亞熱帶住區不同景觀空間夏季微氣候實測與優化設計研究——以佛山居住區為例

黃基傳, 呂慧, *, 馬源, 陸麗澄, 陳旭玲, 陳英梅, 謝柳云

亞熱帶住區不同景觀空間夏季微氣候實測與優化設計研究——以佛山居住區為例

黃基傳1, 呂慧1, *, 馬源2, 陸麗澄1, 陳旭玲1, 陳英梅1, 謝柳云1

1. 佛山科學技術學院風景園林系, 佛山 528000 2. 廣東工業大學風景園林系, 廣州 510006

以佛山為例, 運用實地調查法對亞熱帶居住區10種常見景觀空間夏季微氣候指標(風速、溫度、濕度)進行實測, 結合居民主觀舒適度問卷調查研究成果, 對常見住區景觀空間夏季舒適性進行對比分析。結果顯示“架空層通風良好處”綜合得分最高, 其次為“喬木林下鋪裝廣場”、“露天廣場”, 得分最低的為“架空層通風欠佳處”。研究表明亞熱帶住區景觀設計可以通過底層架空并保證良好通風、適當設計多功能露天廣場、泳池多功能化、多用喬木少用灌木營造舒朗植物景觀等提升夏季舒適度。該研究可為亞熱帶住區氣候適應性景觀設計提供一定參考和理論依據。

景觀設計; 亞熱帶住區; 微氣候; 實地調查; 問卷調查

0 引言

微氣候是指在具有相同大氣候的地區, 由于小范圍地表狀況和性質不同, 由下墊面輻射特性與空氣交換過程的差異而形成的近地層大氣中局部區域的氣候特征, 包括氣溫、降水、氣壓、空氣濕度、風速、日照輻射等因子[1]。早在1950年代就有國外學者通過地面觀測法發現不同下墊面(裸地和草地)在微氣候有顯著區別[2]。現場實測數據顯示公園樹木對改善城市微氣候環境有顯著作用[3], 城市峽谷的垂直立面采用創新性的涼爽材料可以顯著改善局部微氣候[4]。近年來隨著健康中國戰略不斷深化落地, 通過改善環境微氣候來促進戶外運動的研究成果不斷涌現, 涵蓋多個氣候區和季節, 比如我國不同氣候區古典園林庭園中微氣候營造的方式的歷史經驗可為現代景觀設計提供借鑒[5]; 半干旱地區城市微氣候受試街道長寬比、高寬比及走向均對其過渡季微氣候有不同程度的影響[6]; 寒地城市廣場氣候條件與空間使用人群的行為與分布存在較顯著關聯性[7]; 適當增加東-西、東南-西北方向街道間距, 優先滿足西南-東北和東南-西北方向街道的綠化覆蓋率可以改善天津市生活性街谷夏季微氣候[8]; 有學者結合國家熱環境WBGT指標和TS-Givoni指標假設微氣候舒適度評價標準, 并通過實地監測和調查問卷, 分析使用主體行為與微氣候舒適度值的相關性, 從而驗證假設的評價標準, 并得到四川濕熱地區風景園林微氣候舒適度評價參數、評價指標、評價標準和微氣候舒適度等級劃分指標[9]; 四川城市露天開放空間的夏季舒適度的關鍵是通風和遮蔭, 濕熱地區游憩活動的微氣候舒適度閾值為31℃[10–11]; 大面積開敞硬地形成的熱量場可滿足上海冬季體感舒適要求[12]。針對亞熱帶濕熱氣候區的微氣候研究成果也不斷涌現, 如廣州小區內人工湖、樹陰以及下墊面性質能顯著影響室外熱環境[13]; 也有學者對亞熱帶濕熱地區郊野公園的氣候適應性規劃設計策略和戶外空間舒適度閾值進行探討[14]; 通過提高街谷高寬比、優化建筑界面、加強路面透水性、提高綠化遮陽率可以顯著改善廣州城市街谷微氣候[15]; 基于ENVI-met對廣州小區內不同綠化改造方案對微氣候環境影響的模擬結果顯示清除灌木叢可以適當改善低處通風, 清除喬木后則風速明顯增大[16]。

