感知控制對濕熱地區戶外庭園空間熱舒適性的影響
——以華僑大學“世外·花緣”生活實驗室為例

周志強

董 靚*

1 背景

戶外熱環境對城市景觀空間活力具有顯著影響。研究戶外熱舒適性可以為城市景觀空間設計提供參考依據，從而創造更加舒適的城市生活環境[1-5]。然而，目前的戶外熱舒適研究較少考慮感知控制(Perceived Control)對熱舒適的影響。

已有研究表明，除了生活習慣、熱環境期望等因素會影響人們的熱感覺之外，感知控制也是不容忽視的心理因素[6-9]。感知控制是指，一個人能夠意識到自己有能力來改變周圍環境的參數或調節自身狀態使自己更加舒適[10]。其核心在于，人們不一定要使用調節方式，而是在主觀上認為自己具有這種能力。當環境中的人認為自己具有更多調節措施以適應環境時，那么他將會比感知控制水平較低的人更容易緩解不適感[11]。

關于感知控制對熱舒適的影響，在室內環境的研究中已經得到了較多的證實。Yun將人們對室內環境的感知控制能力劃分為7級，對感知控制對于辦公人群的熱舒適影響進行研究，結果表明，在夏季隨著人們感知控制能力的加強，同等熱環境下的舒適感會隨之提升[12]。Xu對不可調節室溫的集體供暖和分體式空調采暖2種不同冬季供暖方式的住宅進行了熱舒適實地調查，結果表明，同等熱環境下處于空調采暖房間的人們的熱感覺投票更接近中性[13]。Luo利用人工氣候室研究感知控制對室內熱舒適的影響，試驗組受試者被告知可通過搖鈴鐺通知控制人員調節氣候室溫度(事實上并未進行調節)，對照組則被告知氣候室溫度不可改變，分析2組受試者的熱舒適問卷，結果顯示，感知控制水平更高的實驗組受試者在偏冷或偏熱的環境下具有更高的滿意度，且熱環境越惡劣，效果越明顯[7]。

在室內環境中，感知控制主要表現為對物理環境的調節能力，例如打開或關閉門窗、空調、風機等。而在戶外環境尤其是戶外公共空間中，感知控制則主要表現為對自身活動狀態的調整能力，例如撐傘遮陽、改變活動強度、自由選擇活動區域等。其中，活動的自主性是戶外環境下感知控制水平的最重要體現[10，14]。

Nikolopoulou提出，如果一個人在戶外熱環境中擁有多種行為選擇時(例如，可以自由選擇進入遮陰區域或太陽直射區域)，即使行為主體并未采取行動，那么這種能夠對自己的行為進行自主控制的心理暗示，即感知控制，會在一定程度上增加人們的舒適感[10]。Elnabawi[8]、Lin[9]的研究都發現，在戶外工作或需要照看孩子的成年人群比其他自由活動群體更容易對熱環境感到不滿意，并推測這是由感知控制能力受限制造成的。但這些研究并未對猜想做進一步論證。由于戶外環境的不可控性，也很少有文獻對感知控制在戶外熱環境中的影響作用進行深入探討。因此，研究感知控制對戶外熱舒適的影響，對于豐富風景園林學科的科研理論，進而創造更加舒適的人居環境具有重要意義。

本文以濕熱地區戶外庭園空間為研究對象，依托生活實驗室研究平臺，研究感知控制對庭園空間熱舒適性的影響。戶外庭園臨近建筑室內空間，相對穩定的室內熱環境使不同受試者進入研究區域前具有相似的熱環境經歷，可有效減小因不同的人體活動代謝率、熱環境經歷、期望而導致的研究誤差。本文的研究目的是：

1)比較不同感知控制水平下的夏、秋、冬三季的中性溫度及熱舒適范圍的差異；

2)分析感知控制對庭園空間熱舒適感的影響；

3)分析感知控制對庭園空間熱環境可接受范圍的影響。

2 研究方法

2.1 研究場地

本研究在福建省廈門市(N24°43′，E118°10′)進行。依據《建筑氣候區劃標準》[15]，廈門地處我國夏熱冬暖地區，夏季炎熱，冬季涼爽，全年濕度較高，太陽輻射強烈。根據中國國家氣象科學數據中心統計，2020年6月—2021年1月，廈門市日平均最高氣溫為36.8℃，日平均最低氣溫為3.6℃。

