 %時，其街區(qū)內(nèi)的熱環(huán)境熱較好。街區(qū)內(nèi)硬質(zhì)街道百分比應(yīng)盡量小于43.6 %，在30 %左右時能提供良好的熱環(huán)境，同時也能滿足交通需求。

圖17 A2 測點(diǎn)建筑高度改變

4.3 空間形態(tài)

因原租界街區(qū)內(nèi)歷史保護(hù)建筑較多，街區(qū)改造可變性較小，故選取歷史建筑較少且改善需求大的日區(qū)作為研究對象。日區(qū)中A4 存在的問題為高寬比僅0.33，可增加兩側(cè)建筑高度至8m（圖19），其SVF 對空間熱環(huán)境的改善遠(yuǎn)大于街道高寬比帶來的變化，平均PET 比原來低2.94 ℃，此類空間熱環(huán)境提升困難較小。街道朝向方面，夏季時東西朝向街道受陽光直射的時間更長，應(yīng)減少東西朝向街道設(shè)計。風(fēng)場環(huán)境也會對熱舒適度產(chǎn)生影響[47]，建議街區(qū)內(nèi)街道與主導(dǎo)風(fēng)向平行或夾角小于30°[48]。在不影響周邊街區(qū)的情況下，日區(qū)街道朝向可由NE56°變?yōu)镹E49°，可降低PET 約2.83 ℃。日區(qū)中A2 測點(diǎn)平均PET 為41.92 ℃，高寬比為0.79，SVF 僅0.008，兩側(cè)建筑高度變化對此影響極小。街道右側(cè)建筑高可增加至11m，高寬比為1.1，PET 降低0.45 ℃（圖18），此類空間熱環(huán)境提升困難較大。

圖18 A4 測點(diǎn)建筑高度和SVF改變

圖19 街區(qū)內(nèi)植物類型

基于以上研究，在天津未來類似街區(qū)設(shè)計時，空間SVF 值小于0.397 時，其熱環(huán)境更舒適；街道朝向方面，在北偏東49°至56°間更佳；街道高寬比應(yīng)大于0.624，結(jié)合蘆原義信[49]和方智果[50]從視覺及心理學(xué)方面的研究，建議不超過1.1。

4.4 細(xì)部設(shè)計

意區(qū)和奧區(qū)的綠化率較低，可多種植喬木以改善環(huán)境。但喬木的樹形也存在較大差異（圖20），應(yīng)盡量選擇樹冠較大的，從而為其周圍空間提供更多遮陽。同時，豐富的植物配置不僅能給人帶來視覺上愉悅也能改善行人的熱環(huán)境。

在建筑改造方面，如：奧區(qū)可根據(jù)建筑外觀設(shè)計需求適當(dāng)增加建筑遮陽構(gòu)建，從而為街道空間提供更多的陰影空間（圖21）。英區(qū)中必須設(shè)計開闊的廣場空間時，亦可考慮設(shè)計小型噴泉或遮陽構(gòu)筑物（圖22）以達(dá)到改善附近空間的熱舒適的目的。日區(qū)的靜園景點(diǎn)的建筑外立面需保持原有風(fēng)貌，可通過在局部圍墻空間增加立體綠化的方式降低墻面溫度[51]（圖23）。此外，在現(xiàn)存道路形態(tài)較難改變的情況下，可將局部硬質(zhì)路面變?yōu)橹参锱c砌磚結(jié)合的形式來而減少硬質(zhì)路面的百分比，達(dá)到改善熱環(huán)境的目的。

總結(jié)

測試結(jié)果表明，5 個原租界街區(qū)的夏季熱環(huán)境均不樂觀，但相比之下，英區(qū)的“花園城市”規(guī)劃設(shè)計更適應(yīng)于天津的氣候環(huán)境。在夏季天津的高溫天氣下，其相對濕度尚未達(dá)到過高而降低熱舒適的程度，而適當(dāng)增加相對濕度有助于降低PET，因此建議采取降溫且適當(dāng)增濕的策略來改善熱環(huán)境。

從實測結(jié)果可知，街區(qū)設(shè)計因子與熱舒適的關(guān)系為：

（1）街區(qū)綠化率在0～40 %范圍內(nèi)，綠化率每增加10%，PET 降低1.30 ℃；街道百分比每增加10 %，PET增加1.15 ℃。

（2）測點(diǎn)的SVF 每增加0.10，PET 增加1.26 ℃；北偏東49°街道的PET 最低；街道高寬比每增加0.10，其PET 降低0.15 ℃。

（3）設(shè)計細(xì)節(jié)中，植物、柱廊空間和建筑遮陽構(gòu)建均能在一定程度上降低室外環(huán)境溫度。植物對PET 的改善作用會因其被修剪形狀而產(chǎn)生差異，同一樹種間差異可達(dá)1.60 ℃。

基于以上，可給天津類似街區(qū)設(shè)計帶來一定的啟發(fā)：

（1）街區(qū)綠化率不應(yīng)小于20.0 %，宜大于50.5 %；硬質(zhì)街道百分比應(yīng)小于43.6 %，30.0 %左右最佳。

圖20a 可增加挑檐建筑，圖20b 挑檐形式

圖21a 英區(qū)中熱環(huán)境較差區(qū)域，圖21b 遮陽構(gòu)建

圖22a 靜園外立面，圖22b 立體綠化

（2）測點(diǎn)SVF 值應(yīng)盡量小于0.397；街道朝向在北偏東49°至56°范圍內(nèi)，其熱環(huán)境更佳；街道高寬比應(yīng)控制在0.624～1.100 之間。

（3）在設(shè)計細(xì)節(jié)方面，植物選種、修剪形狀均需納入考慮；可多設(shè)計柱廊空間、建筑立面出挑或屋頂挑檐和帶遮陽的遮陽構(gòu)筑物等；可在開敞空間依情況設(shè)計對熱環(huán)境起到改善作用的水景觀。

致謝:感謝天津大學(xué)建筑學(xué)院張頎和黃瓊老師對實地調(diào)研的幫助，感謝AA 工作室參與調(diào)研成員的付出！

圖、表來源

圖20b 來源為：http://h.hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/1f178a82b9014a908106ff51a8773912b31bee26.jpg

其余圖、表均由作者拍攝或繪制。