亞熱帶氣候炎熱多雨, 夏季漫長, 高溫高濕的氣候使居民夏季戶外活動受到嚴重制約, 不利于居民身心健康, 研究如何通過景觀設計改善亞熱帶住區戶外環境微氣候, 提升熱舒適度就顯得尤為迫切。目前該領域的研究成果多以城市街谷、公園為對象, 針對住區夏季微氣候的研究成果多限于單一景觀要素對環境微氣候的影響, 較少從景觀空間類型的角度對其微氣候及舒適度進行實測和對比分析。本研究以佛山住區為例, 選擇最常見的十種住區景觀空間, 對其主要微氣候指標(風速、溫度、濕度)進行實測。同時對居民對不同類型景觀空間的夏季主觀舒適度進行問卷調查, 運用定性定量相結合的方法對不同景觀空間進行對比分析, 提出利于提升住區夏季舒適度的景觀設計策略。

1 研究內容及方法

1.1 調查對象的選擇

對佛山市30個居住小區進行初步調研, 統計出最常見的10種居住區景觀空間類型及其具體選點要求: 露天廣場(≥100 m2)、喬木林下鋪裝廣場(≥100m2)、架空層通風欠佳處、架空層通風良好處、大型水體(河湖, 寬度≥10 m)邊、開闊草坪(≥100 m2)、植物圍合的建筑小品、游泳池邊、小型水體(池溪, 寬度≤3 m)邊、植物叢中小路(無遮蔭)。繼而選擇6個大中型能夠囊括上述所有類型景觀空間的的居住小區進行實地測量。調查小區區位及所選10種景觀空間的代表性照片分別如圖1、圖2所示。

1.2 研究方法

1.2.1 實地調查法

根據現有研究成果, 居住小區戶外活動的高峰期主要在早6:00—9:00和晚上6:00—9:00, 本研究主要選擇晚高峰6:00—9:00。運用手持數字風速儀(標智GM8901)和溫濕度計(AS817)記錄該測點的溫度、濕度和風速等參數。本調查在2018年8月27日至2018年8月29日展開。每個小區內每種典型景觀空間各選擇1個測點, 每個測點測三次, 分三天完成, 時間安排在晚上6點到9點之間。為保證不同類型景觀空間的可比性, 研究小組分成6個小組同時進行, 每個小組各帶一套儀器, 負責兩個測點, 同一小區的不同測點的數據測量時間之差控制在10 min內。

圖1 調查小區區位圖(作者改繪)

Figure 1 Location map of surveyed residential areas (redrawn by the author)

圖2 十種常見的居住區景觀空間(作者自攝)

Figure 2 Ten common landscape spaces in residential areas (photographed by the author)

1.2.2 問卷調查法

采用問卷法對小區居民對不同類型景觀空間的主觀舒適度進行調查。問卷調查中, 受訪者對各類景觀空間類型的主觀舒適程度進行打分, 滿分為5分。每個小區有效問卷不少于20份。問卷調查與實地調查結果相結合分析, 作為亞熱帶住區微氣候優化設計策略研究的輔助參考。

2 結果及分析

2.1 不同景觀空間微氣候各指標實測及數據分析

實測所得數據如表1所示, 根據所得結果對不同景觀空間的微氣候指標進行對比分析(圖3)。十種景觀空間中夏季通風條件最好的是“架空層通風良好處”, 該空間的風速排名在6個小區中都是排在第1或第2位。其次為“露天廣場”和“開闊草坪”, 通風最差的是“架空層通風欠佳處”。夏季氣溫最高的是“大型水體邊”, 其次是“露天廣場”和“植物叢中小路”, “架空層通風良好處”的氣溫則顯著低于其他九種空間, 排名最后, “游泳池邊”相對于其他空間也較為涼爽。夏季濕度最高的是“植物圍合的園林建筑”, 其次是“開闊草坪”和“大型水體邊”, 濕度最低的是“架空層通風欠佳處”。

2.2 居民對不同類型景觀空間的主觀舒適度調查結果及各指標綜合分析

居民對各景觀空間的主觀舒適度如圖4所示。為了更直觀地對不同景觀空間舒適性綜合表現進行對比分析, 對十種景觀空間的四個指標進行排名,排名規則為: 主觀舒適度得分越高, 排名數越低; 風速越高, 排名越低; 濕度越低, 排名越低; 溫度越低, 排名越低, 綜合分析結果如圖5所示。

