戶外公共空間設計要素對微氣候熱舒適影響研究

袁從麗　洪浩庭　張哲溪　付燁晨　趙佳瑋

摘要：戶外公共空間設計要素對營造舒適的微氣候環(huán)境具有重要作用，選取具有不同下墊面性質的校園綠地作為研究對象，對西北農林科技大學南校區(qū)內具有代表性的13處測點的風速、溫度、相對濕度進行同步測定，并通過問卷調查獲得人體熱舒適評分。將微氣象數(shù)據(jù)與評分進行線性回歸擬合后得到MTCFM模型，得出在研究地點所在地區(qū)溫度對微氣候熱舒適影響的占比最高。對多數(shù)空間而言，增加綠化覆蓋率、減少硬質鋪裝面積，能有效提升微氣候熱舒適。

關鍵詞：公共空間;微氣候熱舒適;相關性模型

戶外公共空間是人們進行室外活動的主要場所，良好的室外環(huán)境是提高室外活動質量、吸引城市居民、體現(xiàn)城市活力的保證。其設計要素包括空間布局形態(tài)、植被水體分布、局部下墊面材質和園林構筑物形體材料等[1]。在戶外公共空間規(guī)劃設計中營造舒適的微氣候環(huán)境不僅體現(xiàn)人性化設計，也能降低能耗，為使用者提供自然、安全、舒適的空間環(huán)境，從而滿足人體熱舒適。微氣候熱舒適是指人在小尺度范圍熱環(huán)境下的熱感覺與熱舒適程度[2]，可根據(jù)熱舒適評價反應出來，并可采取相關技術、方法和措施改善空間設計。大量研究表明，空間熱舒適性會明顯影響使用者的身體及心理狀態(tài)，從而決定使用者是否愿意停留。熱舒適性不佳，使用者會傾向于快速通過而非停留，公共空間會淪為單純的交通聯(lián)系與集散空間，從而失去應有的活力[3]。戶外公共空間的精心設計可以刺激環(huán)境的使用，而研究微氣候熱舒適的目的就在于實現(xiàn)、維持并提升微氣候熱舒適，可持續(xù)開發(fā)戶外公共空間，為更多人所用。

高校校園戶外空間是校園空間環(huán)境中提供信息交流、人際交往、物質互換的場所和媒介，是校園社區(qū)的活動中心和社會生活的載體[1]。其營建應在充分考慮滿足校園戶外活動的基礎上，有機結合文化審美和生態(tài)環(huán)境等因素，以科學理性的調查分析為基礎， 綜合解決戶外空間問題。本文以西北農林科技大學南校區(qū)戶外空間為研究對象，通過對微氣候因子進行實測，分析不同校園戶外空間要素對校園微氣候的影響，結合人體熱舒適調查，探求戶外公共空間組成要素與微氣候及熱舒適的關系，得出可以量化和模數(shù)化各個影響因子與熱舒適之間關系的MTCFM（Microclimate Thermal Comfort Fitted Model）模型，以期為楊凌乃至陜西關中地區(qū)的高校戶外公共空間規(guī)劃設計提供借鑒與指導。

一、研究地點概況及研究方法

（一）研究地點概況

本次研究地點選擇在楊凌高新農業(yè)示范區(qū)的西北農林科技大學。楊凌地處陜西中部，距西安市八十公里，南靠秦嶺，北臨黃土高原，被渭水橫穿，其氣象數(shù)據(jù)在關中地區(qū)具有典型的代表性。而西北農林科技大學是中國西北地區(qū)現(xiàn)代高等農業(yè)教育的發(fā)源地，也是全國農林水學科最為齊備的高等農業(yè)院校，校園綠地類型豐富，植物種類繁茂且層次搭配較為合理，相比于西安市區(qū)內的高校有更為完善的校園景觀和戶外公共空間。經過前期對場地的圖樣采集與生態(tài)評估后，選取了四季廣場、小西湖和苦楝廣場三塊場地下墊面不同且具有代表性的校園綠地作為本研究的影響熱舒適要素的監(jiān)測點。

