基于熱舒適性和能源效率的花園藝術(shù)對(duì)城市小氣候的影響與實(shí)證分析

鄧藝杰，郅陽(yáng)

1.周口師范學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 周口 466000；2.上海師范大學(xué) 美術(shù)學(xué)院，上海 200233

目前,全球超過(guò)一半的人口生活在城市地區(qū)．城市化帶來(lái)的居民數(shù)量急劇增長(zhǎng),導(dǎo)致了與城市發(fā)展結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施密度相關(guān)的環(huán)境變化．例如,隨著新建筑物的增加,不透水表面的面積也隨之增加,而綠化面積的比例則減少．這樣的結(jié)果使得小氣候條件發(fā)生了明顯的變化,從而造成了廣泛的城市熱島現(xiàn)象,尤其在市中心地區(qū)表現(xiàn)得最為顯著．

由于人口和高層建筑數(shù)量的不斷增加,公園和植被的區(qū)域空間不斷減少,產(chǎn)生了許多環(huán)境問(wèn)題[1-3]．在全球范圍內(nèi),人們?cè)诮ㄖ镏惺褂昧巳种坏哪茉?而城市熱島效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步影響建筑物的能源需求．因此,檢測(cè)城市上空不斷升高的氣溫并改善這種狀況已變得至關(guān)重要．在大多數(shù)大城市,到處都是高層建筑,這是經(jīng)濟(jì)和工業(yè)活動(dòng)以及人口增長(zhǎng)的反映和結(jié)果．與低層建筑相比,高層建筑每平方米的能耗更高．造成建筑物高能源強(qiáng)度的因素有很多,包括結(jié)構(gòu)、空調(diào)、占用率、氣候以及更大的環(huán)境壓力(如城市熱島效應(yīng))．與低層建筑相比,高層建筑更容易受到氣候因素的影響,需要緩沖效應(yīng)來(lái)保護(hù)．

在城市發(fā)展進(jìn)程逐步加快的今天,環(huán)境問(wèn)題變得尤為突出,城市綠地也變得尤為珍貴．所以,在建筑設(shè)計(jì)時(shí),將花園藝術(shù)融入于建筑設(shè)計(jì)中,一方面可以有效增加城市綠地,另一方面,可以通過(guò)植物小氣候效應(yīng)以自然的方式去調(diào)節(jié)建筑內(nèi)環(huán)境,也可有效減少城市能源消耗,改善生活環(huán)境．

將花園藝術(shù)設(shè)計(jì),即綠色屋頂、綠色墻壁以及各種樹(shù)木植被形式的綠化,引入城市空間,是抵消城市熱島效應(yīng)最常用的方法之一．花園藝術(shù)設(shè)計(jì)中的綠色植物減少了到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射,從而降低了氣溫．它可以防止基質(zhì)升溫,具體取決于所使用的綠色植物的類型,并通過(guò)遮陰和蒸散影響城市小氣候條件．花園藝術(shù)設(shè)計(jì)的使用是城市空間改造中侵入性最小的形式之一,因此不會(huì)違反現(xiàn)有建筑的現(xiàn)狀,特別是城市中心的歷史建筑．

