基于ENVI-met的濟(jì)南冬季養(yǎng)老機(jī)構(gòu)室外環(huán)境熱舒適研究
——以濟(jì)南中海錦年福居康養(yǎng)中心為例

孟 涵, 修瑛昌，于守超，劉美辰，周子涵

(聊城大學(xué) 農(nóng)學(xué)與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院, 山東 聊城 252200)

1 引言

第七次人口普查結(jié)果表明，2021年我國(guó)60歲以上的人口數(shù)量達(dá)到了26402萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝跀?shù)量的18.7%。中國(guó)發(fā)展研究基金會(huì)發(fā)布的《中國(guó)發(fā)展報(bào)告2020：中國(guó)人口老齡化的發(fā)展趨勢(shì)和政策》顯示，2035～2050年是中國(guó)人口老齡化社會(huì)發(fā)展的高峰期[1]，因此，養(yǎng)老群體的安置己經(jīng)成為我國(guó)亟待解決的嚴(yán)峻問(wèn)題。人口比例逐年上升的老年群體，由于體質(zhì)下降及人體器官衰老、各部分機(jī)能逐漸下降，身體適應(yīng)氣候與環(huán)境的敏感度較其他群體更高，心理上對(duì)親人更為依賴(lài)[2]，如何為老年人提供更高質(zhì)量的戶外休閑活動(dòng)空間已成為更多景觀學(xué)者研究的重要課題。

在量化熱舒適指數(shù)的相關(guān)研究中，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)擁有便捷性、準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，能夠節(jié)省人力、物力、時(shí)間等，有利于對(duì)較大尺度的空間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)量化，降低實(shí)測(cè)成本。目前國(guó)內(nèi)主要使用的計(jì)算機(jī)模擬軟件包含PHOENICS、Fluent、Rayman、Ecotect、ENVI-met等。其中ENVI-met是由德國(guó)Michael Bruse(University of Mainz, Germany)教授等通過(guò)研究建筑表面、植被和空氣之間的作用與關(guān)系而開(kāi)發(fā)出來(lái)的用于城市微氣候數(shù)值模擬的分析軟件[3]，該軟件采用三維非靜力流體學(xué)模型，適用于對(duì)中小尺度空間的熱環(huán)境模擬。2008年，Akram Rosheidat利用ENVI-met模擬了亞利桑那州菲尼克斯市中心第一大道和第二大道門(mén)羅和亞當(dāng)斯之間位置的室外熱環(huán)境，討論了微觀尺度下人體熱舒適的影響因素，表明了沙漠炎熱干旱環(huán)境中戶外熱舒適的影響因素及問(wèn)題，提出了緩解熱不適的改善策略[4]；2016年，F(xiàn)erdinando Salata將實(shí)測(cè)值結(jié)合預(yù)測(cè)平均投票的輸出數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了ENVI-met軟件的精確性，驗(yàn)證了該軟件對(duì)氣溫和平均輻射溫度的預(yù)測(cè)能力[5]；國(guó)內(nèi)利用數(shù)值模擬來(lái)探討熱舒適的研究起步較晚，2022年，解衛(wèi)東等學(xué)者以合肥市內(nèi)某高層住宅為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)與ENVI-met模擬，分析了喬木種植對(duì)夏季人體熱舒適度的影響，同時(shí)分別模擬了不同種植密度、不同樹(shù)種及不同的植物配置布局下的微氣候狀況，對(duì)住區(qū)的熱舒適性提出了優(yōu)化意見(jiàn)[6]。