研究場地位于華僑大學建筑學科實驗大樓“世外·花緣”生活實驗室。該實驗室依據Living Lab理念建造，基于真實的景觀環境進行學術研究。實驗室的基礎是一座矩形屋頂庭園，面積為240m2(圖1)，經由一條環形走廊與建筑室內空間相聯系(圖2)。建成的實驗室內擁有水體、景觀建筑、喬灌木、地被植物等室外景觀元素。同時，擁有氣象監測系統、行為觀察系統、熱環境調節系統等科研設施?！笆劳狻せň墶鄙顚嶒炇易鳛橐惶幫@日常對外開放，為附近師生提供了一處休憩場所。

圖1 “世外·花緣”生活實驗室總平面示意圖

圖2 “世外·花緣”生活實驗室與周邊工作區域分布

2.2 志愿者

參與本次研究的志愿者共計46人，均是處于室內工作區(圖2)的建筑學院研究生，也是生活實驗室庭園空間的日常使用人群。志愿者身體健康，不處于處方藥的服用期。所有志愿者均要參與2種工況的實驗，以避免因實驗對象不同而對研究結果產生的影響。志愿者身體參數如表1所示。

表1 志愿者身體狀況

2.3 實驗工況

在生活實驗室中設計了2種不同感知控制水平的工況。志愿者在2種工況下填寫熱舒適問卷。研究從2020年6月1日開始，持續至2021年1月20日結束。

1)工況1：志愿者擁有較高的感知控制水平。志愿者自由出入生活實驗室，憑自己的主觀意愿在生活實驗室的室外空間中活動(圖3)。在此期間，可填寫本研究中的熱舒適電子問卷。在這個過程中，研究人員不對志愿者活動進行干涉，也不強制要求志愿者填寫問卷，保障志愿者具有較高的活動自主性。問卷填寫結果是否有效將由研究人員進行篩選，篩選標準如下。

圖3 問卷填寫場景[3-1 工況1(監控視角拍攝)；3-2 工況2]

(1)志愿者需在生活實驗室場地內填寫問卷，進入生活實驗室前在室內環境中進行靜態活動。志愿者在場地內的主要活動是靜坐，且未進行調整熱舒適的相關活動(冷飲、扇扇子等)。

(2)選擇在生活實驗室中單次停留時長達到30min的志愿者所填寫的問卷，依據填寫問卷前在實驗室中的靜坐時長劃分為5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30min及以上共6個組別。以問卷數量最少的組為基準，在其他5組中隨機抽取等數量問卷，使每個區間內問卷數相等，保障與工況2問卷在時間上取得一致。停留時長不足5min的不計作有效問卷。

(3)少數人員停留于氣象儀器的監測盲區內，例如，某人停留于陽光直射下，而氣象站處于陰影區域內，將這部分無法有效匹配熱環境數據的問卷視為無效數據。

(4)為減小極端個體對研究結果的影響，每個志愿者的有效問卷數控制在30份以內，超過30份的，從中隨機抽取30份。

2)工況2：志愿者感知控制水平受到限制。

志愿者在研究人員的指引下，首先在生活實驗室的室內環境中進行準備(室內空氣溫度24.5～26.5℃，相對濕度45%～55%)，待志愿者狀態穩定后，進入室外空間中停留30min(圖4)。在此期間，志愿者需遵循研究人員的指示在指定地點靜坐，并被告知不得隨意離開指定區域，也不可進行與緩解熱舒適相關的活動。實驗期間志愿者需填寫熱舒適問卷，每5min填寫1份，每次實驗填寫6份問卷(圖3)。若志愿者在實驗期間提出終止實驗，則本次實驗所得數據無效。46名志愿者每人至少參與2次實驗，最多不超過4次。工況2每個月進行6～10次實驗，每次1～3人。每名志愿者參與實驗最多不超過5次。