（二）研究方法

1、測點選擇

在調研分析西北農林科技大學南校區(qū)校園內下墊面性質的基礎上，挑選出代表性強（場地面積、場地使用率、場地區(qū)位）、差異性大（下墊面性質不同）的樣地三塊——Ⅰ四季廣場、Ⅱ小西湖、Ⅲ苦楝廣場。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號場地具有不同的下墊面性質且面積相近，使用率較高——Ⅰ（硬質鋪裝，約6000㎡）、Ⅱ（水體，約16000㎡）、Ⅲ（草地，約6000㎡）。在Ⅰ號場地中選取樹池、花架、竹子圍合的玻璃鏤空廊架、廣場、水池景墻共5個測點，在Ⅱ號場地中選取靠近岸邊的灌木叢旁、靠近岸邊灌木叢的柳樹下、臨近岸邊的廣場、稍遠離水岸的園路共4個測點，在Ⅲ號場地中選取場地內側草坪、場地外側草坪、廣場道路上、廣場座椅旁共4個測點，三個場地共13個測點。

2、微氣候因子測定

在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個區(qū)域中的13處測點，于7：00—22：00每隔5個小時進行一次測定，共測量4次。使用便攜式氣象儀KESTREL NK-5500實地測量風速S（m/s）、溫度T （℃）和相對濕度RH（%）。

3、人體熱舒適調查

制作戶外熱舒適調查問卷，并在測量微氣象要素數(shù)據(jù)的同時，在三個場地的不同測點同時發(fā)放，每個場地各40份問卷。問卷包括對場地使用者的客觀調查與主觀調查?？陀^調查包括使用者的性別、年齡、身高、體重、職業(yè)、衣著和活動;主觀調查包括使用者對微氣象參數(shù)（包括風速 S、溫度 T、相對濕度RH）的感知度與熱舒適，分為1-5分。熱舒適評分具體為：極不舒適計1，不舒適計2，比較舒適計3，舒適計4，極舒適計5。對風環(huán)境質量的感知度：無風計1，弱風計2，適中計3，較強計4，極強計5。對所處環(huán)境溫度的感知度：涼計1，適中計2，稍暖計3，暖計4，熱計5。對所處環(huán)境濕度的感知度：潮濕計1，較潮濕計2，適中計3，有燥計4，極干燥計5。對數(shù)據(jù)采集中所得各參數(shù)結果進行整合分析，并對所收集的調查問卷中各數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。得分情況見表1。

二、結果分析

（一）微氣候數(shù)據(jù)

圖2a顯示了各場地風速的變化。各場地的變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為單峰曲線，早7：00開始，風速逐漸增加，約在12：00到達峰值，其中小西湖的風速在一天中均高于其他兩個場地。圖2b顯示了各場地相對濕度的變化，各場地變化趨勢相近，在中午12：00到下午17：00相對濕度較低，晚22：00時相差最大，四季廣場相對濕度最高，苦楝廣場最低。圖2c顯示了各場地溫度的變化，均為單峰曲線且變化趨勢相近，在中午12：00到下午17：00溫度較高，且四季廣場相對于其他兩個場地溫度更高。

（二）熱舒適評分

從表1問卷調查分數(shù)統(tǒng)計可以看出在三個場地中，場地Ⅰ四季廣場的平均評分最低，為2.725分，低于平均分（3分），認為該場地不太舒適的問卷數(shù)占本場地總問卷數(shù)的40%，明顯高于其他兩個場地選擇此選項的比例。場地Ⅱ小西湖的評分呈現(xiàn)出兩個相反趨勢選擇不太舒適和比較舒適的都比較多分別為6人和19人。場地Ⅲ苦楝廣場選擇非常舒適的有6人，為所有問卷中選擇此選項最多的場地，且感覺不太舒適的人最少，為3人。

三、結論和討論

（一） 模型建立

國外關于熱舒適的研究經歷了3個階段，從最初的定性描述或采用經驗公式進行討論，到定量化研究人在環(huán)境中的熱舒適，再到近幾年探討微氣候熱舒適[4]。對微氣候熱舒適只是描述性的表述，因此對微氣候熱舒適評價的研究就尤為重要，這也是國外近幾年研究的熱點。而在本次研究中我們選用了SPSS（Statistical Product and Service Solutions）進行客觀微氣象數(shù)據(jù)和問卷調查評分的擬合，通過線性回歸的方法得出主觀問卷評分與客觀微氣象數(shù)據(jù)之間的關系。

通過線性回歸計算擬合主觀熱舒適評分與客觀氣象數(shù)據(jù)，得出微氣候熱舒適與微氣候數(shù)據(jù)有以下關系：

此關系式即為楊凌地區(qū)高校戶外公共空間夏季微氣候熱舒適模型。MTCFM擬合中的R值反映了擬合關系式中變量和結果的相關性關系及擬合方程的質量。擬合方程（1）的R值為0.622.