目前越來(lái)越多的研究采用花園藝術(shù)設(shè)計(jì)來(lái)改善城市小氣候并解決建筑領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的能源需求．崔鳳嬌等[4]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究,以評(píng)估公園種植的植被的降溫效果,他們得出研究結(jié)論,樹(shù)冠提供的遮陽(yáng)效果可直接緩解城市熱島效應(yīng),而樹(shù)葉的蒸發(fā)冷卻效果則可間接解決城市熱島問(wèn)題．徐寧[5]指出,對(duì)城市幾何形狀稍作改動(dòng),例如在建筑環(huán)境中引入小型公園能顯著改善城市小氣候．Tien等[6]對(duì)街道兩旁的一排樹(shù)木進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算,結(jié)果顯示行人層的氣溫降低了1 ℃．周宏軒等[7]的研究結(jié)果表明,建筑的布局與城市的小氣候以及能源性能之間存在定量的相關(guān)性,并為城市規(guī)劃者和設(shè)計(jì)者提供了建議,如減少城市熱島效應(yīng)和減少能源使用的策略．另外,熊瑤等[8]的研究結(jié)果表明,城市街區(qū)的布置和植被配置可以顯著降低空氣污染物濃度,改善小氣候．宋云帆等[9]研究了城市形態(tài)的各種參數(shù)(建筑面積類型、建筑間距等)與城市氣溫的相關(guān)性．同樣,周涵宇等[10]研究了影響中國(guó)不同氣候帶建筑節(jié)能性能的多個(gè)參數(shù)．還有研究者嘗試使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)尋找最合適的建筑形式,以減少碳足跡[11]．Guo等[12]重點(diǎn)研究了景觀空間中的植被結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)和葉面積密度等綠化指標(biāo)對(duì)于景觀空間格局和小氣候的影響．Tsoka等[13]使用Green CTTC模型研究了雅典街道的小氣候改善策略,其中考慮了汽車交通的熱負(fù)荷．Dissanayake等[14]通過(guò)模擬同一社區(qū)的不同樹(shù)木布局(簇狀、等間隔或分散),評(píng)估了室外小氣候的差異及其對(duì)人體熱舒適度的影響,得出的結(jié)論是,由于在炎熱、干旱、沙漠環(huán)境中遮陽(yáng)的重要性,兩棵樹(shù)的等間距排列為附近提供了最大的小氣候和人類熱舒適度,其次是集群式樹(shù)木排列(沒(méi)有樹(shù)冠重疊)．Sun等[15]以倫敦奧林匹克公園東村為例,提供了一種定量工具來(lái)評(píng)估小氣候并優(yōu)化建筑物周圍樹(shù)木的設(shè)計(jì)和布局,以提高行人舒適度．

基于以上研究,本文通過(guò)熱舒適性和能源效率的花園藝術(shù)設(shè)計(jì),探究了其對(duì)城市小氣候的影響,并進(jìn)行了實(shí)證分析．通過(guò)建立城市小氣候數(shù)值模型,模擬和仿真了不同花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案對(duì)城市小氣候的影響,并評(píng)估了其在改善城市熱環(huán)境和降低能耗方面的效果．研究結(jié)果表明,合適的花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案可以顯著改善城市的熱舒適性,減輕熱島效應(yīng),提高能源效率．本研究可為城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù),有助于改善城市熱環(huán)境,提升居民的熱舒適性,同時(shí)降低能源消耗,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)．

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)

上海位于中國(guó)東部沿海的長(zhǎng)江三角洲地區(qū),東臨東中國(guó)海,北、西與江蘇、浙江兩省相接,介于東經(jīng)120°52′至122°12′,北緯30°40′至31°53′之間．上海市是中國(guó)最發(fā)達(dá)、人口最稠密的城市之一．截至2020年,上海市的常住人口為2 487.09萬(wàn)人．該地區(qū)屬濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)氣候,四季特征分明,其中夏季氣溫較高(6月初至8月下旬)．近年來(lái),該地區(qū)夏季頻繁出現(xiàn)37 ℃以上的極端高溫現(xiàn)象,因此提高人體熱舒適度成為公眾普遍關(guān)心的問(wèn)題．研究區(qū)位于上海中心城區(qū),是一個(gè)比較大型的CBD,人口較為密集．該研究場(chǎng)地的特點(diǎn)是具有高層建筑、狹窄的街道和常規(guī)化的綠植．

1.2 方案策略

為了評(píng)估花園藝術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)城市小氣候和人體熱舒適度的影響,規(guī)劃并模擬了以下4種不同的CBD花園設(shè)計(jì)策略．這些方案策略是基于緩解城市地區(qū)城市熱島效應(yīng)的可行性、易用性和高效率而設(shè)計(jì),并且在小氣候模擬中進(jìn)行了分析研究．分別是：

