基于ENVI-met指導(dǎo)的河南科技大學(xué)德園東區(qū)景觀優(yōu)化研究★

張蕓溪 王燕飛 黃 賓

(河南科技大學(xué)建筑學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471032)

自21世紀(jì)伊始，中國(guó)的城市化建設(shè)逐年加速。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2017年年末，我國(guó)城鎮(zhèn)常住人口81 347萬(wàn)人，比上年末增加2 049萬(wàn)人；城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?城鎮(zhèn)化率)為58.52%，比上年末提高1.17個(gè)百分點(diǎn)[1]。居住區(qū)作為城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要組成部分，隨著居民生活水平的提高，其內(nèi)部人居舒適性要求也越來(lái)越受重視，而居住區(qū)內(nèi)綠地布局對(duì)微氣候的影響有著深遠(yuǎn)的研究?jī)r(jià)值。當(dāng)前園林景觀師多是從經(jīng)驗(yàn)與形式的角度出發(fā)進(jìn)行居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)，并沒(méi)有將綠地視為改善居住區(qū)室外熱環(huán)境的重點(diǎn)而進(jìn)行科學(xué)性的規(guī)劃。首先當(dāng)前對(duì)綠地微氣候的研究多以綠化量高低為參考，而對(duì)綠化設(shè)計(jì)角度出發(fā)考慮較少，其次在已有的研究住區(qū)微氣候的評(píng)價(jià)中熱環(huán)境的關(guān)注度較多，對(duì)風(fēng)環(huán)境、人體熱舒適性等角度著重較少[2]。基于有限的城市用地，城市規(guī)劃偏向于存量規(guī)劃，如何在有限的綠地面積與提高其生態(tài)效益二者之間找到平衡，是本文的研究目的所在。

1 研究背景介紹

洛陽(yáng)地處河南省西部、黃河中下游，屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14 ℃，多年平均降水量600 mm，洛陽(yáng)冬季盛行東北風(fēng)和西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)[5]。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50189—2015公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自2005年起，城市新建和改建建筑需全部采用外墻外保溫節(jié)能措施，加之規(guī)劃設(shè)計(jì)注意防風(fēng)避風(fēng)問(wèn)題，有效確保了冬季建筑節(jié)能保溫效果[3]。因此，本文相較于居住區(qū)冬季的保溫、日照采光而言，重點(diǎn)研究夏季的通風(fēng)降熱對(duì)于住區(qū)微氣候改善情況。

研究區(qū)域位于河南省洛陽(yáng)市洛龍區(qū)河南科技大學(xué)東北角附屬家屬院—德園住區(qū)。德園住區(qū)是河南科技大學(xué)開(kāi)元校區(qū)教職工住區(qū)，占地近500畝，分為東西南三個(gè)區(qū)域，60棟住宅樓，東區(qū)1，2號(hào)樓，西區(qū)1，2，3號(hào)樓為小高層建筑，其余均為多層建筑，是目前洛陽(yáng)市占地最大的多層住宅區(qū)。其規(guī)劃總用地33.5 hm2，綠地率40.6%，停車(chē)位878個(gè)。基于ENVI-met軟件自身特點(diǎn)，選取德園家屬區(qū)東北區(qū)域200 m×200 m正方形范圍作為研究區(qū)域。居住區(qū)東部為6層半高樓房，每棟樓房均有2個(gè)出入口。除了街道相接處種植高大喬木之外，其余地段附以草地種植得到綠化效果，場(chǎng)地綠化品種單一、灌木種植面積不足、沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的綠化要求。現(xiàn)根據(jù)居住區(qū)植物造景相關(guān)規(guī)范，對(duì)居住區(qū)內(nèi)綠化種植進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

2 模型參數(shù)設(shè)置

在模擬平臺(tái)軟件ENVI-met上建模，并根據(jù)居住區(qū)綠地造景配置方式來(lái)進(jìn)行植物栽植。配實(shí)景圖見(jiàn)圖1。

2.1 植物參數(shù)設(shè)置

軟件模擬主要涉及三種植物類(lèi)型：?jiǎn)棠尽⒐嗄竞筒荼尽Ｓ捎谑艿杰浖W(wǎng)格高度的限制，草本選擇植株高度為0.5 m的草木，灌木高度為1.2 m，喬木選取樹(shù)高10 m冠幅5 m的榆樹(shù)、樹(shù)高7 m冠幅5 m的楊樹(shù)以及樹(shù)高12 m冠幅7 m的洋槐作為居住區(qū)造景用樹(shù)。