圖4 工況2研究流程

2.4 問卷設計

本研究采用手機電子問卷的形式向志愿者發放問卷。對于工況1，研究人員每天向志愿者所在微信群中發放問卷，志愿者可依據自身情況選擇是否填寫；對于工況2，研究人員在實驗過程中向志愿者發放問卷，志愿者需即時填寫。

在本研究中，所涉及的熱感受問題包括熱感覺投票(TSV)、熱舒適投票(TCV)、可接受性投票。以ISO 105511(2001)為準[16]，熱感覺投票采用9級量表，熱舒適投票采用5級量表(圖5)，可接受性投票包括“可接受的(0)”與“不可接受的(1)”2個選項。

圖5 熱感覺與熱舒適投票標尺

2.5 行為數據的獲取

場地內安裝有6個智能監控攝像頭。當有人進入時，監控系統會采用動態檢驗的方式記錄，即只記錄人們運動狀態改變時的影像。這使得人們在生活實驗室中的活動時長更便于計算，也減少了對人們隱私的侵犯。行為數據傳輸至后臺工作站存儲起來供研究人員查詢。

在本研究中監控用于對工況1的活動進行觀察，通過影像資料判斷著裝情況、活動區域、活動時長等信息。也通過監控篩選出有效問卷。

2.6 熱環境參數的獲取

實驗室場地內安置有4臺氣象站。每臺氣象站配備有環境溫濕度傳感器、風速儀、黑球溫度傳感器(圖6，表2)，分別安置于場地內的4個不同空間中。所有傳感器通過導線與環境氣象監測儀相連，所得數據由研究人員讀取。氣象站對場地內的熱環境進行每天24h監測，記錄時間間隔為1min。氣象站安置在停留人次密集的區域，并盡量減少對空間休憩功能的干擾(圖6)，使氣象站獲得的熱環境數據盡可能接近人體在生活實驗室中體驗到的真實熱環境。

圖6 氣象站傳感器及其分布

表2 熱環境監測儀器參數

2.7 室外熱舒適指數的計算

本研究選取生理等效溫度(PET)作為客觀熱舒適指標。PET被廣泛應用于室外熱舒適的研究中，方便了不同研究之間的比較。采用軟件Rayman Pro計算PET[17-18]。計算熱舒適指標值需要6個參數(空氣溫度、空氣濕度、風速、環境平均輻射溫度、服裝熱阻值、代謝率)。其中，空氣溫度、空氣相對濕度、風速由實驗室4組氣象站直接測得。服裝熱阻值與代謝率需要通過視頻監控儀器進行獲取。服裝熱阻以ISO 9920(2007)為標準進行估算[19]；活動新陳代謝量以ISO 8996(2004)為標準進行估算，本文中的戶外活動均為靜坐，統一為60W[20]。環境平均輻射溫度需要通過黑球溫度與空氣溫度進行計算獲取，計算公式如下：

式中，Tmrt為環境平均輻射溫度，℃；Tg為黑球溫度，℃；Ta為空氣溫度，℃；V為風速，m/s；D為黑球直徑，m(本文采用標準黑球，直徑為0.15m)；ε為黑球吸收率(本文取0.95)。

本研究中PET計算值與問卷結果相匹配，最終的PET值取問卷提交前5min的PET平均值。

3 結果與討論

工況1共搜集有效問卷786份，其中，夏季(6—8月)252份，秋季(9—11月)330份，冬季(12—1月)204份；工況2共收集問卷630份，其中，夏季(6—8月)198份，秋季(9—11月)264份，冬季(12—1月)168份。

發病規律：玉米矮花葉病可以汁液摩擦接種。主要由蚜蟲傳播，蚜蟲除傳播病毒外，對玉米的危害亦很嚴重。蚜蟲刺吸的同時吐出一種唾液，影響生長和揚花授粉，造成空苞和禿頂。玉米粗縮病毒主要由灰飛虱傳播，為持久性傳毒。該病毒可在灰飛虱的若蟲體內越冬，也可以在冬前受侵染的小麥苗中越冬。

3.1 各季節中性溫度與熱舒適范圍

圖7～9顯示了2種工況下，夏、秋、冬三季的TSV在PET上的散點分布。分別進行線性回歸，并定義TSV=0時的PET為中性溫度，TSV在區間(-1，1)內的PET為熱舒適范圍，結果如表3所示。