表1 六個小區內各景觀空間實測所得微氣候數據

圖3 不同景觀空間微氣候測值對比分析

Figure 3 Comparative analysis of microclimate measurements in different landscape spaces

圖4 居民對各景觀空間主觀舒適度平均得分

Figure 4 Scores of residents' subjective comfort for each kind of landscape space

2.3 不同小區整體風環境模擬及其對比分析

選擇通風最好的怡翠馨園和通風最差的鹿璟村兩個小區, 運用CFD 數值模擬技術, 采用標準湍流模型對這兩個小區內1.5 m高處的風速進行模擬和對比分析(圖6)。根據風速放大系數圖, 怡翠馨園的風環境顯著優于鹿璟村。怡翠馨園小區建筑底層架空占比約為37.7%(20棟/53棟), 鹿璟村小區的建筑底層架空占比只有6.1%(2棟/33棟)。鹿璟村10個景觀空間的平均風速為0.12 m·s,怡翠馨園的為0.89 m/s,也可以輔助說明上述問題。因此提高小區建筑底層架空率對于優化整體風環境具有重要作用。

圖5 各景觀空間不同指標排名堆積折線圖

Figure 5 Stacked line chart of indexes of different landscape spaces

圖6 怡翠馨園和鹿璟村小區1.5m高處風速模擬對比圖

Figure 6 Simulation of wind speed at 1.5m altitude in Yicuixinyuan and Lujingcun

3 討論

3.1 不同景觀空間微氣候實測結果討論

對于亞熱帶地區, 夏季通風是住區舒適度的重要影響因子[14]。本次調查結果中, “架空層通風良好處”的風速顯著高于其他空間類型, 因而也具有較高的舒適性。“露天廣場”和“開闊草坪”都利于空氣流通, 因而也具有較高風速。“架空層通風欠佳處”和“植物圍合的園林建筑”空氣流通性差, 風速則顯著低于其他景觀空間, 舒適性也較差。

根據溫度測量結果分析, 太陽輻射是影響溫度的最主要因素。大型水體往往缺少遮蔭, 由于水體熱容量較大, 經過白天的太陽輻射后, 水體散熱比陸地慢, 因而“大型水體邊”在傍晚的氣溫會高于其他空間。“露天廣場”和“植物叢中小路(無遮蔭)”也因為缺少樹木遮蔭, 白天吸收了大量的熱輻射, 氣溫也會偏高一些。參考陳睿智博士的“風景園林微氣候舒適度評價標準”, WBGT≤30℃時人體的熱舒適度為“舒適”[9], 幾個小區的“架空層通風良好處”平均氣溫為29.8℃, 剛好處于“舒適”范圍。

空氣中的濕度一方面受景觀水體影響, 另一方面也受植物蒸騰的影響。夏季白天太陽輻射強, 景觀水體會大量蒸發進入空氣, 小區茂密的植物也是提高濕度的影響因子之一。“架空層通風欠佳處”因為與外界氣體交換少, 因而濕度也較低。“架空層通風良好處”的濕度排倒數第二, 相對于其他景觀空間濕度也低一些。

3.2 居民對不同景觀空間主觀舒適程度問卷調查結果討論

根據問卷調查結果(圖4), 居民主觀認為夏季最舒適空間類型是“喬木下鋪裝場地”, 其次是“大型水體邊”、“露天廣場”、“架空層通風良好處”; 最不舒適空間類型是“架空層通風欠佳處”和“小型水體邊”。

夏季通風條件較差的空間居民的主觀舒適度也較差, 如架空層通風欠佳處, 幾乎沒有居民會選擇。除此還有“植物圍合的亭廊花架下”、“小型水體邊”也不受居民歡迎, 受可達性低、空間類型缺乏特色, 利用率較低。居民普遍認為比較舒適的空間是“喬木下的鋪裝場地”和“大型水體邊”, 其場地周邊植物種植合理, 場地開闊, 通風順暢, 溫度適宜, 適合戶外休閑活動。