老齡化背景下的養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)日趨興盛，養(yǎng)老機(jī)構(gòu)也在當(dāng)下社會(huì)背景下受到了各年齡階段群體的重點(diǎn)關(guān)注。在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的建筑與環(huán)境探究方面，室外環(huán)境作為院內(nèi)老年群體近乎唯一的自然活動(dòng)空間，其環(huán)境的熱舒適性對(duì)老人的生活有著重要的影響。然而針對(duì)養(yǎng)老院室外熱舒適的研究較少，多數(shù)熱舒適的評(píng)定指標(biāo)也常適用于身體健康的中青年人，利用計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)養(yǎng)老院空間微氣候進(jìn)行數(shù)值模擬的研究相對(duì)更為罕見(jiàn)。因此，此次研究以山東省濟(jì)南市中海錦年福居康養(yǎng)中心為研究對(duì)象，圍繞3個(gè)目的探究分析:①使用ENVI-met對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，檢測(cè)該軟件模擬該地區(qū)內(nèi)室外景觀熱環(huán)境、并得出相關(guān)微氣候參數(shù)的可操作性；②記錄分析濟(jì)南市內(nèi)典型養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的冬季熱環(huán)境情況，以探討?zhàn)B老機(jī)構(gòu)景觀要素、空間布局等因素對(duì)其內(nèi)部熱舒適性的影響，對(duì)制定濟(jì)南市內(nèi)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)以熱舒適改善為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略提供了科學(xué)的參考途徑；③為濟(jì)南市小尺度景觀空間設(shè)計(jì)與熱舒適角度作出評(píng)價(jià)并提出改善策略，對(duì)該地區(qū)內(nèi)其他中小尺度的景觀空間設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

2 研究區(qū)域概況

本文研究對(duì)象位于山東省濟(jì)南市( 36°45′N(xiāo)，115°98′E)，屬溫帶季風(fēng)氣候，四季的基本氣候特點(diǎn)可概括為“春季干旱少雨,夏季溫?zé)岫嘤?秋季涼爽干燥,冬季寒冷少雪”，濟(jì)南市年平均氣溫為14.7 ℃，平均降水量671.1 mm，最冷月份為1月份，月平均氣溫為-4 ℃。測(cè)試地點(diǎn)，位于山東省濟(jì)南市市中區(qū)九曲莊路68號(hào)，項(xiàng)目占地約15000 m2，建筑面積約6542 m2，景觀面積約9000 m2，是集居家、社區(qū)、機(jī)構(gòu)養(yǎng)老于一體的綜合型高端養(yǎng)老機(jī)構(gòu)，園區(qū)區(qū)位與總平面如圖1所示。

圖1 養(yǎng)老機(jī)構(gòu)區(qū)位示意圖與平面(筆者改繪)

3 研究方法

3.1 調(diào)查問(wèn)卷

根據(jù)對(duì)中海錦年福居康養(yǎng)中心的調(diào)研與現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)情況得知，養(yǎng)老院內(nèi)共有136名老人，其中具備自理能力的老人占62.5%。結(jié)合該養(yǎng)老機(jī)構(gòu)內(nèi)作息時(shí)間表格以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的觀察記錄顯示，機(jī)構(gòu)內(nèi)84.7%的自理老人在冬季的活動(dòng)時(shí)間為8:00～10:00，以及14:00～16:00。在對(duì)老年人行為與其活動(dòng)空間的實(shí)地調(diào)查中，分析出老人們對(duì)不同活動(dòng)空間選擇的偏好性，其中57.4%的老人喜歡靜坐在廣場(chǎng)、草坪周邊的座椅上休息、曬太陽(yáng)，21.6%的老年人喜歡前往健走道鍛煉，平均鍛煉時(shí)長(zhǎng)約為30～40 min；11.5%的老人也會(huì)選擇交流活動(dòng)區(qū)進(jìn)行下棋、打撲克、收聽(tīng)廣播、閱讀、種植蔬菜等活動(dòng)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

老年人身體機(jī)能下降，在冬季寒冷氣溫的刺激下，常會(huì)出現(xiàn)各種身體不適的情況，因此在冬季更應(yīng)當(dāng)重視針對(duì)老年人日常活動(dòng)空間熱環(huán)境的改善。本次實(shí)測(cè)時(shí)間為2022年冬季1月份，選擇晴朗、無(wú)極端天氣的的典型氣象日進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄，日最低溫度0 ℃以下。參考調(diào)研結(jié)果，試驗(yàn)時(shí)間段設(shè)置為7：00～8：00、8：00～10：00、14：00～16:00、16:00～17:00為確保實(shí)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，研究以實(shí)測(cè)3 d獲得的算術(shù)平均值作為每個(gè)時(shí)間段的最終試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)測(cè)工具選擇手持式熱力指數(shù)計(jì)、數(shù)字風(fēng)速儀等儀器進(jìn)行微氣候測(cè)量(表1)，獲取溫度、空氣濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄與均值計(jì)算，獲取實(shí)測(cè)結(jié)果并得出基礎(chǔ)分析?？紤]到老人平均身高，以及在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中的戶外活動(dòng)情況，試驗(yàn)測(cè)量高度設(shè)置為距地面1.5 m[7]。

