景观设计要素对室外热环境的影响探究

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　　摘要：在城市建设的进程中，城市下垫面在不断地发生着变化，日益突出的热岛现象影响着城市环境的舒适性，人们对夏季室外环境唯恐避之不及，由此导致夏季建筑空调制冷能耗的大量供应，加剧了能源的短缺。通过对景观要素的合理设计，能够有效调节局地微气候，改善城市热环境，为人们提供舒适室外环境的作用。从景观设计要素出发，对前人所做的室外热环境相关研究进行归纳总结，初步探讨景观空间布局、水体景观、植被配置、铺装材料等景观要素对城市热环境的影响。
　　关键词：室外热环境;景观设计;数值模拟
　　1研究背景及意义
　　1.1研究背景
　　随着城市化的飞速发展，城市面积的迅速扩张，城市热岛效应也日趋严重，城市热环境存在急速恶化的趋势。广州作为中国的一线城市，庞大的城市规模和人口规模也预示着日益上升的热岛强度。气象数据表明，广州城市热岛效应正在逐步的加强。由于变化尚不明显，城市热环境质量尚未引起城市规划师、建筑师和景观设计师的足够重视，导致许多城市建设项目盲目地追求经济效益或者视觉效果，与发展循环经济、建设节约型社会、建立可持续发展的长远目标相去甚远。近年来，关于城市热环境及绿色建筑的研究越来越深入，人们对于生活质量的要求日益提高，室外热环境越来越被关注。
　　1.2课题意义
　　城市热环境是地域气候和城市规模等社会人工因素综合作用所产生的结果，自然条件包括地理纬度、海拔高度、地形地貌、太阳辐射、风速、风向、风频等;社会因素包含人口密度、聚居方式、绿化规模等;人工因素包括空间的几何尺度、走向、建筑物密度、墙地面材料等因素。如此众多的因素组合成了千变万化的城市室外热环境。这些组合关系恰恰影响到设计师能否在城市设计阶段就考虑顺应不同的自然条件，结合相应的技术手段设计出舒适的热环境，这种热环境技术与设计技术结合的能力正是现如今设计师所稀缺的一方面素养。现如今设计师在方案设计阶段所考虑的指标，例如绿地率，主要设计依据是国内外城市的绿地率现状以及《城市绿地设计规范》和《城市绿化条例》，对于设计师来说，大多数设计师并不了解设计依据背后的意义和知识，以这种方式确定的方案对热环境的改善程度不得而知。因此，对不同的景观影响因子的定量研究非常有必要。
　　2文献综述
　　与城市热环境相关的研究已经持续多年，大到宏观层面对城市尺度空间的热环境分析和研究，小到微观层面某一材料的使用对局部微气候的影响研究，都有较为成熟的研究成果，借助实测调研、软件模拟等技术手段，得出了许多客观的数据和结论，为城市中不同尺度空间的设计提供了切实有效的策略和建议。
　　2.1城市尺度
　　栾庆祖等利用遥感技术和地理信息技术，对北京市主城区的城市绿地及其周边建筑物作为热环境影响进行实测和分析，发现绿地的面积无论多大，其对周边环境的降温效应都限制在一定空间范围内，在布设城市绿地时分散型绿地比集中式大绿地对周边环境的总体降温效应更好。乔治等构建了北京的城市热环境区划模型，通过分析2008年城市热环境时空分布特征发现区域下垫面组成要素直接影响热环境，北京城市热环境的主成分因子依次为植被覆盖、地形地貌、城市下垫面建设规模和人为热排放，以此为依据可将北京划为7个热环境区域，从而指导城市规划设计师根据各个分区热环境成因机制差异分别提出相应的热环境改善和调控措施。
　　2.2中观区域尺度
　　马晓阳以居住区室外热环境的为研究对象，发现居住区建筑布局，下垫面构成，植物类型等都会对热环境产生影响。针对居住区绿化的细致研究得出乔——灌——草绿化模式和乔——草模式对人體热舒适调节效果最佳，草地和灌——草绿化模式的调节作用较弱。另外，在植物种类的选择上，叶面积指数越大对热环境效果越佳。赵敬源认为绿化是改善城市街谷热环境最有效、最经济的手段之一。作者利用建立的街谷动态模型，对几种典型绿化工况进行了热环境数值模拟。通过大量的数值试验，定量地比较了不同绿化形式和不同绿化种类的差异对城市街谷热环境的影响方式和影响程度，为优化城市绿化设计以改善城市户外环境提供了理论基础。杜晓寒广州典型生活性街谷为研究对象，以ENVI-met模拟为主要技术手段，发现街谷走向对热环境的贡献最大，其次为高宽比，绿化和表面反射率，最优走向为东南——西北走向，高宽比取大为好，建筑高度统一比高低不一更好。
　　2.3微观尺度
　　王可睿以广州居住区水景为研究对象，对水体影响下的居住小区室外局地空气温度、相对湿度、风速等参数进行现场测试并计算标准有效温度SET以作为热环境评价指标。研究表明：静态水体能起到一定的降温增湿作用，持续使用的跌水瀑布对空气的降温增湿效果更明显，水景结合遮阳和通风设计的综合作用降温效果最佳。金玲等以华南地区夏季高温期2种不同透水性铺地材料为研究对象，证明了可透水地面改善室外环境热舒适性的能力明显优于不透水地面。陈绕超运用多元逐步回归分析的方法分别建立了基于广州地区校园室外热舒适评价指标ASV和逻辑斯Logit模型，强调了加强室外通风和改善遮阳条件对提高室外热舒适的巨大潜力。丁云飞以广州某高校图书馆为例，利用CFD模拟方法对建筑立体绿化对室外热环境的影响进行模拟分析，结果显示：在夏季典型计算日，与普通建筑相比，采用立体绿化，建筑前广场、草地、河流上方1.5m处温度都有所降低，屋面温度降低了8℃左右，可见立体绿化可以有效地改善室外环境。
　　3总结
　　目前，国内外对室外热环境的研究集中在实测、模拟、和评价等方面，从尺度上可分为宏观的城市尺度，主要技术手段为对城市热环境的进行遥感观测，经过反复演算后对城市热环境进行分区及研究各分区的优劣，指导城市设计方案的优化。并在此基础上结合虚拟三维模型进行城市尺度的热环境模拟，将实测数据与模拟数据进行比较，确定模拟数据较为准确的模拟软件，利用该软件对各个设计因素进行调整，以找出更为合理的城市规划布局方式，达到更好的城市热舒适环境;而中观区域尺度的城市热环境研究集中于某种类型或某种空间的热环境实测、评价和模拟，通过研究该局部空间的各个设计因素，获取指导该空间的设计策略;微观的基础设施尺度则将研究对象设定为某个设计因素，例如绿化、铺装、水景等，借助各种各样的空间载体，定量地研究这些基础设施对城市热环境的影响，以期获得该设计因素的普遍使用规律。
　　总结看来，室外热环境的研究方法相对统一，通过现场调研、热环境实测、软件模拟等方式获得准确客观的数据，在此基础上进行分析及评价。对于景观要素对室外热环境的影响从原来的定性研究上升到定量研究，进一步发展了景观设计的理性思潮，让设计变得有章可循。
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