3.3 不同景觀空間各因子綜合分析

將溫度、濕度、風速和居民主觀舒適度四個因子進行綜合分析, 按照舒適度要求, 溫度越低、風速越高、濕度越低、主觀舒適度越高排名越靠前, 其排名堆積折線圖如圖5所示。可看出, “架空層的通風良好處”綜合排名最靠前, 其次為“喬木林下鋪裝廣場”和“露天廣場”, 排名最后的為“架空層的通風欠佳處”和“植物圍合的園林建筑”, “開闊草坪”排名倒數第四, 問卷調查時多名受訪者表示不喜歡“開闊草坪”是因為它占據不少面積卻不能進去活動。

4 亞熱帶居住區改善微氣候景觀設計策略分析

根據上述調查結果與分析, 筆者對改善居住區夏季微氣候的景觀設計策略分析如下:

(1)建筑盡可能做到底層架空并保證架空層有良好通風

十種景觀空間微氣候和主觀舒適度對比結果中, “架空層通風良好處”氣溫最低、風速最高、濕度倒數第二、居民主觀舒適度第四, 因而是非常值得推崇的居住區景觀空間類型。但“架空層通風欠佳處”則會因氣溫高、風速低而不受居民青睞。因此將住宅建筑底層架空是改善嶺南居住區微氣候條件的有效途徑之一, 但一定要注意架空層要有良好的通風條件, 建筑架空高度和風向架空層下的熱舒適度也有顯著影響[17], 因此在架空層墻柱設計和周邊植物配置時要充分考慮這一點。

(2)亞熱帶居住區中應多營造喬木林下鋪裝廣場

喬木林下設計鋪裝廣場, 白天可以有效抵御太陽輻射, 在炎熱的夏季為居民提供一處休息納涼的理想空間。同時, 由于林蔭下與周邊陽光暴曬處有一定溫差, 更容易形成風, 會提升風速, 降低溫度, 因此該種景觀空間類型非常適宜在亞熱帶地區應用, 居民主觀舒適度打分結果中排名第一并顯著高于其他幾種空間, 也從居民主觀感受的角度證實了這一點。

(3)亞熱帶居住區宜適當設計露天廣場

露天鋪裝場地曾在2000年左右興起的“廣場熱”的帶動下在園林設計界廣為流行, 但隨著2005年后“生態住區”思想的興起又漸漸沒落, 特別是在氣候炎熱的亞熱帶地區, 沒有任何蔭蔽的大面積鋪裝廣場不宜出現。但根據前述調查, 事實并非如此。雖然亞熱帶地區氣候炎熱, 但根據現有調查[18], 居住小區人們活動時間高峰之一是沒有太陽輻射的傍晚和晚上, 而且露天廣場更利于空氣流動, 通風良好, 夜晚舒適度較高, 可以為跳舞、早操、劃拳、散步、兒童滑板、打羽毛球、地板練書法、集會等多種活動提供理想場所, 也是促進鄰里交往的理想場所。“露天廣場”的居民主觀舒適度得分在十種空間中位列第三, 也證實了這一點。因此, 筆者認為即使在亞熱帶居住區, 露天廣場也是可以適當應用的, 但不宜過多, 一個中型小區(10—20 ha)設置一個露天廣場即可, 可以結合籃球場或小區出入口人流集散場地等布置, 做到多功能化, 進一步提升其綜合效能。

(4)將功能性水景——游泳池進一步多功能化

根據調查結果, “大型水體邊”主觀舒適度得分較高, 僅次于“喬木林下鋪裝場地”, 可見濱水景觀還是比較受青睞, 但限于面積, 并不是所有的小區都有條件設計大面積水體。另一方面, 亞熱帶地區夏季炎熱而漫長, 一方泳池從視覺上就能讓人倍感清涼。但根據調查目前很多小區的泳池多布置在偏居一隅的位置, 甚至通過綠籬景墻等提高泳池的私密性, 沒有很好地發揮觀賞功能。因此筆者建議將“大型水體”和“游泳池”二者相結合, 將泳池原有單一功能與觀賞甚至生態功能相復合, 既能滿足大型水體的觀賞和通風降溫的功能, 又能用作“泳池”, 形成多功能水景。該目標可以通過三點實現: 1)多功能泳池位置較居中, 形成小區綠地空間的視覺焦點, 同時也營造了開闊優美的主空間, 泳池應有適宜的觀賞點和觀賞視角; 2)游泳池的駁岸、構圖、色彩、鋪裝紋樣、材料和質地的設計應充分展示其視覺美感, 可選擇舒展流暢的曲線條、優美的鋪裝紋樣等; 3)水池的深度可作差異化設計, 有深有淺并設計隱形分隔, 以同時滿足觀賞和不同游泳者的需求, 在不需要游泳的季節淺水區可以作為下沉廣場供居民在其中活動。

