校園綠色空間秋季小氣候及熱舒適度研究分析

黃媛 張蕓 陳嘉穩(wěn) 徐志安 李小梅

摘 要：以湛江科技學(xué)院新湖校區(qū)為研究對象，通過對秋季的校園綠色空間的小氣候進(jìn)行5要素測量，主要針對圖書館、食堂、人工湖、操場、教學(xué)樓這幾類人群較為集中的綠色空間進(jìn)行空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速、太陽輻射、大氣壓實(shí)測。通過4要素測量以及校園熱環(huán)境問卷調(diào)查所得數(shù)據(jù)，分析研究校園綠色空間對人體舒適度的影響，為建設(shè)、營造良好的校園環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：校園小氣候;空間;熱舒適度

中圖分類號 TU119文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）22-0170-05

Research and Analysis on Microclimate and Thermal Comfort of Campus Green Space in Autumn

HUANG Yuan et al.

（College of science and technology of Zhangjiang， Zhangjiang 524094， China）

Abstract： New campus in zhanjiang institute of science and technology as the research object， through the autumn season microclimate， the measurement of the five elements of the campus green space， mainly aimed at the library， canteen， artificial lake， playground， teaching building this several types of the population is concentrated green space air temperature， relative humidity， wind speed， solar radiation， atmospheric pressure measurement. The paper analyzes the influence of campus green space on human comfort and provides a scientific theoretical basis for the construction and creation of a good campus environment through the data obtained from the five-element measurement and the questionnaire survey on campus thermal environment.

Key words： Campus microclimate; Green space; Moderate thermal comfort

小氣候一般是指近地面幾米氣層內(nèi)、土壤表層和植被層內(nèi)的氣候;大范圍指由于低層大氣運(yùn)動的邊界面性質(zhì)以及人類和生物活動而形成的較小范圍內(nèi)的特殊氣候[4]。舒適度則是人們對于所處環(huán)境由內(nèi)而外感受到的滿意程度的綜合評價，受到多種因素及條件的影響，同時也因個體差異性而呈現(xiàn)不同結(jié)果[8]。本研究對湛江科技學(xué)院（新湖校區(qū)）校內(nèi)不同布局形式的綠色空間為對象進(jìn)行4要素測量，對湛江科技學(xué)院新湖校區(qū)進(jìn)行熱環(huán)境的問卷調(diào)查，將這2個調(diào)查研究方法相結(jié)合得出一系列數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析研究校園綠色空間的小氣候及人體熱舒適，為建設(shè)、營造良好的校園環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 問卷調(diào)查 實(shí)驗(yàn)首先通過問卷調(diào)查了解學(xué)校人群活動主要場所，以及師生們對校園環(huán)境的真實(shí)感受，利于測量場所的確定以及后期合理的校園環(huán)境改善方案的提出。本次問卷調(diào)查是以線上網(wǎng)絡(luò)問卷形式展開，共收集162份有效問卷調(diào)查。其中，老師10名，學(xué)生152名;男生比例為32.26%，女生比例為67.74%。

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果及校園地形確定了7個測量點(diǎn)，分別是：穗園食堂（以下簡稱“穗園”）、二期工程人工湖（以下簡稱“南湖”）、圖書館入口廣場、鐘樓、樂收快遞點(diǎn)（以下簡稱“樂收”）、一期工程人工湖（以下簡稱“北湖”）和操場，根據(jù)空間使用性質(zhì)，將其進(jìn)行分類與編號，如表1。各測量點(diǎn)在湛江科技學(xué)院校園內(nèi)的分布位置如圖1。

其中各測量點(diǎn)周邊環(huán)境有所不同。C、D、F點(diǎn)場地材料為地板瓷磚，G點(diǎn)位于操場，建設(shè)材料為瀝青塑膠;A、E點(diǎn)地面材料為水泥路面，而B點(diǎn)位于林蔭小道旁、小草坪上，周圍有較高大樹木。

1.2 實(shí)測地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為廣東省湛江市湛江科技學(xué)院新湖校區(qū)（E110°114′37″N21°10′27″），屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，長夏無冬、溫暖多雨、光照充足[1]。