方案A：基礎(chǔ)場(chǎng)景,即當(dāng)前CBD區(qū)域,包括高層建筑、混凝土路面和瀝青面、草地和樹(shù)木．

方案B：在方案A的基礎(chǔ)上,在研究區(qū)增加約50%的綠墻．

方案C：在方案A的基礎(chǔ)上,在研究區(qū)增加約50%的屋頂綠化．

方案D：在方案A的基礎(chǔ)上,添加100%樹(shù)木,且將屋頂綠化增加至100%,綠墻增加至100%．

方案A至D的布局分示意圖別圖1所示．花園藝術(shù)采用綠化種植園設(shè)計(jì),屋頂綠化高度為60 cm左右,墻壁綠化高度為30 cm左右．植物種類選擇耐曬耐寒,不需要過(guò)多水分的本地植物．例如：佛甲草、矮生紫薇、金葉佛甲草、常青藤、金葉景天、吉祥草、石竹等,并使用ENVI-met中的默認(rèn)葉面積密度(LAD)設(shè)置．LAD包含樹(shù)冠高度、樹(shù)冠直徑、樹(shù)冠狀況以及反映特定物種固有樹(shù)冠密度的遮光系數(shù)．這種關(guān)系代表了對(duì)一棵健康樹(shù)的葉面積的估計(jì)．在小氣候模擬中,Envi-met考慮3個(gè)不同的LAD值：高LAD(1.1)、中LAD(0.6)和低LAD(0.3)．因此,利用式(1)可以計(jì)算這些樹(shù)木的LAD值．

葉面積密度(LAD)=單側(cè)葉面積(m2)/參考體積(m3)

(1)

在式(1)中,參考體積選擇為1 m3．

1.3 小氣候數(shù)值模擬模型

小氣候數(shù)值模擬是現(xiàn)階段探索城市小氣候的常用工具．與傳統(tǒng)使用測(cè)量?jī)x器實(shí)驗(yàn)的小氣候研究相比,數(shù)值模擬可以更快、更準(zhǔn)確地進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)．本研究使用的小氣候數(shù)值模擬在3D城市氣候建模工具(Envi-met軟件V5)中進(jìn)行．該軟件模擬城市設(shè)計(jì)領(lǐng)域中建筑物、植被和其他物體的小氣候影響．本文中,以5 m×5 m×5 m的分辨率對(duì)研究區(qū)中70萬(wàn)平方米的CBD區(qū)域進(jìn)行建模．首先將當(dāng)前的土壤屬性、建筑體量數(shù)據(jù)、道路屬性和當(dāng)前的植被質(zhì)量集成到軟件中．然后使用上海氣象站的空氣溫度(Ta)、相對(duì)濕度(RH)、風(fēng)向(WD)、風(fēng)速(WS)、球溫(Tg)生成輸入數(shù)據(jù),并采用JTR04溫度計(jì)采集球形溫度數(shù)據(jù)(表1)．本研究根據(jù)上海市氣候特征,選取2022年7月28日和29日共48 h作為夏季典型最熱日進(jìn)行模擬．前24 h用作初始化時(shí)間,后24 h用于數(shù)據(jù)分析．選擇了兩天的模擬,因?yàn)檫@種方法是生成有效輸出的代表之一．

表1 使用ENVI-met進(jìn)行模擬的參數(shù)信息

最后,模型模擬結(jié)果應(yīng)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,才能判斷模型的有效性．因此,用實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型,并分別使用公式(2)至(4)中的均方根誤差(RMSE)、平均絕對(duì)百分比誤差(MAPE)和決定系數(shù)(R2)對(duì)模型性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估．其中,RMSE描述了實(shí)測(cè)值和模擬值之間的平均差異．RMSE始終為非負(fù)值,值為0表示與數(shù)據(jù)完美擬合．MAPE為0表示完美模型,MAPE大于100%則表示劣質(zhì)模型,所以MAPE的值越小說(shuō)明模型的精確度越高．R2≤1,R2的值越接近1,表示模型越完美,一般R2值大于0.5被認(rèn)為是可接受的．

(2)

(3)