表1 實(shí)測(cè)工具選擇

老人常用活動(dòng)范圍和園區(qū)功能區(qū)分布如圖2所示，選擇代表性的空間進(jìn)行定點(diǎn)取樣實(shí)測(cè)。最終在此養(yǎng)老機(jī)構(gòu)內(nèi)選取了5個(gè)空間監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度、空氣濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，分別為:①養(yǎng)老院入口形象展示區(qū)；②自理老人體驗(yàn)區(qū)；③介護(hù)老人觀賞區(qū);④介護(hù)老人活動(dòng)區(qū);⑤功能配套區(qū)。

圖2 養(yǎng)老機(jī)構(gòu)功能分區(qū)(筆者改繪)

3.3 ENVI-met模擬

本文研究使用了ENVI-met4.43學(xué)生版對(duì)實(shí)測(cè)場(chǎng)地進(jìn)行模擬，通過(guò)實(shí)測(cè)場(chǎng)地得到了建筑高度、下墊面材質(zhì)、綠地與水體分布及植被情況等環(huán)境參數(shù)，并繪制出基礎(chǔ)的CAD總平面底圖，再將研究基地平面CAD圖紙以BMP格式導(dǎo)入ENVI-met中作為參照，在ENVI-met中繪制并建立各個(gè)建筑體、綠地基地、鋪裝、水體等空間要素。整個(gè)基地選取以測(cè)試園區(qū)邊界110m×85m的范圍進(jìn)行模擬，在水平方向上設(shè)置了37×29個(gè)網(wǎng)格, 分辨率為3m。模擬過(guò)程中，為了消除頂邊界效應(yīng)對(duì)模擬結(jié)果的影響, 三維模型區(qū)域的高度設(shè)置為內(nèi)部最高建筑高度的兩倍以上，因此垂直方向上采取等距網(wǎng)格的形式設(shè)置9個(gè)網(wǎng)格, 分辨率設(shè)為3 m?；氐南聣|面材質(zhì)主要分為綠地、混凝土路面、透水磚路面、大理石鋪裝等幾種情況，依據(jù)道路及空間的鋪裝分布[8]，以及對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各植被樹(shù)種的定點(diǎn)分布，在ENVI-met中分別對(duì)其進(jìn)行設(shè)定并將各景觀要素導(dǎo)入模型中，最終得到研究區(qū)域的模擬模型[9]。

3.4 ENVI-met模擬

本次研究選取從2022年1月18日作為模擬的起始時(shí)間，從7:00～18:00，時(shí)間步長(zhǎng)為11 h。模型主要輸入?yún)?shù)包括基地地理信息、氣象條件、土壤條件和模式輸出參數(shù)等[10]。為了提高模擬的準(zhǔn)確性，模擬的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于當(dāng)日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)以濟(jì)南氣象站獲取了當(dāng)日空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)作為背景數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 ENVI-met 模擬結(jié)果分析

根據(jù)對(duì)中海錦年福居康養(yǎng)中心的調(diào)研與現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)情況得知，養(yǎng)老院內(nèi)共有136名老人，其中具備自理能力的老人占62.5%。結(jié)合該養(yǎng)老機(jī)構(gòu)內(nèi)作息時(shí)間表格以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的觀察記錄顯示，機(jī)構(gòu)內(nèi)84.7%的自理老人在冬季的活動(dòng)時(shí)間為上午8:00～10:00，以及下午14:00～16:00。在對(duì)老年人行為與其活動(dòng)空間的實(shí)地調(diào)查中，分析出老人們對(duì)不同活動(dòng)空間選擇的偏好性，其中57.4%的老人喜歡靜坐在廣場(chǎng)、草坪周邊的座椅上休息、曬太陽(yáng)，21.6%的老年人喜歡前往健走道鍛煉，平均鍛煉時(shí)長(zhǎng)約為30～40 min；11.5%的老人也會(huì)選擇交流活動(dòng)區(qū)進(jìn)行下棋、打撲克、收聽(tīng)廣播、閱讀、種植蔬菜等活動(dòng)。

4.1.1 溫度模擬結(jié)果與分析

在7:00～8:00時(shí)，研究區(qū)域內(nèi)溫度最低可達(dá)-0.7 ℃，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)1。此時(shí)研究區(qū)內(nèi)溫度達(dá)到該時(shí)間段內(nèi)0℃以上的區(qū)域主要分布在自理老人體驗(yàn)區(qū)的草坪、園區(qū)入口處以及東南側(cè)，占總面積的7.8%。

