淺析茶室建筑與室外熱環境的研究
——以田螺山茶室為例

趙 宇

（浙江農林大學 風景園林與建筑學院，浙江 杭州 310000）

自唐代以來，茶樓、茶館做為客商休息的場所，建筑形式和風格隨著經營方式而不斷演變，現代茶室建筑的設計受到地域文化和新技術的影響[1-2]，傳統材料運用于當代茶室建筑設計，建筑的形式與周邊環境的更為呼應。

當前，茶室建筑作為現代生活中休閑、品茗的文化娛樂場所，可以為市民提供放松心情的室內外空間，而茶室建筑的熱環境品質直接影響人們活動的舒適性和安全性。早期茶室建筑熱環境研究主要集中在室內，慢慢的向室外空間進行延伸。茶室的室外熱環境研究目的是尋找改善熱環境措施，而地面溫度等參數是反映室外熱環境的直接途徑，舒適的室外溫度吸引人們在品茶之余，增加人們的室外活動，減少室內停留時間，也相應地減少了暖通、照明的使用，有利于節能環保和減少碳排放。

1 研究對象與方法

地面溫度是室外下墊面熱特征的重要表征，草地和混凝土地面等下墊面作為影響建筑室外熱環境的重要因素[3-4]，在建筑外部環境要素中大量出現，并直接影響室外熱環境的品質。在當代茶室建筑設計中，關于室外熱環境的評價與研究相對較少，本文通過遙感技術手段直接獲取茶室建筑室外下墊面地溫，分析并評價夏季和冬季茶室室外熱環境的表現。

1.1 研究對象

本文以田螺山茶室為例，茶室位于寧波東錢湖鎮的田螺山景點，處于東錢湖湖畔，室外草地、林地和水體等下墊面特征明顯，茶室外立面采用交錯的木材來塑造建筑表皮，建筑形態呈現“U”型起伏錯落，與周圍的坡地環境相呼應，如圖1所示。

圖1 田螺山茶室

1.2 數據獲取與地溫反演

茶室所在的東錢湖鎮影像數據是從美國地質勘探局（USGS）網站獲取的2020年2月21號和同年9月16號的Landsat 8衛星遙感影像，兩組數據的衛星影像質量較好，云量在5%以下。Landsat 8遙感影像的可見光波段分辨率為30 m，熱紅外波段分辨率為100m，本文用研究區的矢量邊界對影像圖進行裁剪處理，方便后期數據處理。

本研究對Landsat 8衛星遙感影像進行反演分析，依據美國宇航局NASA的數據使用手冊（landsat.usgs.gov/documents），進行遙感影像的輻射定標和大氣校正。然后，利用ArcGIS軟件計算歸一化植被指數（normalized difference vegetation index,NDVI）和植被覆蓋度，并采用覃志豪等[5]提出的單窗算法反演出夏季、冬季東錢湖鎮的地表溫度。

為了將東錢湖鎮地溫在同一水平進行科學的比較，本文采用杰克斯自然斷點法將東錢湖鎮地溫圖劃分為7個地表溫度區塊，夏季的東錢湖鎮地溫范圍在23.39℃與35.18℃之間，東錢湖的溫度區塊為23.39℃至24.64℃，茶室所在的位置靠近東錢湖，茶室建筑所在的地溫在27℃左右；冬季的東錢湖鎮地溫范圍在7.30℃與21.29℃之間，東錢湖的溫度區塊為圖中7.30℃至9.11℃，茶室建筑所在的地溫在11℃左右。兩組數據質量較好，代表冬季和夏季東錢湖鎮地溫情況，地溫反演圖如圖2所示。

圖2 寧波東錢湖鎮夏季、冬季地溫圖

2 結果與分析

2.1 夏季茶室室外熱環境分析

本文通過夏季的影像裁剪對茶室所處位置進一步提取，在縮小范圍后將該比例尺下地溫圖劃分為5個地溫區塊，如圖3所示，田螺山茶室位于圖中“a”處，夏季茶室所處的地面溫度范圍在27.68℃至29.05℃，熱舒適性較好；茶室冬面為東錢湖，東錢湖水體在溫度區塊中表現為溫度最低的區塊；茶室西南面“b”處為居民小區，小區整體地面溫度普遍偏高，最高地溫達31.33℃；茶室西面為丘陵山區，林地所處的溫度范圍在25.03℃至26.57℃。

