中國傳統(tǒng)園林營造微氣候的因素

周 耀

(河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001)

·園林·綠化·

中國傳統(tǒng)園林營造微氣候的因素

周 耀

(河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001)

以蘇州藝圃為例，運(yùn)用氣候因素分析方法對(duì)傳統(tǒng)園林中的微氣候進(jìn)行了分析研究，進(jìn)而對(duì)中國傳統(tǒng)園林在營造微氣候中的因素有了新的認(rèn)識(shí)與思考，對(duì)改善城市微氣候與城市環(huán)境建設(shè)有著直接的借鑒意義。

傳統(tǒng)園林微氣候，人體熱舒適，氣候因素

0 引言

中國傳統(tǒng)園林從古至今一直經(jīng)久不衰，以其營造的宜居的微氣候輔以中國特有的含蓄內(nèi)斂的文化為最為突出的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)之一，在國內(nèi)外一直享有盛譽(yù)。本文針對(duì)氣候因素在傳統(tǒng)園林中營造微氣候的重要影響，以蘇州藝圃為例，運(yùn)用氣候因素分析方法對(duì)傳統(tǒng)園林中的微氣候進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對(duì)中國傳統(tǒng)園林在營造微氣候中的氣候因素有了新的認(rèn)識(shí)。

1 蘇州藝圃簡介

藝圃位于蘇州古城西北，原為文微明曾孫，明天啟年?duì)钤?，大學(xué)士文震孟所建。園內(nèi)水池居中，池北大型水閣延光閣橫跨水面，廳堂居閣后。池南以山景為主，假山土石相間，小亭古樹，高低相間。山下東、西各有水灣，石板古橋，低平貼水。池東南乳魚亭為明代遺構(gòu)，池西南庭院精雅優(yōu)美。全園景色自然開朗，親切可人，具有明代江南園林風(fēng)貌。2000年被列入《世界遺產(chǎn)名錄》[1]。藝圃平面圖見圖1。

2 微氣候

微氣候是由地形，地貌，當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳎袄玫乇硭?，植物等綜合作用的結(jié)果，微氣候在藝圃中無處不在，甚至在幾米的距離都會(huì)發(fā)生明顯的變化，在不同的地方，如小橋，水邊，樹下，人對(duì)溫度，濕度，氣流的速度，空氣的質(zhì)量都有明顯不同的感受，微氣候的調(diào)節(jié)對(duì)提升園林品質(zhì)有著重要的作用。

調(diào)節(jié)微氣候因素的目的是使人體的熱舒適狀態(tài)達(dá)到最佳，人體與環(huán)境之間熱平衡關(guān)系如：當(dāng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，對(duì)流換熱約占總散熱量的25%～30%，輻射散熱量占45%～50%，呼吸和無感覺蒸發(fā)散熱量占25%～30%時(shí)，人體才能達(dá)到熱舒適狀態(tài)，能達(dá)到這種適宜比例的環(huán)境便是人體熱舒適的充分條件[2]。從微氣候因素中的空氣氣溫，空氣濕度，氣流速度(風(fēng)速)，熱輻射條件狀況等入手，通過對(duì)地表水，地表植物/筑山，建筑空間與布局等園林要素來分析人體熱舒適狀態(tài)的程度，并且分析園林要素對(duì)微氣候的四個(gè)因素進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法與原理，進(jìn)而得出園林要素與氣候因素的關(guān)系。

3 園林要素對(duì)微氣候因素的調(diào)節(jié)

藝圃中的園林要素有筑山，理池，植物，建筑，書畫，但與氣候因素密切相關(guān)的是地表水，地表植被/筑山，建筑空間與布局，以下將分別闡述園林要素對(duì)氣候因素的調(diào)節(jié)。

3.1 對(duì)空氣氣溫的調(diào)節(jié)

圖2 蘇州參考?xì)庀筚Y料[3]

蘇州地處溫帶，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，1月均溫3.7 ℃，7月均溫27.8 ℃,最高溫度達(dá)到31.6 ℃，如圖2所示。總體看蘇州的氣候比較宜居，但7月,8月的最高溫度可能達(dá)到30 ℃以上，根據(jù)人體熱舒適公式及原理，溫度超過28 ℃時(shí)，如果其他條件仍然不變的情況下，人體的熱平衡開始變化，產(chǎn)生不舒適的狀態(tài)。但在7月,8月份進(jìn)入藝圃仍然不覺得熱和不舒適，甚至明顯感覺比園外的溫度要低，這是因?yàn)橛绊憸囟茸钪饕囊蛩厥莵碜蕴柕闹苯虞椛浜碗S后間接輻射，溫度的高低主要考慮輻射的吸收和散熱問題，原因如下：