在8:00～10:00內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)溫度范圍在-0.2～1.7 ℃。最高氣溫出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)2，最低氣溫出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)5。測(cè)點(diǎn)2在自理老人體驗(yàn)區(qū)，最高氣溫與最低氣溫差值為1.9 ℃，從空間圍合方式的角度來(lái)看，較為空曠的小廣場(chǎng)、園區(qū)入口處由于缺少建筑構(gòu)筑物、植被的遮擋，風(fēng)速較大，溫度較低；林下休閑區(qū)由于四周多被綠籬、喬灌木等植被圍合，抵擋了冬季寒風(fēng)，降低風(fēng)速，使內(nèi)部熱量散失較少。在綠化配置方面，落葉樹(shù)種在冬季發(fā)揮了透陽(yáng)作用，陽(yáng)光直射地面使得溫度升高，常綠樹(shù)種則起到了較強(qiáng)的遮陽(yáng)作用，其圍合空間溫度低于前者。在下墊面材質(zhì)方面，不同下墊面比熱容不同，熱量吸收不同[11]，從而地面溫度也有所區(qū)別，瀝青柏油路面和水泥路面相比于其他下墊面，在接收同樣的太陽(yáng)輻射的情況下，由于其比熱容較小會(huì)迅速升溫，向周?chē)諝鈧鬟f熱量使近地面溫度較高；園區(qū)內(nèi)水體分布的區(qū)域由于蓄水量減少，水體結(jié)冰，降溫效果較差。

在14:00～16:00內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)溫度范圍在1.1～3.1 ℃。隨著中午時(shí)段太陽(yáng)高度角增加，溫度上升速率變快，這一時(shí)間段內(nèi)的平均氣溫高于第一時(shí)段，最高氣溫出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)2，最低氣溫出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)5。此時(shí)段內(nèi)建筑物和植被的遮擋下的近地表溫度較低。同時(shí)，通過(guò)模擬對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，在1.5 m的高度，喬木林和草地可分別降溫0.9 ℃和0.2 ℃，且喬灌草結(jié)合的降溫效果比單喬木種植的區(qū)域更好，最高可降低空氣溫度1.1 ℃。

在16:00～18:00時(shí)，研究區(qū)域內(nèi)溫度范圍在0.4～2.7 ℃，由于縱向高度阻擋了熱量的散失，測(cè)點(diǎn)3等被建筑圍合的空間周?chē)鷾囟容^高。在開(kāi)闊的水面處，由于表面無(wú)遮擋，風(fēng)速較大，氣溫較低。

綜上所述如圖3，在冬季，綠化植被和水體對(duì)熱環(huán)境有保溫作用。常綠樹(shù)種能夠有效地阻擋冬季的寒風(fēng)，減少植被圍合空間的通風(fēng)，從而達(dá)到防止內(nèi)部熱量散失的保溫效果。對(duì)于落葉喬木分布的區(qū)域，冬季缺少了樹(shù)冠和葉片對(duì)陽(yáng)光進(jìn)行遮擋，使地面上的太陽(yáng)直射量增加，地面升溫同時(shí)使得氣溫上升。在寬闊的水體區(qū)域，通過(guò)良好的通風(fēng)增加風(fēng)速，使得水域周邊氣溫降低。道路、廣場(chǎng)的鋪裝也因?yàn)槠洳馁|(zhì)不同模擬出不同的地表溫度數(shù)值，反射率越高的材料吸收熱量越少，周?chē)鷼鉁卦降蚚12]。除了植被與水體，建筑的材料、布局形式也可以通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射角度及強(qiáng)度的調(diào)節(jié)來(lái)降低氣溫增加的速率，同時(shí)也可以通過(guò)圍合空間等形式減少白天日照下的氣溫散失，使夜間圍合空間內(nèi)(如測(cè)點(diǎn)3)溫度高于其他區(qū)域。