1.3 實(shí)測方法 實(shí)驗(yàn)實(shí)測時間為2020年11月15、29日共2d，于7：10—18：40進(jìn)行觀測，測量時借助標(biāo)尺、卡尺等工具確保測量時高度統(tǒng)一，并且保持儀器與地面垂直，此外，為確保各個測量點(diǎn)測量位置精準(zhǔn)，提前固定測量點(diǎn)的參照物并在其位置做標(biāo)記，確保測量點(diǎn)位置不偏差。測量方法采用了移動觀測，分為2組，每組2人，在距離地面1.5m處手持測量儀器，使得儀器垂直于地面，每個觀測點(diǎn)停留1min以上，取其穩(wěn)定值。同一觀測點(diǎn)每一小時觀測1次，不同觀測點(diǎn)之間間隔5min觀測，共有7個觀測點(diǎn)，每個點(diǎn)進(jìn)行了對空氣溫度/℃、相對濕度/%RH、風(fēng)速（m/s）、大氣壓/hPa和太陽輻射（W/m2）4個指標(biāo)的測定。觀測日實(shí)際天氣狀況見表2，所采用的儀器設(shè)備見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣溫度效應(yīng)形式

2.1.1 總體情況 將15日與29日兩日的7個測量點(diǎn)的空氣溫度進(jìn)行累加，求平均值，得到各測點(diǎn)在其測量時間段內(nèi)的積溫，如圖2所示，各測量點(diǎn)積溫情況為：樂收E>穗園A>南湖B>鐘樓D>北湖F>操場G>圖書館C，其中樂收測量點(diǎn)與穗園測量點(diǎn)積溫相對較高，分別為：290.855°C、289.800°C，這2個測量點(diǎn)均為生活服務(wù)區(qū);而圖書館積溫最低，圖書館為學(xué)習(xí)辦公區(qū)，積溫為282.250°C;積溫最高的測量點(diǎn)與最低者相差較多，相差8.605°C。通過各測點(diǎn)積溫情況的初步對比分析可以得出，生活服務(wù)區(qū)整體積溫較高，同時該區(qū)域人群活動較為頻繁，且所處環(huán)境無遮蔭，該數(shù)據(jù)為秋季時積溫數(shù)據(jù)，可猜想夏季積溫將會更高，結(jié)合本文項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)地的天氣氣候類型，生活服務(wù)區(qū)將成為校園環(huán)境改造的重點(diǎn)區(qū)域。

2.1.2 空氣溫度日變化 空氣溫度也稱為氣溫，是表示空氣冷熱程度的物理量，空氣中的熱量主要來源于太陽輻射[4]，其空氣溫度日變化見圖3、圖4。通過對圖3和圖4的對比分析，可以初步得出秋季氣溫變動幅度較大，29日氣溫相較于15日氣溫變化幅度較大，但兩者的平均氣溫相互接近，15日的平均氣溫為24.618°C，29日的平均氣溫為23.063°C，兩者相差1.555°C;在29日空氣溫度變化折線圖中，可以看出11：00—18：00此段時間內(nèi)的氣溫是大于日平均氣溫，并且在12：30時為當(dāng)日最高氣溫，高達(dá)29.3°C;在15日氣溫變化折線圖中，最高溫度為28.3°C，于13：00出現(xiàn)。在前期設(shè)置的問卷調(diào)查中，60.94%的填卷者表示校園秋季舒適度較高，同時，湛江雖為海濱城市，受亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響，但本文研究地處于內(nèi)陸，校園建筑群之間形成局部小氣候，一日之間氣溫變化較大，早中晚氣溫相差較大，該時間變化點(diǎn)正是校園人群活動的時間，整體舒適度不高。

2.2 相對濕度的日變化 相對濕度指水在空氣中的蒸汽壓與同溫度同壓強(qiáng)下水的飽和蒸汽壓的比值，人體最舒適的相對濕度為45%～65%[9]，相對濕度過低或者過高，對人體都不適或甚至有害。各測點(diǎn)相對濕度日變化折線圖見圖5、圖6。通過對比分析與相關(guān)計算可初步得出：15日相對濕度的平均值為72.653%，29日相對濕度的平均值為54.837%，兩者相差17.816%，同時，29日該天的相對濕度相較15日相對濕度幅度較大，最低相對濕度為40.0%，最高為72.2%，相對濕度變化不穩(wěn)定;兩日的相對濕度在11：00后均出現(xiàn)下降趨勢，并且中午時間段相對濕度均低于當(dāng)日的平均值。本文7個測量點(diǎn)均無遮蔭，隨著太陽升起，太陽輻射逐漸增加，空氣中的水分不斷進(jìn)行蒸騰流失，使得空氣中的相對濕度減低，人體最舒適的相對濕度為45%～65%[9]，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，秋季校園相對濕度滿足人體舒適度要求。