表3 工況1與工況2中性溫度與熱舒適范圍

圖7 夏季TSV-PET(7-1 工況1；7-2 工況2)

工況1的夏季中性溫度(26.1℃)略高于工況2(25.3℃)，而在秋季和冬季，2種工況下的中性溫度則十分接近。這表明，感知控制可提高濕熱地區夏季戶外庭園空間的中性溫度，但對秋、冬季中性溫度則影響較小。推測造成這種差異的原因是，濕熱地區夏季是最不舒適的季節，熱感覺投票多在中性(0)以上，因此感知控制對夏季中性溫度的影響作用相對高于過渡季和冬季。

圖8 秋季TSV-PET(8-1 工況1；8-2 工況2)

圖9 冬季TSV-PET(9-1 工況1；9-2 工況2)

從擬合線的斜率看，3個季節中，工況2的斜率均高于工況1，這說明工況1志愿者的熱敏感度低于工況2。而工況1在夏、秋、冬三季的熱舒適范圍均比工況2更寬。Nikolopolou指出，那些認為自己對不舒適狀態有較強調整能力的人會對環境要求更寬容[10]。這解釋了為什么感知控制水平較低的情況下，人們對熱環境的要求更苛刻、對熱環境的變化更加敏感。

Xu對冬季室內熱舒適的研究表明，感知控制會降低人的中性溫度，同時會降低人們對熱環境變化的敏感度[13]。這與本研究的結果相似。Zhou在夏季的研究顯示，感知控制使室內人群的TSV低了0.4～0.5[6]；Yun在韓國首爾的研究表明，在夏季室內環境中，感知控制水平高的人群的中性溫度比感知控制水平低的人群高0.9℃[12]。以上在室內環境中的研究檢驗了感知控制對熱感覺的影響作用，但并未進行跨季節研究。而本研究的結果進一步表明，在濕熱地區戶外庭園空間中，感知控制在不同季節均會降低人的熱敏感度，但對于中性溫度的影響則存在季節差異。

3.2 各季節熱舒適投票

將TCV結果按照PET每4℃進行分組，例如將22.0～25.9℃劃入PET=24℃區間。對2種工況下，每個熱環境區間內TCV的分布進行比較。

圖10顯示了夏、秋、冬三季工況1與工況2在不同熱環境條件下的TCV的分布。在夏季和秋季，當PET＜32℃時，工況1與工況2的TCV分布差異很小。當PET＞36℃時，2種工況出現明顯差異，工況1的TCV小于工況2。在冬季，12＜PET＜36℃時，工況1與工況2的TCV沒有明顯差異；當PET＜12℃時，工況2的TCV開始明顯高于工況1。

圖10 TCV-PET

可以看出，當戶外熱環境偏離熱中性范圍時，同等熱環境下工況1的志愿者比工況2的志愿者更容易感到舒適。這表明，在戶外庭園空間中，感知控制在偏離舒適范圍的熱環境下降低了人們的不適感。當人們的感知控制能力受到限制時，他們對熱環境的不適感會相應增加。這進一步印證了Elnabawi[8]、Lin[9]的研究結果，即與低自主性群體相比，戶外環境中的高自主性群體更容易獲得舒適的熱感受。

3.3 熱感覺與熱舒適

圖11顯示了工況1和工況2在夏、秋、冬三季中熱舒適投票的均值(MTCV)隨TSV的變化。當TSV在-1～1之間時，即熱感覺在“稍涼”到“稍暖”之間時，工況1的MTCV與工況2相差無幾。隨著TSV偏離中性區域，工況2的MTCV開始明顯高于工況1。兩者的差值在TSV為(-3，-2)(2，3)2個區間內較大，隨著TSV繼續偏離熱中性區域，在TSV=-4或4時，兩者的差值有縮小的趨勢。

