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，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)行戶外活動的主要場所，可以通過調(diào)整組成要素以及各種建造策略來打造舒適的空間環(huán)境[3,4]。比納蒂·弗洛里貝塔等人發(fā)現(xiàn)通過樹木遮陽來使空氣冷卻，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)，對于與人群活動最為密切的景觀空間的研究相對較少。為此，本研究以蘇州創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園為對象，探究景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)對微氣候以及人體舒適度的影響，以期對冬季人群高頻活動區(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)園測點(diǎn)布置（圖片來源：作者自繪）

1.2 試驗(yàn)方法與測點(diǎn)布置

在冬季對創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園景觀空間進(jìn)行微氣候?qū)崪y，在距離地面1.5m 處使用FR-HWS 自動氣象站對景觀空間內(nèi)的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速進(jìn)行定點(diǎn)觀測，并以當(dāng)日氣象站逐小時測值作為校正參考。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)（天氣晴朗無云）。觀測時間為2021年1 月18 日和19 日的9 ∶00～17 ∶00 連續(xù)9h，時間間隔為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)行測點(diǎn)布置，包括開敞空間（A1）、半開敞空間（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，各測點(diǎn)的布置位置見圖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（圖2、圖3），在觀測時間內(nèi)，五種空間的空氣溫度日間變化趨勢均為先上升后下降的單峰型變化，而相對濕度相對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%，覆蓋空間此時的濕度相對偏高，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，因此相對濕度一直保持在較高狀態(tài)，其中最高值為47.3%。另外半開敞空間風(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。而圍合空間的四個立面是以喬灌木方式進(jìn)行圍合，對風(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冠遮蔽，葉片間的摩擦可以使來風(fēng)減緩，同時樹枝和樹葉的擾動作用可以降低湍流，從而對風(fēng)速具有一定的削弱作用。

圖2 各景觀空間溫度與相對濕度日間逐時變化圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 各景觀生理等效溫度日間逐時變化圖（圖片來源：作者自繪）

2.2 不同景觀空間人體舒適度評價

2.2.1 評價指標(biāo)選取

此前國內(nèi)外學(xué)者通過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 來進(jìn)行舒適度評價分析（表1）。在冬季，生理等效溫度越高，人體感覺越舒適和溫暖，生理等效溫度越低，人體感覺越不舒適，甚至為寒冷或極冷。PET 的計(jì)算通過RayMan軟件進(jìn)行，各計(jì)算參數(shù)輸入時采用典型中國男性生理指標(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（表格來源：作者自繪）

2.2.2 不同景觀空間人體舒適度評價

由圖3 可見，PET 與空氣溫度的變化趨勢相近，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，只有底界面的開敞空間中太陽輻射最強(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)，然而對于覆蓋空間來說，其中的空氣溫度和相對濕度與PET 的相關(guān)性則較弱，這主要是因?yàn)楦采w空間有喬木的樹冠作為頂界面對空間進(jìn)行了遮蔽，內(nèi)部的太陽輻射最弱，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)速的突然變化會帶走內(nèi)部熱量、加速空氣流動，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（圖片來源：作者自繪）

3 研究結(jié)論

本研究針對蘇州創(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)、與相對濕度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，空氣溫度越高、相對濕度越低，則PET 值越大，人體感覺越舒適溫暖。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)速會加速氣流運(yùn)動，帶走空間中的熱量，使人體感覺寒冷不適。

（2）景觀空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同會影響人們對空間的感受。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，對風(fēng)速的阻擋作用越強(qiáng)，而無頂界面遮蔽的空間相較于有頂面遮蔽的空間中太陽輻射熱強(qiáng)，溫度高；底界面為硬質(zhì)鋪裝材料時，其比熱容和反射率較低，空間升溫快。

結(jié)語

城市創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園是人群戶外活動的聚集地和交往交流的主要場所，內(nèi)部的綠地不僅可以改善周邊的微氣候環(huán)境，同時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敞、無樹蔭遮蔽的活動空間，減少郁閉度，保證充分的太陽輻射量，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。