圖3 5個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比

4.1.2 濕度模擬結(jié)果與分析

經(jīng)模擬3個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的較高空氣濕度的分布地點(diǎn)均位于水體上方及植被茂密的區(qū)域，占總范圍的3.3%，靠近水體的區(qū)域由于水分蒸發(fā)使得空氣濕度增高，而植被密集的區(qū)域，植物的蒸騰作用能夠?qū)⒅参矬w內(nèi)的水分從葉片、枝干的皮孔處以氣體形態(tài)蒸散在空氣中，使得周邊的空氣濕度增加[13]。從植物配置方式來(lái)看，常綠樹(shù)種圍合區(qū)域的濕度大于落葉樹(shù)種密集分布的片區(qū)，且以上2區(qū)域濕度均大于草坪片區(qū)，植物為何程度越高，空氣濕度越大。由此得出，在冬季典型天氣，植被綠化和水體有明顯的增濕作用，但在該季節(jié)內(nèi)園區(qū)內(nèi)整體的空氣濕度均處于較低的水平。

4.1.3 風(fēng)速模擬結(jié)果與分析

模擬結(jié)果顯示風(fēng)速在不同測(cè)試點(diǎn)差異明顯，而在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的測(cè)試差異不明顯。由于建筑圍合遮擋了空氣流動(dòng)，同一時(shí)段5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的風(fēng)速在建筑附近的區(qū)域較小。同理，植被密集的區(qū)域(測(cè)點(diǎn)4)，當(dāng)風(fēng)穿過(guò)植物時(shí)會(huì)受到植物樹(shù)冠的摩擦與阻攔而降低風(fēng)速[14]，使得此處風(fēng)速明顯小于空曠的廣場(chǎng)空間，而喬灌草搭配的種植模式較單一喬木林種植模式對(duì)風(fēng)的阻擋作用效果更為顯著。在水體附近區(qū)域(測(cè)點(diǎn)3)，水面比陸面平滑，對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)摩擦阻力小，使得水面風(fēng)速明顯高于無(wú)遮擋的廣場(chǎng)、道路等空曠的空間，這說(shuō)明風(fēng)速與下墊面粗糙程度相關(guān)，有增大風(fēng)速的作用。

4.1.4 熱舒適模擬結(jié)果與分析

本次研究中為了評(píng)價(jià)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的室外熱環(huán)境，引入熱舒適性評(píng)價(jià)體系中國(guó)內(nèi)外學(xué)者常用的指標(biāo)——預(yù)測(cè)環(huán)境平均溫度。預(yù)測(cè)環(huán)境平均溫度 (PMV) 是范格爾(Fanger)教授基于穩(wěn)態(tài)傳熱模型提出，常用來(lái)評(píng)價(jià)某種環(huán)境下熱舒適度偏離“熱中性”的程度，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織公認(rèn)的熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)[15]。PMV可綜合考慮太陽(yáng)輻射、環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等相關(guān)氣象參數(shù)，并可將環(huán)境因子與人體消耗的能量、服裝熱阻等參數(shù)充分結(jié)合來(lái)衡量熱環(huán)境。一般PMV采用7級(jí)分度，取值范圍在-3～+3，其中取值為0時(shí)表示較為舒適[16]。由于PMV指數(shù)適用生理指標(biāo)基礎(chǔ)為身體健康的正常青年人群體，此次選定的指標(biāo)基于老年人群體進(jìn)行修正。

選取3個(gè)時(shí)間點(diǎn)來(lái)模擬基地的熱舒適情況，PMV值介于-1～1之間的區(qū)域主要對(duì)應(yīng)于場(chǎng)地中的測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4等植被圍合分布的空間，占總面積的15.4%；PMV值介于-2～-1之間的區(qū)域主要對(duì)應(yīng)于場(chǎng)地中的測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)5等區(qū)域，占總面積的12.2%，此處體感反應(yīng)偏冷。而相對(duì)來(lái)說(shuō)較為適宜的區(qū)域則處于自理老人活動(dòng)區(qū)，PMV值介于0～1。總體而言，冬季整體的PMV都屬于偏冷的狀態(tài)，舒適感不佳。

4.1.5 調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果與分析

通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的分析結(jié)果顯示，園內(nèi)老人主觀表示在濟(jì)南冬季最舒適的空間在測(cè)點(diǎn)2處，其次是測(cè)點(diǎn)3和測(cè)點(diǎn)4，而對(duì)于測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)5，老人普遍感覺(jué)不舒適且“不愿意停留”。