1)地表水的作用。

藝圃的中間部分是一個(gè)較大的人工水面，占了整個(gè)藝圃相當(dāng)一部分(見圖3)，這等于是一個(gè)巨大的蓄熱池，水的傳熱系數(shù)為0.58 W/(m·K)，比熱容為4.186 8 kJ/(kg·K)，比熱容在所有液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)中是最大的，能快速的吸收大量的太陽直接輻射和間接輻射，并且在水蒸發(fā)氣化的過程中，能帶走大量的熱，隨著熱空氣的上升，冷空氣的下降，形成對(duì)流，產(chǎn)生風(fēng)，帶走大量熱的同時(shí)降低了溫度。

2)地表植物/筑山的作用。

藝圃中有大面積的植物/筑山(見圖4)，同樣占了整個(gè)園區(qū)相當(dāng)一部分，通常是依水而置，也有單獨(dú)成林。園中的植物在南區(qū)比較高大，樹下是一片筑山區(qū)，較為高大的樹木在7月份,8月份也正值枝繁葉茂，茂密的樹葉能有效的阻擋太陽的直接輻射，同時(shí)茂密的樹木枝葉由于含有大量水分，比熱容也較大，能有效的吸收間接輻射，使在樹下，筑山區(qū)活動(dòng)的人不被炎熱所困，相反，還很涼爽。太湖石形成的筑山，由于太湖石的蓄熱系數(shù)為18.3 W/(m2·K)，比較大，能吸收大量的太陽直接輻射，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為2.04 W/(m·K)，也較大，加之在水邊，或者在較為濕潤的土地，熱量迅速傳導(dǎo)到水中和地下，達(dá)到降溫的效果，且筑山形成的山洞(見圖4a))，直接輻射無法到達(dá)，也是一個(gè)涼爽的小氣候。

3)建筑空間與布局的作用。

建筑空間與布局通過遮擋太陽的直接輻射來達(dá)到降溫的作用，在7月,8月，由于太陽高度角和方位角的原因，建筑南向和西向面臨最大化的太陽直接輻射，同時(shí)面臨間接輻射的影響，如圖5所示，這些廊道除了聯(lián)系交通外，它的遮陽效果也非常明顯，并隨時(shí)有來自水面的涼風(fēng)吹來，達(dá)到降低溫度的作用。

3.2 對(duì)空氣濕度的調(diào)節(jié)

空氣濕度是指空氣的干濕程度，分為絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。絕對(duì)濕度(f)：每立方米空氣內(nèi)所含的水蒸氣的質(zhì)量(kg)。相對(duì)濕度(φ)：某氣溫、壓力條件下空氣的水蒸氣壓強(qiáng)與相同溫度、壓力條件下飽和水蒸氣壓強(qiáng)的百分比(%)。空氣的相對(duì)濕度過大或過小，都會(huì)影響人體的熱平衡，引起不舒適，適宜的環(huán)境相對(duì)濕度為40%～60%，為了達(dá)到這個(gè)適宜的值，要調(diào)節(jié)水蒸氣的輸入和輸出，即輸入大了，要調(diào)節(jié)輸出，輸入小了，要調(diào)節(jié)輸入和輸出，主要可以通過地表水，地表植被，建筑空間布局來調(diào)節(jié)水蒸氣的輸入和輸出。

1)輸入調(diào)節(jié)。a.地表水的作用：水的比熱容和傳熱系數(shù)都很大，在太陽直接輻射的作用下很容易從表層水面蒸發(fā)，在蒸發(fā)的同時(shí)把大量的水蒸氣帶入底層空氣，并隨空氣流動(dòng)而向周圍擴(kuò)散，藝圃的地表水面相對(duì)較大(見圖1)，蒸發(fā)量相對(duì)也很大；同樣，水在流動(dòng)中，靜能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的過程中也會(huì)有大量水蒸氣進(jìn)入空氣底層，重量較大的帶有水蒸氣的空氣在空氣底層隨氣流運(yùn)動(dòng)(如圖6所示)。b.地表植被的作用：植物的枝干和枝葉含有大量的水分，也容易保存大量的水分，在光合作用下，極易產(chǎn)生大量的水蒸氣，由于帶有水蒸氣的較重空氣在底層隨氣流運(yùn)動(dòng)，而底層恰恰是樹蔭下，相對(duì)濕度較高的空氣在樹蔭下流動(dòng)，且不易被蒸發(fā)，進(jìn)一步氣化。地表植物起到了制造和保存水蒸氣的作用。