（二）各微氣候要素影響強弱

根據(jù)評價模型，通過MATLAB軟件進行灰色關聯(lián)度分析得出各要素占比為風速比重16.36%，溫度比重55.24%，濕度比重28.40%?？梢钥闯觯陉P中地區(qū)夏季，溫度對微氣候熱舒適影響的占比最高，相對濕度次之，風速的影響最小。

（三）各調查地塊微氣候熱舒適及改進方案

從問卷統(tǒng)計結果可以看出場地Ⅲ苦楝廣場的熱舒適評分最高為3.700，場地Ⅱ小西湖的熱舒適評分為3.375，次之，而場地Ⅰ四季廣場的熱舒適評分為2.725低于平均分3分，熱舒適最低，需要改進。

對于場地Ⅰ四季廣場的改進應從降溫、除濕、改善通風這三方面著手。影響溫度的因素主要是場地下墊面性質，影響相對濕度的要素主要是水體分布與植被層次，影響風速的因素主要是場地的豎向結構，如構筑物、樹木等的遮擋。

因此改進建議如下：（1）對比同時間場地Ⅲ苦楝廣場的綠地溫度和綠地形式，可將樹池改建為成片的草坪，原有的樹池座椅移至草坪邊緣，以有利于降溫。（2）場地Ⅰ四季廣場水體周邊溫度高于同期場地Ⅱ小西湖水體周邊溫度，推知水體面積達到一定比例才能發(fā)揮有效降溫、增濕的生態(tài)效益。（3）當使用水幕景墻的水景形式時，廣場邊界處不宜設置圍墻形式的景觀墻，不利于通風除濕。

（四） 改善楊凌乃至關中地區(qū)高校戶外公共空間微氣候的建議

根據(jù)灰色關聯(lián)度分析法得出的影響熱舒適的各微氣候要素占比，得知在將MTCFM模型推廣運用到楊凌乃至關中地區(qū)的高校戶外公共空間設計中時，需要著重考慮如何通過搭配戶外公共空間設計要素來調控場地的溫度，以滿足不同人群對熱舒適的需求。

影響溫度的主要因素是場地下墊面性質。研究表明，植物較為密集的綠化區(qū)域所呈現(xiàn)出的降溫增濕效應更為明顯。因此設計者在進行改造設計時可在保留原有綠地的基礎上，增加綠化覆蓋率、減少硬質鋪裝面積來改善下墊面性質等措施以改善場地小氣候環(huán)境，從而達到人對溫度的舒適感要求。減少人工材料的使用，既降低了能源消耗，也避免了大量勞動力的使用，因此也更加經濟環(huán)保。

對于建筑物集中、密集的地區(qū)或場地，無法或很難減少硬質材料的使用時，可以考慮通過屋頂綠化或垂直綠化增加綠化覆蓋率。研究表明，綠化屋頂?shù)慕禍?、增濕效應均高于未綠化屋頂，“喬-灌-草”式屋頂綠化的降溫效應明顯，“灌-草”式屋頂綠化的增濕效應更為顯著[5]。因此，可在大城市地區(qū)通過應用上述方法營造更好的微氣候環(huán)境，緩解城市熱島效應，構建出更生態(tài)、更宜居、更以人為本的戶外公共空間。

參考文獻：

[1] 郭蘇明，李玘蘇，俞紫洋，等.南京夏季高校戶外空間組成要素與微氣候熱舒適研究[J].園藝·園林，2017（10）：81-86.

[2] 劉蔚巍，連之偉，鄧啟紅，等.人體熱舒適客觀評價指標[J].中南大學學報（自然科學版），2011，42（2）：521-526.

[3] 王一，欒沛君.室外公共空間夏季的舒適性評價研究—以上海當代大中型住宅區(qū)為例[J].住宅科技，2016，11.

[4] 陳睿智，董靚. 國外微氣候舒適度研究簡述及啟示[J]. 中國園林，2009，25（11）：81.

[5] 陳宇，李驕嫻，宋雙雙，鄒林海. 南京市屋頂綠化室外熱環(huán)境研究[J]. 中國城市林業(yè)，2017，15（03）：48.

作者簡介：指導老師，穆艷，1979.5，漢，碩士，講師，風景園林。