2.2 初始環(huán)境參數(shù)設(shè)置

模擬選取洛陽(yáng)典型氣象日的環(huán)境參數(shù)為初始值，模擬時(shí)間從7月20日上午7：00～下午19：00，計(jì)算周期為12 h。考慮到模擬區(qū)域周邊環(huán)境條件與模擬核心區(qū)域類(lèi)似，流入邊界條件選擇循環(huán)式邊界條件。為了保證模擬的穩(wěn)定性，在模擬區(qū)域設(shè)置了10個(gè)嵌套網(wǎng)格，根據(jù)實(shí)地測(cè)量及該住宅區(qū)的建筑平面圖，在ENVI-met軟件SPACES建模功能中建立實(shí)測(cè)區(qū)的現(xiàn)狀模型。在模型研究區(qū)域建立基礎(chǔ)值設(shè)定中，平面x，y軸方向上模擬區(qū)域?yàn)?00 m×200 m，水平網(wǎng)格數(shù)為40×40(分辨率為2 m)。由于實(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)建筑物最大高度為18.8 m，根據(jù)軟件對(duì)三維模型的垂直高度要求為Z≥2ZHmax(Hmax為模擬區(qū)內(nèi)最高建筑高度),因而豎直z軸方向上設(shè)置分辨率2 m的網(wǎng)格共20個(gè)，符合數(shù)值模擬高度的要求[4]。

模擬參數(shù)設(shè)定依據(jù)模擬日當(dāng)天洛陽(yáng)市氣象局公布的逐時(shí)氣候數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速風(fēng)向和太陽(yáng)輻射。由于街區(qū)尺度城區(qū)熱島強(qiáng)度最高值一般出現(xiàn)在每天的14：00左右，模擬比較這一時(shí)間段內(nèi)的氣候數(shù)據(jù)對(duì)熱舒適性分析更具有可比性。因此，提取14：00時(shí)刻的氣候數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析(見(jiàn)圖2～圖7)[5]。

3 優(yōu)化前后模擬對(duì)比

3.1 風(fēng)速

根據(jù)圖2，圖3可以看出，改造前下午14：00近地面風(fēng)速大致在2 m/s，且東北風(fēng)從建筑樓間距穿過(guò)時(shí)受到植物阻擋作用明顯，說(shuō)明改進(jìn)后的植物栽植起到一定的作用。北部建筑風(fēng)速較大，是因?yàn)槠錄](méi)布置相對(duì)數(shù)量的大型喬木導(dǎo)致，所以下一步做法便是建筑群北側(cè)種植樹(shù)高10 m的楊樹(shù)和針葉樹(shù)。改造后，依據(jù)植物種植形式，風(fēng)力可以均勻分布，風(fēng)速大致在1.25 m/s。

3.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度這一項(xiàng)，深色區(qū)域顯示為道路和硬質(zhì)鋪裝，淺色區(qū)域相對(duì)濕度較高，植物調(diào)節(jié)作用比較明顯，帶來(lái)的人體熱舒適度感受良好。研究區(qū)的相對(duì)濕度呈現(xiàn)出與溫度反向?qū)?yīng)的趨勢(shì)，即早上氣溫最低點(diǎn)時(shí)刻其濕度值最大，隨著溫度值的升高濕度值開(kāi)始下降，14:00時(shí)刻溫度升至最高時(shí)，住區(qū)相對(duì)濕度降至最低(見(jiàn)圖4，圖5)。

3.3 空氣溫度

空氣溫度通過(guò)觀察可看出，改造前后建筑組團(tuán)周?chē)鷾囟认鄬?duì)較低，植物降溫作用比較明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。不過(guò)南部卻出現(xiàn)了溫度反常升高的情況，推測(cè)原因很可能是建筑周?chē)哌_(dá)喬木較少，大面積草坪起不到降低溫度的作用。所以在景觀營(yíng)建中，有時(shí)需要照顧觀景作用而犧牲一部分生態(tài)效益的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，所以需要照顧兩者的相互關(guān)系以期達(dá)到平衡(見(jiàn)圖6，圖7)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于以上分析不免看出，改進(jìn)后的居住區(qū)組團(tuán)室外熱環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)明顯改善，結(jié)合植物栽植以減少夏季東北熱風(fēng)對(duì)建筑區(qū)域的侵襲，種植高大常綠喬木并輔以灌木來(lái)圍合德園居住區(qū)團(tuán)東北部；建筑群中間道路種植落葉喬木并減少灌木的栽植，來(lái)增加通風(fēng)，達(dá)到及時(shí)輸出熱氣的作用；南部則普遍栽培灌木和地被，落葉喬木散布其中用以提高將來(lái)冬季太陽(yáng)直射時(shí)長(zhǎng)。

以往景觀設(shè)計(jì)一般給出的建議大部分是樹(shù)種的選取和栽植比例，具體到樓前應(yīng)該種植多少樹(shù)木、種植什么樣的樹(shù)木夏季既能遮陰擋雨冬季落葉之后還能達(dá)到日照采光的效果，這方面的理論知識(shí)體系很少、框架缺乏。所以通過(guò)模擬此場(chǎng)景以期能夠探索這方面的規(guī)律或者說(shuō)找到一種合適的方法。