2)輸出調(diào)節(jié)。地表水和地表植被產(chǎn)生了大量的水蒸氣，植被下的樹蔭還起到了保存水蒸氣的作用，空氣的相對(duì)濕度在增大，但過大的相對(duì)濕度同樣不適宜，需要適當(dāng)?shù)妮敵稣{(diào)節(jié)，達(dá)到適宜的相對(duì)濕度。a.地表植被/筑山的作用：植被的樹蔭下由于空氣的相對(duì)濕度較大，樹蔭外的空氣相對(duì)濕度較小，相對(duì)濕度大的空氣的質(zhì)量要大于相對(duì)濕度較小空氣的質(zhì)量，導(dǎo)致空氣的大氣壓不一樣，質(zhì)量大的空氣往下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量小的空氣往上運(yùn)動(dòng)，形成了對(duì)流，即風(fēng)，加之相對(duì)濕度的空氣的吸濕過程，達(dá)到飽和的相對(duì)濕度的空氣的釋放過程，外來的氣流進(jìn)入樹蔭下，對(duì)流形成的風(fēng)和外來的風(fēng)把空氣中水蒸氣源源不斷的帶走，起到了調(diào)節(jié)相對(duì)濕度的作用。同樣，筑山形成的多種空間，山洞也能形成不同的大氣壓，形成抽風(fēng)的作用(見圖4a))，原理同“煙囪效應(yīng)”，調(diào)節(jié)的大小由地表植被和筑山面積大小決定，這就需要恰當(dāng)面積的地表植被和筑山，藝圃的地表植被和筑山面積以及形式似乎恰到好處(感受判斷)。b.建筑空間與布局的作用：同樹蔭下和筑山相似的原理，建筑的空間布局，同樣起到了輸出空氣中水蒸氣的作用，主要體現(xiàn)在廊道的設(shè)計(jì)和布置上(如圖5所示)，南向和西向的廊道受到最強(qiáng)烈的太陽直接輻射和間接輻射，廊道下的空氣相對(duì)濕度較小，向上升，廊下的水面產(chǎn)生大量水蒸氣，相對(duì)濕度較大，由于大氣壓的不一樣，形成對(duì)流——風(fēng)，加之外來的大氣流，廊道里將會(huì)有規(guī)律的風(fēng)，加之空氣的吸濕和釋放的過程，空氣中的水蒸氣將被源源不斷帶走，進(jìn)而調(diào)節(jié)了空氣濕度。

3.3 對(duì)氣流速度(風(fēng)速)的調(diào)節(jié)

氣流速度是指空氣的流動(dòng)速度(m/s)，適當(dāng)?shù)目諝饬鲃?dòng)能帶走人體產(chǎn)生的多余熱量，能夠調(diào)節(jié)人體的溫度，達(dá)到舒適程度，如上闡述的，在樹蔭下，筑山里，廊道里，由于空氣質(zhì)量不同的大氣壓產(chǎn)生的對(duì)流，及外來的風(fēng)，形成了有規(guī)律的空氣流動(dòng)，特別是人活動(dòng)頻繁的地區(qū)，如樹蔭下，筑山里，廊道里，產(chǎn)生的風(fēng)能帶走人體產(chǎn)生的多余熱量，達(dá)到熱平衡。

3.4 對(duì)熱輻射條件狀況的調(diào)節(jié)

熱輻射是指物體在絕對(duì)溫度大于0 K時(shí)的輻射能量。熱輻射是一種紅外線，它不能加熱氣體，但能被周圍物體所吸收而轉(zhuǎn)變成熱能，從而使物體升溫，成為二次輻射源。人體也向外界輻射熱量。當(dāng)周圍物體表面溫度超過人體表面溫度時(shí)，周圍物體向人體輻射熱能使人體受熱，稱為正輻射；反之，稱為負(fù)輻射。熱輻射強(qiáng)度是指熱輻射體單位時(shí)間、單位面積上所輻射出的熱量(J/(cm2·min))[2]。