圖7 單一功能游泳池轉變為兼具觀賞和改善微氣候功能的開放水景

Figure 7 Single-function swimming pool transforms into open waterscape with viewing and improving microclimate function

(5)植物組團宜疏朗不宜過于茂密, 多喬木少灌木

嶺南地區屬于暖濕帶, 夏季炎熱, 溫濕度均較大。根據調查結果, “植物圍合的園林建筑”和“植物叢邊小路(無遮蔭)”兩種空間類型風速較低、濕度較高, 前者因為遮蔭較好溫度還不算太高, 后者則溫度也比較高, 舒適度更差。喬灌草相結合的茂密植物叢雖然有較高的綠量, 但過于茂密的喬灌草植物組團不利于人活動區域的通風, 居民身處其中的舒適度較低。因此, 亞熱帶住區植物宜多選用冠幅大遮蔭效果好的喬木, 減少運用株高在50 cm-2 m之間的灌木, 以保證良好遮蔭的前提下, 在人的活動高度區域有良好的通風。

5 小結

人的一生有三分之二的時間都是在居住區中度過的, 因此居住環境對居民的幸福指數影響非常大。但健康是幸福的基石, 促進居民多進行戶外運動是改變亞健康的最有效途徑, 并且已到了刻不容緩的階段。亞熱帶地區夏季氣候炎熱而又漫長, 通過合理的景觀設計方法創造更為舒適的戶外環境, 將對促進居民戶外運動有顯著的推動作用。期待本文能為今后的亞熱帶住區環境設計提供一定參考和借鑒, 共同促進戶外運動, 實現健康中國愿景。

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Summer microclimate field investigation and optimization design method of different landscape spaces in subtropical residential areas of Foshan

HUANG Jichuan1, LYU Hui1, *, MA Yuan1, LU Licheng1, CHEN Xuling1, CHEN Yingmei1, XIE Liuyun1

1. Department of Landscape Architecture of Foshan University, Foshan 528000, China 2. Department of Landscape Architecture of Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

Taking Foshan city as an example, we measured summer microclimate indicators (i.e., wind speed, temperature, and humidity) of 10 kinds of common landscape spaces in subtropical residential areas using field investigation method. Then, we carried out a questionnaire survey of the residents' subjective comfort. Finally, a comparative analysis of the summer comfort of the landscape space in residential areas was conducted according to the survey results. The results showed that ‘open floor with good ventilation’ got significantly highest comprehensive score, followed by ‘forest pavement square’ and ‘open-air square’, ‘open floor with poor ventilation’ got the lowest score. The present study suggests that the optimum design of subtropical residential landscape can be realized by using open floor with good ventilation, multi-functional open-air square, multi-functional pool, sparse plant landscape with more trees and less shrubs to improve summer comfort.This study can provide some reference and theoretical basis for the climate adaptive landscape design of subtropicalresidential areas.

landscape design; subtropical residential areas; microclimate; field investigation; questionnaire survey

黃基傳, 呂慧, 馬源, 等. 亞熱帶住區不同景觀空間夏季微氣候實測與優化設計研究——以佛山居住區為例[J]. 生態科學, 2021, 40(1): 112–119.

HUANG Jichuan, LYU Hui, MA Yuan, et al. Summer microclimate field investigation and optimization design method of different landscape spaces in subtropical residential areas of Foshan[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 112–119.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.015

TU986

A

1008-8873(2021)01-112-08

2020-03-04;

2020-03-20

佛山市扶持資金項目(1920001001706);廣東省基礎與應用基礎研究基金項目(2019A1515110999);廣東省教育廳青年人才基金項目(2015KQNCX176);國家自然科學基金青年基金項目(51708127)

黃基傳(1982—), 男, 廣東河源人, 碩士, 講師, 主要從事亞熱帶氣候適應性景觀設計研究, E-mail:154145693@qq.com

呂慧, 女, 博士, 副教授, 主要從事亞熱帶氣候適應性景觀設計研究, Tel:13798631297, E-mail: fdlvhui@126.com