(4)

1.4 人體熱舒適度計(jì)算

本研究采用生理等效溫度(Physiological Equivalent Temperature,簡(jiǎn)稱PET)來(lái)評(píng)估花園的熱舒適度,它是評(píng)估室外熱感知最為廣泛使用的指數(shù)．將測(cè)量的小氣候的氣象參數(shù)：平均輻射溫度(Tmrt),氣溫(Ta),相對(duì)濕度(RH)和風(fēng)速(V),以及個(gè)人參數(shù),包括代謝率(設(shè)置為靜坐水平(58 W/m2)、服裝隔熱數(shù)據(jù)(設(shè)置為典型的夏季服裝(0.5 m2K/W))、個(gè)人數(shù)據(jù)(設(shè)置為典型的中國(guó)男性,35歲(身高1.7 m,體重70 kg)),輸入RayMan模型1.2計(jì)算PET指數(shù)．

其中,平均輻射溫度(Tmrt)是評(píng)價(jià)人體熱舒適度的重要參數(shù),也是計(jì)算PMV、SET、PET等不同熱舒適度指數(shù)輸入的必要參數(shù)．Tmrt將環(huán)境中的短波和長(zhǎng)波輻射通量對(duì)人類的生理影響轉(zhuǎn)換為攝氏度單位,代表假設(shè)的球體周圍的太陽(yáng)平均輻射溫度．Tmrt使用以下公式計(jì)算(基于ISO 7726標(biāo)準(zhǔn))：

(5)

其中,Tg為球溫,Ta為空氣溫度,V為風(fēng)速,ε為地球發(fā)射率(根據(jù)前人的研究,本文的發(fā)射率選擇為0.95),D為球形溫度計(jì)的直徑(本研究中為0.05 m)．

球溫是一種用于測(cè)量熱環(huán)境中人體熱舒適度的指標(biāo)．球溫是通過(guò)球形溫度計(jì)(globe thermometer)測(cè)得的溫度,該溫度計(jì)模擬了人體在太陽(yáng)輻射下的熱感受．球溫的測(cè)量是通過(guò)將球形溫度計(jì)暴露在環(huán)境中,使其吸收周圍的熱輻射能量,然后測(cè)量球溫的變化．通過(guò)觀察球溫的變化,可以了解人體在該環(huán)境下的熱感受,進(jìn)而評(píng)估熱舒適度和熱環(huán)境的影響．球形溫度是研究熱島效應(yīng)、城市小氣候、建筑物熱舒適性等領(lǐng)域常用的指標(biāo)之一．

PET是國(guó)外學(xué)者在20世紀(jì)90年代根據(jù)慕尼黑個(gè)人能量平衡模型開(kāi)發(fā)的,是一種用于評(píng)估人體在復(fù)雜氣象條件下的熱舒適性的指標(biāo)．簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),PET值越高,天氣越熱．因其考慮了環(huán)境中的多個(gè)因素,包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速以及太陽(yáng)輻射等,同時(shí)還考慮了人體自身的代謝率,從而能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估人體在不同氣候條件下的熱舒適性．為此,本文采用PET作為CBD花園設(shè)計(jì)方案中[16]熱舒適度的評(píng)價(jià)指標(biāo)．PET的計(jì)算公式如下：

PET=Ta+0.36*(Tmrt-14.75)+0.1*RH-0.5

(6)

其中,Ta為空氣溫度;Tmrt為平均輻射溫度;RH為相對(duì)濕度．

1.5 建筑能耗模擬

在此步驟中,基于模擬的小氣候數(shù)據(jù),本文采用DesignBuilder(v7.0.2.006)模型[17]進(jìn)行了一系列建筑能耗模擬．該CBD研究區(qū)域的建筑物的物料特征信息輸入DesignBuilder模型來(lái)模擬能耗．建筑能耗模擬包括研究區(qū)域建筑2022年7月28至29日的總能耗．就建筑物而言,大樓設(shè)有鍋爐,提供暖氣和生活熱水．在夏季,每個(gè)單位均使用分體空調(diào),設(shè)定溫度為22 ℃．該建筑沒(méi)有機(jī)械通風(fēng),假設(shè)建筑的氣密性為每小時(shí)換氣0.5次,這對(duì)于自然通風(fēng)的住宅建筑來(lái)說(shuō)是一個(gè)中等的速度．燈光活動(dòng)時(shí)間選擇在18：00至23：59之間．建筑物中使用的常規(guī)設(shè)備包括筆記本電腦、電視、洗衣機(jī)等．