圖3 夏季田螺山天地圖與地溫圖圖片來源：自繪

為進一步分析茶室建筑室外熱環境情況，本文對茶室周邊的室外環境進行目視解譯。如圖3和圖4所示，茶室所在的溫度區間在27.68℃至29.05℃，與室外草地地溫區間26.58℃至27.67℃不同，這是因為茶室屋頂材料為混凝土，由于混凝土屋面和草地的熱傳導性能和熱容量等熱學性質的不同，且室外草地伴有良好的風廊降溫效應和蒸騰散熱作用，造成茶室與周邊草地較大的表面溫度差異。東錢湖水體的溫度區間23.55℃至25.02℃，在地溫圖中均表現為最低的溫度區塊。在茶室西南處的居民區呈現較高的溫度區塊，主要溫度區間在27.68℃至31.33℃，居民區密集處出現最高溫31.33℃，與田螺山茶室單一建筑不同，居民區隨著聚集程度的提高而導致熱量聚集。丘陵區的林地溫度區間在25.03℃至26.57℃，寧波處于亞熱帶常綠闊葉林分布區，在夏季闊葉林的降溫效果較好，在地溫圖中表現較好的熱環境品質。

圖4 田螺山茶室（a）與居民區（b）

2.2 冬季茶室室外熱環境分析

本文對冬季影像進一步提取，同樣在縮小范圍后將該比例尺下地溫圖劃分為5個地溫區塊，如圖5、圖6所示，田螺山茶室位于圖中“c”處，該日茶室所處的地面溫度范圍在12.85℃至15.06℃，熱舒適性較好；在影像東側，冬季東錢湖水體在溫度區塊中表現為溫度最低的區塊，溫度范圍在7.62℃至8.52℃，；茶室西南面的居民小區圖中“d”處，地面溫度變化較小，小區與茶室建筑地面溫度范圍同樣處于12.85℃至15.06℃；茶室西面的丘陵山區，林地所處的溫度范圍在9.84℃至12.84℃，橫跨兩個溫度區間。

圖5 冬季田螺山天地圖與地溫圖

通過目視解譯，如圖5和圖6所示，在冬季，茶室、室外草地與茶室西南面的居民小區所在的溫度區間在12.85℃至15.06℃，與夏季三地地溫表現明顯差異不同，這是因為冬季遙感影像中草地呈現裸地狀態，林地地溫與茶室和居民區地溫表現一致。冬季東錢湖水體的溫度區間在7.62℃至9.84℃，水體的溫度區間橫跨最低溫和次低溫區間，水體越靠近陸地處受到的升溫現象明顯。丘陵區的林地溫度區間在9.84℃至12.84℃，冬季闊葉林的降溫效果不明顯，林地較高地溫溫區出現在茶室和居民區附近，林地和水體對茶室和居民區起到一定的冷島降溫效果。

圖6 田螺山茶室（c）與居民區（d）

3 結語

在長三角地區，依山傍水設計的園林式茶室有著良好的室內外熱環境品質。本文從地表溫度的角度探究田螺山茶室室外熱環境受不同下墊面林地、草地和水體的影響，以田螺山茶室為例，通過夏季和冬季的遙感影像分析并做出以下總結：

（1）在夏季遙感影像的目視解譯中，田螺山茶室室外熱環境受到茶室周邊下墊面的影響，相較于東錢湖鎮高溫區塊密集的北部，茶室西面東錢湖的水體為該區域提供冷島效應，對茶室熱環境有著良好的降溫基礎；室外草地的蒸騰、增濕效應導致與對茶室產生一定的溫度差，緩解了茶室的散熱問題，避免茶室室外出現居民區最高地溫的情況；丘陵區的林地同樣表現為較低地溫，對茶室室外熱環境有一定緩解作用。（2）在冬季遙感影像的目視解譯中，田螺山茶室室外地溫與居民區表現一致，茶室西面東錢湖的水體處于7.62℃至9.84℃，對茶室12.85℃至15.06℃的溫度區間產生更加明顯的溫度差，冬季茶室室外熱環境受到水體冷島效應的的影響強于夏季；而冬季茶室室外草地表現為裸地狀態，冬季草地對茶室室外熱環境的影響明顯弱于夏季；冬季丘陵區的林地地溫與茶室室外地溫接近，而夏季丘陵區的林地地溫與茶室室外地溫相差兩個溫度區間，說明冬季林地對茶室室外熱環境的影響弱于夏季。（3）茶室建筑通過形態設計與坡地呼應平面形制整體呈現“U”，建筑主體結構灰色的混凝土墻體，在隔熱上起到作用，也為茶室建筑室外熱環境提供散熱基礎。通過茶室室外環境與居民區的比較，寬敞的室外綠地空間加快熱量傳遞，為茶室建筑的散熱提供良好基礎。