中國傳統園林營造微氣候的因素

周 耀

(河南工業大學土木建筑學院，河南 鄭州 450001)

·園林·綠化·

中國傳統園林營造微氣候的因素

周 耀

(河南工業大學土木建筑學院，河南 鄭州 450001)

以蘇州藝圃為例，運用氣候因素分析方法對傳統園林中的微氣候進行了分析研究，進而對中國傳統園林在營造微氣候中的因素有了新的認識與思考，對改善城市微氣候與城市環境建設有著直接的借鑒意義。

傳統園林微氣候，人體熱舒適，氣候因素

0 引言

中國傳統園林從古至今一直經久不衰，以其營造的宜居的微氣候輔以中國特有的含蓄內斂的文化為最為突出的特點和優點之一，在國內外一直享有盛譽。本文針對氣候因素在傳統園林中營造微氣候的重要影響，以蘇州藝圃為例，運用氣候因素分析方法對傳統園林中的微氣候進行分析研究，進而對中國傳統園林在營造微氣候中的氣候因素有了新的認識。

1 蘇州藝圃簡介

藝圃位于蘇州古城西北，原為文微明曾孫，明天啟年狀元，大學士文震孟所建。園內水池居中，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，池西南庭院精雅優美。全園景色自然開朗，親切可人，具有明代江南園林風貌。2000年被列入《世界遺產名錄》[1]。藝圃平面圖見圖1。

2 微氣候

微氣候是由地形，地貌，當地氣候特征，及利用地表水系，植物等綜合作用的結果，微氣候在藝圃中無處不在，甚至在幾米的距離都會發生明顯的變化，在不同的地方，如小橋，水邊，樹下，人對溫度，濕度，氣流的速度，空氣的質量都有明顯不同的感受，微氣候的調節對提升園林品質有著重要的作用。

調節微氣候因素的目的是使人體的熱舒適狀態達到最佳，人體與環境之間熱平衡關系如：當達到熱平衡狀態時，對流換熱約占總散熱量的25%～30%，輻射散熱量占45%～50%，呼吸和無感覺蒸發散熱量占25%～30%時，人體才能達到熱舒適狀態，能達到這種適宜比例的環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(風速)，熱輻射條件狀況等入手，通過對地表水，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的程度，并且分析園林要素對微氣候的四個因素進行調節的方法與原理，進而得出園林要素與氣候因素的關系。

3 園林要素對微氣候因素的調節

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氣候因素的調節。

3.1 對空氣氣溫的調節

圖2 蘇州參考氣象資料[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氣候，1月均溫3.7 ℃，7月均溫27.8 ℃,最高溫度達到31.6 ℃，如圖2所示?？傮w看蘇州的氣候比較宜居，但7月,8月的最高溫度可能達到30 ℃以上，根據人體熱舒適公式及原理，溫度超過28 ℃時，如果其他條件仍然不變的情況下，人體的熱平衡開始變化，產生不舒適的狀態。但在7月,8月份進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，這是因為影響溫度最主要的因素是來自太陽的直接輻射和隨后間接輻射，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較大的人工水面，占了整個藝圃相當一部分(見圖3)，這等于是一個巨大的蓄熱池，水的傳熱系數為0.58 W/(m·K)，比熱容為4.186 8 kJ/(kg·K)，比熱容在所有液態和固態物質中是最大的，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，形成對流，產生風，帶走大量熱的同時降低了溫度。

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)，同樣占了整個園區相當一部分，通常是依水而置，也有單獨成林。園中的植物在南區比較高大，樹下是一片筑山區，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，筑山區活動的人不被炎熱所困，相反，還很涼爽。太湖石形成的筑山，由于太湖石的蓄熱系數為18.3 W/(m2·K)，比較大，能吸收大量的太陽直接輻射，同時導熱系數為2.04 W/(m·K)，也較大，加之在水邊，或者在較為濕潤的土地，熱量迅速傳導到水中和地下，達到降溫的效果，且筑山形成的山洞(見圖4a))，直接輻射無法到達，也是一個涼爽的小氣候。

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，同時面臨間接輻射的影響，如圖5所示，這些廊道除了聯系交通外，它的遮陽效果也非常明顯，并隨時有來自水面的涼風吹來，達到降低溫度的作用。

3.2 對空氣濕度的調節

空氣濕度是指空氣的干濕程度，分為絕對濕度和相對濕度。絕對濕度(f)：每立方米空氣內所含的水蒸氣的質量(kg)。相對濕度(φ)：某氣溫、壓力條件下空氣的水蒸氣壓強與相同溫度、壓力條件下飽和水蒸氣壓強的百分比(%)?？諝獾南鄬穸冗^大或過小，都會影響人體的熱平衡，引起不舒適，適宜的環境相對濕度為40%～60%，為了達到這個適宜的值，要調節水蒸氣的輸入和輸出，即輸入大了，要調節輸出，輸入小了，要調節輸入和輸出，主要可以通過地表水，地表植被，建筑空間布局來調節水蒸氣的輸入和輸出。

1)輸入調節。a.地表水的作用：水的比熱容和傳熱系數都很大，在太陽直接輻射的作用下很容易從表層水面蒸發，在蒸發的同時把大量的水蒸氣帶入底層空氣，并隨空氣流動而向周圍擴散，藝圃的地表水面相對較大(見圖1)，蒸發量相對也很大；同樣，水在流動中，靜能轉化成動能的過程中也會有大量水蒸氣進入空氣底層，重量較大的帶有水蒸氣的空氣在空氣底層隨氣流運動(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動，而底層恰恰是樹蔭下，相對濕度較高的空氣在樹蔭下流動，且不易被蒸發，進一步氣化。地表植物起到了制造和保存水蒸氣的作用。