2 結(jié)果與分析

本部分包含Envi-met[18]模型在2022年7月28日至29日的小氣候模擬結(jié)果、所研究CBD區(qū)域的建筑能效模擬結(jié)果以及RayMan模型模擬計(jì)算得到的PET值,以下是具體研究情況．

2.1 小氣候模擬結(jié)果

在本研究中,通過(guò)比較一系列實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和相應(yīng)的模擬結(jié)果來(lái)評(píng)估ENVI-met模型的準(zhǔn)確性,評(píng)估值如表2所示．從表中可以看出,模型數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相吻合,分別為R2=0.986,RMSE=0.32和MAPE=0.25．可以得出結(jié)論,該模型與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性,表明Envi-met模型成功得到驗(yàn)證,意味著該模型可以用于下一步不同花園設(shè)計(jì)方案的模擬．

表2 基于實(shí)測(cè)和模擬的Ta值的ENVI-met性能指標(biāo)模擬結(jié)果

2.2 設(shè)計(jì)方案比較

2.2.1 氣溫和相對(duì)濕度

空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH之間的關(guān)系彼此成反比,即隨著Ta增加,RH值減小．圖2、圖3顯示了4種方案下兩天(28日、29日)中平均Ta和RH的變化情況．所有方案都有相似的Ta和RH模式,即每個(gè)方案中的平均Ta值從7：00到13：00快速增加,然后在14：00達(dá)到最大值,而RH值在此時(shí)達(dá)到最小值．此時(shí),蒸發(fā)量和太陽(yáng)輻射吸收也較低．Ta值持續(xù)一個(gè)小時(shí)直到下午15：00,然后在下午16：00開(kāi)始下降,而RH值則開(kāi)始上升．

根據(jù)ENVI-met模擬結(jié)果,與方案A(基本情況)值相比,方案B至D的氣溫在12：00至19：00的時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)最大下降．大部分點(diǎn)的最大降溫出現(xiàn)在14：00和17：00．方案B、C相比方案A,氣溫降低幅度較小．即便是兩者中降幅較大的方案B,其在14：00的最大降溫也是降低了1.65 ℃．然而,這個(gè)數(shù)字并不客觀,因?yàn)檠芯繀^(qū)建筑物高度大多在15 m至60 m之間,部分建筑物高度超過(guò)100 m．而安裝在高層建筑頂部的部分綠色屋頂很可能不會(huì)有助于行人高度(1.5 m)的Ta減少．與前面兩個(gè)相比,方案D(100%綠色屋頂,100%綠墻,100%樹(shù)木)的應(yīng)用,使Ta值顯著降低,最大氣溫降低3.15 ℃．圖4顯示了方案B至D中的RH值相對(duì)于方案A有所增加,最大增幅出現(xiàn)在12：00至19：00時(shí)間范圍內(nèi),這也是Ta最大減少時(shí)間段．可以看出,隨著綠化程度的增大其平均相對(duì)濕度增幅也相應(yīng)地提升．相對(duì)濕度的最大增加發(fā)生方案D中,其增幅高達(dá)8.9%．