2.3 風(fēng)速的日變化 風(fēng)速，是指空氣相對于地球某一固定地點(diǎn)的運(yùn)動速率，常用單位是m/s。風(fēng)速變化分析在小氣候中變化幅度最大，且是分析難度最高的一類[3]。各測點(diǎn)風(fēng)速變化折線圖見圖7、圖8。兩日中各測點(diǎn)的風(fēng)速變化趨勢較為復(fù)雜，但圖書館C、北湖F、操場G測量點(diǎn)的風(fēng)俗明顯大于其他測量點(diǎn)，這3個測量點(diǎn)四周為寬廣的廣場;在15日數(shù)據(jù)中，最高風(fēng)速度為5.2m/s，該數(shù)據(jù)在操場所測得，在29日數(shù)據(jù)中，最高風(fēng)速度為3.2m/s，同樣該數(shù)據(jù)在操場所測得，而其他測量點(diǎn)所測數(shù)據(jù)大多為0m/s，但測量人員可以感受到一絲微風(fēng);由此可以初步得出，測量風(fēng)速度受周圍建筑環(huán)境影響，建筑結(jié)構(gòu)能夠阻礙風(fēng)速。

2.4 太陽輻射的日變化 太陽輻射，指太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，是地球大氣運(yùn)動的主要能量源泉，也是地球光熱能的主要來源。各測點(diǎn)風(fēng)速變化折線圖見圖9、圖10。兩日的太陽輻射變化幅度均較大，成“低—高—低”趨勢變化，各測量點(diǎn)的太陽輻射度在上午10：00左右開始呈上升趨勢，中午時刻達(dá)到頂峰值后呈大幅度下降趨勢，于午后15：00后呈平穩(wěn)下降趨勢，15日太陽輻射最大值出現(xiàn)在14：00—15：00北湖B測量點(diǎn)，數(shù)值為232.5w/m2，29日太陽輻射最大值出現(xiàn)13：00—14：00鐘樓D測量點(diǎn)，數(shù)值為1259.7w/m2;通過數(shù)據(jù)計算分析，15日太陽輻射度平均值為80.3w/m2，15日太陽輻射度平均值為258.2w/m2，兩者相差頗多;通過上圖對比分析，29日的太陽輻射相較于15日，變化幅度更為強(qiáng)烈。由此可以得出，校園環(huán)境中午期間太陽輻射較為強(qiáng)烈，而改時間段正是校園師生下課活動時間，同時鐘樓、樂收等測量點(diǎn)均是校園師生活動頻繁的場所，改善提高校園遮蔭防曬是重點(diǎn)改造項(xiàng)目。

2.5 熱舒適度分析 熱舒適度是人體對周圍環(huán)境的主觀滿意度評價。影響人體舒適度的因?yàn)橹饕譃?個方面：物理、生理、心理[8]。熱舒適度受多種因素的影響，從20年代起經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，綜合不同因素的相互作用，目前多個已陸續(xù)提出若干評價熱舒適的指標(biāo)與熱舒適范圍。

本文選用我國氣象站臺常用的人體舒適度指數(shù)，其計算公式[5]如下：

[ICHB=1.8T+32-0.551-RH/100×1.8T-26-3.2V]

式中：[ICHB]為人體舒適度指數(shù);T為空氣溫度，°C;RH為相對濕度，%;V為風(fēng)速，m/s。

計算各要素的平均值：T平均值=23.8°C;RH平均值= 63.7%;V平均值=1.3m/s;

最終得出校園熱舒適度[ICHB]=64.497

在前期問卷調(diào)查中，填寫人員對校園環(huán)境整體舒適度的評分為6.08（10分制），同時，填寫人員對校園環(huán)境的評價中，“滿意”占39.06%、“不滿意”占10.94%、“可以接受”占50%，如圖11所示。由此可見，校園舒適度達(dá)到該校師生心中較為滿意的程度，同時，通過上述計算并結(jié)合表4人體舒適度指數(shù)評級表[6-7]，秋季的校園達(dá)到（舒服，絕大部分人感覺很舒服）的舒適度標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論與討論

校園不同空間的小氣候與多個因素有關(guān)，建筑材料、建筑空間分布、植物種植等因素導(dǎo)致校園局部小氣候不適宜人體舒適度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，秋季的校園空間整體舒適度雖達(dá)到人體滿意度，但在其中午時間段內(nèi)的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)俗、太陽輻射均不適宜人體，由于以上7個測量點(diǎn)均無遮蔭情況，現(xiàn)通過測量得出的一系列相關(guān)數(shù)據(jù)，可根據(jù)數(shù)據(jù)針對校園現(xiàn)階段存在的問題進(jìn)行校園改造，通過園林設(shè)計手段，提出相應(yīng)的景觀改造建議，為豐富小氣候、溫度濕度相適宜性的校園綠色空間設(shè)計的提供一定的參考建議。同時，目前國內(nèi)對校園環(huán)境熱舒適度研究相對較少，特別是針對沿海城市濕度相對比較高的湛江地區(qū)，本試驗(yàn)結(jié)果可供環(huán)境相似的城市參考，從而建造人與自然相適應(yīng)的校園生活環(huán)境。

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