2)輸出調節。地表水和地表植被產生了大量的水蒸氣，植被下的樹蔭還起到了保存水蒸氣的作用，空氣的相對濕度在增大，但過大的相對濕度同樣不適宜，需要適當的輸出調節，達到適宜的相對濕度。a.地表植被/筑山的作用：植被的樹蔭下由于空氣的相對濕度較大，樹蔭外的空氣相對濕度較小，相對濕度大的空氣的質量要大于相對濕度較小空氣的質量，導致空氣的大氣壓不一樣，質量大的空氣往下運動，質量小的空氣往上運動，形成了對流，即風，加之相對濕度的空氣的吸濕過程，達到飽和的相對濕度的空氣的釋放過程，外來的氣流進入樹蔭下，對流形成的風和外來的風把空氣中水蒸氣源源不斷的帶走，起到了調節相對濕度的作用。同樣，筑山形成的多種空間，山洞也能形成不同的大氣壓，形成抽風的作用(見圖4a))，原理同“煙囪效應”，調節的大小由地表植被和筑山面積大小決定，這就需要恰當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，主要體現在廊道的設計和布置上(如圖5所示)，南向和西向的廊道受到最強烈的太陽直接輻射和間接輻射，廊道下的空氣相對濕度較小，向上升，廊下的水面產生大量水蒸氣，相對濕度較大，由于大氣壓的不一樣，形成對流——風，加之外來的大氣流，廊道里將會有規律的風，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，進而調節了空氣濕度。

3.3 對氣流速度(風速)的調節

氣流速度是指空氣的流動速度(m/s)，適當的空氣流動能帶走人體產生的多余熱量，能夠調節人體的溫度，達到舒適程度，如上闡述的，在樹蔭下，筑山里，廊道里，由于空氣質量不同的大氣壓產生的對流，及外來的風，形成了有規律的空氣流動，特別是人活動頻繁的地區，如樹蔭下，筑山里，廊道里，產生的風能帶走人體產生的多余熱量，達到熱平衡。

3.4 對熱輻射條件狀況的調節

熱輻射是指物體在絕對溫度大于0 K時的輻射能量。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。當周圍物體表面溫度超過人體表面溫度時，周圍物體向人體輻射熱能使人體受熱，稱為正輻射；反之，稱為負輻射。熱輻射強度是指熱輻射體單位時間、單位面積上所輻射出的熱量(J/(cm2·min))[2]。

對熱輻射條件狀況的調節主要是針對二次輻射源的控制，這就要求材料的蓄熱系數不能太大，熱量要求及時的排出，比熱容和傳熱系數要比較大，吸收能力要比較弱，二次輻射源危害是很大的，蓄熱系數大，傳熱系數小的時候，它會不斷的釋放熱量，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因素。藝圃主要使用的是石材和木材。如石灰巖(太湖石)的導熱系數為2.04 W/(m·K),蓄熱系數為18.3 W/(m2·K)，比熱容為0.92 kJ/(kg·K)；木材的導熱系數為0.17 W/(m·K),蓄熱系數為4.90 W/(m2·K)，比熱容為2.51 kJ/(kg·K)。石材的導熱系數較大，蓄熱系數較大，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，而不是通過熱輻射，因為比熱容較??；木材的導熱系數較小，蓄熱系數較小，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，因為比熱容較大。

現在看看藝圃的運用(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，石材的熱量通過熱傳導到水和土中；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，由于能產生規律的風，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 傳統園林在營造微氣候中運用氣候因素的方法對城市微氣候與城市環境建設的借鑒意義

藝圃在運用地表水，地表植物/筑山，建筑空間與布局等園林要素來調節空氣氣溫，空氣濕度，氣流速度(風速)，熱輻射條件狀況等氣候因素，進而塑造良好宜居的微氣候，使人達到熱平衡狀態，確實有很多經典的可以借鑒的地方，特別是針對現在處理的不太完善，對有些開始惡化的城市微氣候和環境地區，能有很好的借鑒意義：1)運用地表水，地表植物/筑山，建筑空間布局對空氣氣溫進行調節。2)運用地表水，地表植物，建筑空間布局對空氣濕度的輸入和輸出進行調節。3)運用地表植物/筑山，建筑空間布局對氣流速度(風速)進行調節。4)運用對材料的選擇對熱輻射條件狀況進行調節。

通過上述四個方面的相互綜合作用考慮，將會營造宜居的微環境，這對建設良好的城市環境有重要的意義。

5 結語

通過對藝圃中微氣候因素的研究，發現傳統園林中控制氣候因素其實是貫穿整個園林的始終，始終強調以人為本，從人的熱平衡狀態，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，強調與自然融為一個整體，真可謂“雖由人做,宛自天開”。參考文獻:

[1] 藝圃園中文字資料[Z].2014-11-09.

[2] 建筑物理[M].廣州：華南理工大學出版社，2002.

[3] 香港天文臺[Z/OL].2014-11-09.http://www.hko.gov.hk/wxinfo/climat/world/chi/asia/china/suzhou_c.htm.

[4] 楊 柳.建筑氣候學[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[5] 朱鈞珍.園林理水藝術[M].北京：中國林業出版社，1998.

[6] 朱建寧.中國傳統園林的現代意義[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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