對(duì)熱輻射條件狀況的調(diào)節(jié)主要是針對(duì)二次輻射源的控制，這就要求材料的蓄熱系數(shù)不能太大，熱量要求及時(shí)的排出，比熱容和傳熱系數(shù)要比較大，吸收能力要比較弱，二次輻射源危害是很大的，蓄熱系數(shù)大，傳熱系數(shù)小的時(shí)候，它會(huì)不斷的釋放熱量，加熱周圍的物體，包括人，在夏天，這種情況對(duì)于保持人體的熱平衡是十分不利的，在材料的選取上必須考慮到這個(gè)因素。藝圃主要使用的是石材和木材。如石灰?guī)r(太湖石)的導(dǎo)熱系數(shù)為2.04 W/(m·K),蓄熱系數(shù)為18.3 W/(m2·K)，比熱容為0.92 kJ/(kg·K)；木材的導(dǎo)熱系數(shù)為0.17 W/(m·K),蓄熱系數(shù)為4.90 W/(m2·K)，比熱容為2.51 kJ/(kg·K)。石材的導(dǎo)熱系數(shù)較大，蓄熱系數(shù)較大，比熱容不大，說明石材能蓄積大量熱量，但是釋放熱量的途徑是通過熱傳導(dǎo)，而不是通過熱輻射，因?yàn)楸葻崛葺^??；木材的導(dǎo)熱系數(shù)較小，蓄熱系數(shù)較小，比熱容大，說明木材不能蓄積大量熱量，但是釋放熱量的主要途徑是通過熱輻射，而不是通過熱傳導(dǎo)，因?yàn)楸葻崛葺^大。

現(xiàn)在看看藝圃的運(yùn)用(見圖5)，石材布置在水邊，或在濕潤的土地上，水和土都能吸收大量的熱量，且通過直接的熱傳導(dǎo)，石材的熱量通過熱傳導(dǎo)到水和土中；木材布置在建筑和廊道中，木材不能蓄積大量的熱，且傳熱系數(shù)較小，由于比熱容大，它的釋放熱量的方式主要是熱輻射，在廊道中，由于能產(chǎn)生規(guī)律的風(fēng)，能迅速的將木材釋放的熱量帶走，避免二次熱輻射(見圖5)。

4 傳統(tǒng)園林在營造微氣候中運(yùn)用氣候因素的方法對(duì)城市微氣候與城市環(huán)境建設(shè)的借鑒意義

藝圃在運(yùn)用地表水，地表植物/筑山，建筑空間與布局等園林要素來調(diào)節(jié)空氣氣溫，空氣濕度，氣流速度(風(fēng)速)，熱輻射條件狀況等氣候因素，進(jìn)而塑造良好宜居的微氣候，使人達(dá)到熱平衡狀態(tài)，確實(shí)有很多經(jīng)典的可以借鑒的地方，特別是針對(duì)現(xiàn)在處理的不太完善，對(duì)有些開始惡化的城市微氣候和環(huán)境地區(qū)，能有很好的借鑒意義：1)運(yùn)用地表水，地表植物/筑山，建筑空間布局對(duì)空氣氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。2)運(yùn)用地表水，地表植物，建筑空間布局對(duì)空氣濕度的輸入和輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。3)運(yùn)用地表植物/筑山，建筑空間布局對(duì)氣流速度(風(fēng)速)進(jìn)行調(diào)節(jié)。4)運(yùn)用對(duì)材料的選擇對(duì)熱輻射條件狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

通過上述四個(gè)方面的相互綜合作用考慮，將會(huì)營造宜居的微環(huán)境，這對(duì)建設(shè)良好的城市環(huán)境有重要的意義。

5 結(jié)語

通過對(duì)藝圃中微氣候因素的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)園林中控制氣候因素其實(shí)是貫穿整個(gè)園林的始終，始終強(qiáng)調(diào)以人為本，從人的熱平衡狀態(tài)，人的視角，心理角度，全方面的綜合考慮，全面塑造適宜的微氣候，強(qiáng)調(diào)與自然融為一個(gè)整體，真可謂“雖由人做,宛自天開”。參考文獻(xiàn):

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[6] 朱建寧.中國傳統(tǒng)園林的現(xiàn)代意義[J].廣東園林，2005(4):28.

ThefactorsofChinesetraditionalgardenmicroclimatecreation

ZHOUYao

(ArchitectureSchool,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China)

Taking the Suzhou garden as an example, this paper analyzed and researched the traditional garden microclimate using climate factor analysis method, then had new understanding and thinking to the factors of Chinese traditional garden microclimate creation, had direct significance to improve the urban microclimate and urban environmental construction.

traditional garden microclimate, human body thermal comfort, climate factor

1009-6825(2014)33-0200-03

2014-09-12

周 耀(1979- )，男，在讀碩士

TU986

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