測(cè)點(diǎn)2內(nèi)由各占1/2的廣場(chǎng)和綠化組成，在冬季陽(yáng)光充足的天氣里，廣場(chǎng)上少量的大喬木搭配座椅形成了良好的休憩空間，有足夠的日照面積使得廣場(chǎng)空氣溫度較為溫暖，廣場(chǎng)由西南側(cè)喬灌木圍合，在一定程度上遮擋了冬季的寒風(fēng)。測(cè)點(diǎn)3處有較大的水景，其周邊綠地的空氣濕度比其他空間更大，然而在冬季常出現(xiàn)結(jié)冰、水位下降的情況，觀賞價(jià)值下降，同時(shí)院內(nèi)老人表示，園內(nèi)冬季空氣濕度普遍較低，因而測(cè)點(diǎn)3處較高的空氣濕度并未增強(qiáng)體感上適宜性。測(cè)點(diǎn)4由于植被圍合度高，溫度風(fēng)速狀況較為適宜，然而老人普遍認(rèn)為此處陽(yáng)光照射面積較小，活動(dòng)空間小且缺乏特色性的休閑設(shè)施和座椅。測(cè)點(diǎn)5和測(cè)點(diǎn)1并非老人活動(dòng)的主要區(qū)域，景觀要素的設(shè)置更多服務(wù)于場(chǎng)地功能，因此不做過(guò)多贅述。

4.2 ENVI-met模擬精度評(píng)價(jià)

ENVI-met建模在一定程度上會(huì)對(duì)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，例如此次模擬中，ENVI-met存在對(duì)建筑外立面材料的熱值穩(wěn)定性等方面計(jì)算不足的因素，因此模擬結(jié)果與實(shí)際情況之間會(huì)存在一定的誤差[17]。本次研究中，采用了均方根誤差(RMSE)和平均絕對(duì)偏差(MAE)兩個(gè)指標(biāo)作為實(shí)測(cè)數(shù)值和模擬數(shù)值的精度校驗(yàn)指標(biāo)。RMSE可以用來(lái)衡量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間的偏差, MAE是指實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的誤差絕對(duì)值的平均值[18]。

計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式(1)、(2)中,Xi為模擬數(shù)據(jù),Yi為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),N為實(shí)測(cè)和模擬的次數(shù)。

Willmott認(rèn)為RMSE更能評(píng)價(jià)模型的模擬精確度[19]。通過(guò)對(duì)5個(gè)選定空間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，在7:00～18:00的時(shí)間段內(nèi)，5個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度的均方根誤差為0.176～0.382 ℃之間，平均絕對(duì)偏差為1.244 ℃，目前公認(rèn)為RMSE介于0.52～4.30 ℃、MAE介于0.27～3.67 ℃的范圍內(nèi)為允許偏差范圍，除了溫度的偏差數(shù)據(jù)之外，濕度和風(fēng)速的結(jié)果也在測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3與測(cè)點(diǎn)4中出現(xiàn)了較小偏差及較為一致的變化情況，其誤差均在允許的范圍內(nèi)，表明了這幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)結(jié)果與ENVI-met模擬結(jié)果二者之間呈強(qiáng)相關(guān)性，而對(duì)于測(cè)點(diǎn)5的誤差分析中，溫度和風(fēng)速的均方根誤差均超出了允許的范圍，筆者分析這是由于ENVI-met模型中的邊界設(shè)定與實(shí)際情況不符而導(dǎo)致的，模型中僅框選了基地范圍，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中基地的東北側(cè)和東南側(cè)邊界均為城市道路，基地東南方向分布了山體，近處受汽車(chē)尾氣排放影響，遠(yuǎn)處受地形影響，因而導(dǎo)致實(shí)測(cè)溫度和風(fēng)速與模型模擬的結(jié)果出現(xiàn)了較大的偏差。綜合來(lái)看，ENVI-met在濟(jì)南小尺度氣候進(jìn)行熱環(huán)境模擬是可行的，然而也需考慮邊界對(duì)模擬結(jié)果的干擾。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本研究首先對(duì)ENVI-met模擬結(jié)果的精度與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并得出了精度準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，以濟(jì)南市一個(gè)現(xiàn)代化的養(yǎng)老機(jī)構(gòu)為例，使用ENVI-met軟件建模來(lái)模擬該養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的熱環(huán)境。結(jié)論如下：