圖11 MTCV-TSV

以上結果表明，在偏離中性溫度的條件下，即使在同等熱感覺下，工況1的志愿者也比工況2更容易獲得舒適感。一種解釋是，當受試者無法自主選擇活動或缺乏調整手段時，環境壓力會令他們產生焦慮感，缺失感知控制的心理效應使他們在同等熱感覺水平下的不適感得到增強[6]。Nicol和Humphreys認為，那些自認為有更多手段使自己適應環境的人更容易維持舒適感[21]。這些觀點，可以解釋為感知控制有助于提高熱滿意度，從心理學的角度來看，這些觀點與適應性舒適理論的核心思想是一致的[10，22]。

雖然感知控制對提高熱舒適感具有一定作用，但對于熱環境過于惡劣的戶外空間，感知控制對不適感的緩解作用有減弱的趨勢。而Luo對室內環境的研究顯示，熱環境越偏離熱中性區域，感知控制緩解不適感的作用越強[7]。造成這種結論差異的原因，推測是戶外熱環境的變化范圍更大造成的。室內熱環境相對穩定，偏離中性溫度的范圍較小，而在室外環境中，隨著熱環境進一步偏離舒適范圍，不適感的刺激更加強烈，感知控制的緩解作用也隨之減弱。

3.4 可接受范圍

定義熱環境的可接受范圍為不可接受率低于10%。對工況1和工況2所得問卷對應的PET值進行1℃分組，計算每1℃區間內的不可接受率。為減小誤差，單位PET區間內問卷數低于10的不參與計算。所得不可接受率隨PET變化的散點分布如圖12所示，分別進行二次多項式曲線擬合。可接受范圍為擬合曲線在10%不可接受線以下的區域。工況1的可接受范圍是18.8～30.9℃，比工況2的可接受范圍(20.1～29.2℃)更寬廣。

圖12 不可接受率散點分布(12-1 工況1；12-2 工況2)

Johansson在厄瓜多爾的研究發現，自愿在某地活動群體的熱環境可接受閾值是31℃，高于該地行人的閾值29℃[23]。這與本研究的結果相近。但Johansson并未指出感知控制的影響作用，也未對同一人群進行對比研究。本文的研究結果進一步表明，感知控制增強了人們對戶外庭園空間熱環境的忍受能力，在感知控制受限的情況下，人們對庭園熱環境的可接受范圍會縮小。

4 結論

本研究探討了感知控制對濕熱地區戶外庭園空間熱舒適性的影響。對同一批實驗志愿者在2種不同感知控制水平的工況下進行了夏、秋、冬三季的熱舒適研究。主要結論如下。

1)在濕熱地區，未發現感知控制對秋、冬季的中性溫度有顯著影響，在夏季，感知控制提高了中性溫度。

2)感知控制對戶外庭園空間熱感覺的敏感程度具有一定影響作用。在夏季、秋季、冬季，感知控制受限的人的熱感覺會更加敏感，熱舒適范圍更窄。

3)在中性溫度附近時，感知控制對熱舒適感的影響微弱，隨著熱環境偏離中性溫度，感知控制緩解不適感的效果開始呈現出來。在熱感覺為“冷”“涼”“暖”“熱”的熱環境中，緩解效果較明顯，隨著熱環境繼續偏離中性溫度或熱舒適范圍，當處于熱感覺為“很冷”“很熱”的環境中時，感知控制緩解不適感的效果有所減弱。

4)感知控制在一定程度上擴大了人們對戶外庭園空間熱環境的接受范圍，在感知控制受限的情況下，人們對熱環境的接受度也會下降。

5)在戶外公共空間中適當增設可調節設施、營建更多樣的熱環境空間供公眾選擇，可提升人們的感知控制水平，提高空間舒適性。

6)對于需要對受試者的行為進行較多約束的戶外熱舒適研究，應視研究的具體情況將感知控制的影響作用考慮在內。

5 不足與展望

1)本研究以庭園空間為例探討了感知控制作用下的戶外熱舒適特性，由于篇幅有限，并未對不同活動強度下感知控制的影響作用進行對比分析。

2)感知控制是一種心理影響機制，本研究選擇高校學生作為試驗對象，但不同社會群體之間也可能因認知差異而導致感知控制的影響程度不同，這需要在未來進行更深入研究。

注：文中圖片均由作者繪制或拍攝。