(1)本次研究模擬中為了驗(yàn)證ENVI-met的精度，采用了均方根誤差(RMSE)和平均絕對(duì)偏差(MAE)2個(gè)指標(biāo)對(duì)此次模擬結(jié)果的精確度進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，結(jié)果證實(shí)ENVI-met模擬各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的兩指標(biāo)均在誤差范圍內(nèi)，基本符合實(shí)地檢測(cè)的結(jié)果。因此，ENVI-met能較好地模擬并預(yù)測(cè)濟(jì)南地區(qū)小尺度景觀的熱環(huán)境情況。

(2)本次研究中，景觀空間格局、建筑布局以及其他綠地景觀要素((植物、鋪裝、地形、水體、園林小品)均影響了內(nèi)部熱環(huán)境與熱舒適度。在冬季，植被綠化由于其蒸騰作用與葉片阻滯等原因，可以對(duì)小氣候起到降溫增濕、減緩風(fēng)速的作用；水體由于其蒸發(fā)的作用，也可以起到降溫增濕的作用，寬廣的水面有利于加速空氣流動(dòng)與循環(huán)，形成風(fēng)口；白天建筑的圍合可以遮擋太陽(yáng)輻射形成蔭蔽區(qū)，為老人提供遮蔭條件，而在夜晚，建筑圍合也可以阻隔白天的余熱散失使得氣溫身高。鋪裝、建筑、構(gòu)筑物材料因?yàn)槠洳馁|(zhì)對(duì)太陽(yáng)輻射吸收與反射不同致使其吸收的熱量也不同，因此傳遞給大氣的熱量也不同，形成溫差。反射率越高的材料吸收熱量越少，周?chē)鷼鉁卦降汀?/p>

通過(guò)對(duì)本次研究的熱舒適進(jìn)行模擬，分析可得，冬季該養(yǎng)老機(jī)構(gòu)內(nèi)，不同的空間對(duì)熱環(huán)境和熱舒適度的影響不同，功能配套處熱舒適性最差，自理老人體驗(yàn)區(qū)熱舒適性較好。結(jié)合調(diào)查問(wèn)卷中老人對(duì)該園區(qū)冬季的滿意度來(lái)看，在冬季園區(qū)整體環(huán)境的熱舒適度較差，缺乏能讓老年人在冬季進(jìn)行0.5 h及以上戶外活動(dòng)的空間，受訪者對(duì)空氣溫度、濕度、風(fēng)速情況的滿意度均較低。

5.2 建議

ENVI-met模擬的結(jié)果為養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的室外景觀設(shè)計(jì)提供了小氣候方向的理論依據(jù)和優(yōu)化策略。

(1)針對(duì)冬季低溫的地區(qū)，老年人群體體質(zhì)較弱，活動(dòng)量較小。因此應(yīng)考慮在活動(dòng)區(qū)域適當(dāng)布局一定高度的綠化植被以抵御寒風(fēng)，并優(yōu)先考慮常綠植被的喬灌木搭配種植，增加樹(shù)冠密度。考慮到冬季日間太陽(yáng)輻射低，太陽(yáng)輻射不足會(huì)導(dǎo)致中國(guó)老人體內(nèi)維生素D的缺乏[20]，因此園區(qū)內(nèi)也應(yīng)設(shè)置無(wú)遮擋的大面積戶外空間滿足老人的日照需求。

(2)道路、廣場(chǎng)的鋪裝材料應(yīng)盡可能防滑、粗糙，降低因反光對(duì)老人視覺(jué)帶來(lái)的刺激[21]，可以選擇亮度低、比熱容大的鋪裝材質(zhì)，同時(shí)也可以利用鋪裝材料的升溫速率差異來(lái)營(yíng)造不同的休息和運(yùn)動(dòng)空間。

(3)針對(duì)北方冬季景觀的氣候特性，應(yīng)對(duì)身體機(jī)能低于常人的群體打造舒適的景觀空間。如減少較大的水面景觀，可保障活動(dòng)安全，降低冬季的風(fēng)速[22]。考慮到雨雪天氣，也應(yīng)設(shè)置具有遮擋作用的景觀亭、陽(yáng)光房等，為半自理或失能老人提供抵御冬季寒風(fēng)、滿足日照需求的場(chǎng)所[23]。同時(shí)，設(shè)置種植、健身等活動(dòng)設(shè)施，不僅能豐富自理老人的日常活動(dòng)，而且可以提供更多鍛煉的機(jī)會(huì)。