圖2 不同策略的氣溫日變化

圖3 不同策略的相對(duì)濕度日變化

從模擬結(jié)果可以看出,建筑物裸露部分的溫度降低幅度高于陰影部分．綠墻在炎熱的日子里充當(dāng)屏障,阻擋太陽(yáng)輻射并防止熱量進(jìn)入建筑物內(nèi)部．墻壁的表面溫度與建筑物墻壁的熱損失直接相關(guān)．墻壁的表面溫度越高,通過(guò)墻壁的熱量損失就越高,這可能會(huì)增加建筑物內(nèi)部的溫度．由于綠色墻控制熱傳遞,因此可以將其視為建筑物節(jié)能的被動(dòng)技術(shù)．通過(guò)應(yīng)用綠墻,建筑物冷卻所需的能源可減少高達(dá)32%．樹(shù)葉提供了免受太陽(yáng)輻射的保護(hù),同時(shí)釋放出水蒸氣,從而增加了相對(duì)濕度．圖3和圖4表明,通過(guò)實(shí)施這些方案,最高氣溫可降低3.15 ℃,最高相對(duì)濕度可提升8.9%．4種方案相對(duì)濕度的效果排名為：方案D>方案C>方案B>方案A,結(jié)果表明不同的花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案對(duì)于空氣溫度Ta和相對(duì)濕度RH具有不同的影響效果．

圖4 方案A至D的平均輻射溫度時(shí)間曲線

2.2.2 平均輻射溫度

圖4顯示了不同方案下的平均輻射溫度Tmrt每小時(shí)變化情況．一般來(lái)說(shuō),所有方案的平均輻射溫度曲線在總體趨勢(shì)上都是相似的．在所有4個(gè)花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案中,極端Tmrt的持續(xù)時(shí)間從12：00開(kāi)始,持續(xù)4 h直到16：00．在此期間,Tmrt值隨時(shí)間變化而波動(dòng),夜間和清晨,Tmrt值相對(duì)較低．

從圖中可以看出,所有方案的Tmrt均在12：00、14：00和16：00達(dá)到峰值．對(duì)比不同方案的峰值,方案A的Tmrt值最高,B至D方案的峰值Tmrt均低于方案A,方案D的Tmrt值最低．這是由于前面幾個(gè)方案中綠植面積較少,導(dǎo)致建筑表面暴露在太陽(yáng)直接輻射下的總面積較大．研究表明樹(shù)木的葉子在降低溫度方面發(fā)揮著重要作用,因?yàn)樗梢苑乐固?yáng)輻射到達(dá)地面并被反射,從而提供防輻射保護(hù)．與樹(shù)木相比,綠色屋頂(方案C)、綠色墻壁(方案B)以及基礎(chǔ)方案A更多地暴露在太陽(yáng)輻射下,因此,D方案的Tmrt值降幅最為顯著．

2.2.3 人體熱舒適度

從模型中我們可以得到方案A至D的最大、最小以及PET平均值,具體如表3所示．由表3可知,與基礎(chǔ)情況(方案A)相比,其他幾個(gè)方案均有不同程度的下降．方案B和C中的PET平均值分別下降1.0 ℃和2.4 ℃;而方案D的PET平均值比方案A低5.1 ℃,是所有方案中降低幅度最多的．

表3 方案A至D的PET值比較 單位：℃

該研究發(fā)現(xiàn)植被面積每增加10%,白天氣溫就會(huì)降低0.05～0.15 ℃．該過(guò)程涉及綠地植被如何通過(guò)蒸散和遮陰影響氣溫．植被可以將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為潛熱而不是顯熱．另外,方案D中的樹(shù)木和灌木對(duì)PET的調(diào)節(jié)能力較強(qiáng),其提供的陰影也可以對(duì)其周圍區(qū)域產(chǎn)生冷卻效果．該研究結(jié)果表明花園藝術(shù)設(shè)計(jì)是改善熱環(huán)境的有效途徑,更大的植被覆蓋可以顯著減少氣溫波動(dòng)并為居民維持穩(wěn)定的熱舒適度．

圖5 不同方案的建筑能源性能模擬結(jié)果

2.2.4 建筑能源績(jī)效結(jié)果

根據(jù)小氣候模擬中Envi-met模型獲得的各個(gè)方案的氣溫模擬結(jié)果,選擇該CBD區(qū)域的建筑物,通過(guò)比較冷卻需求,檢測(cè)每種方案下的能源性能．建筑能源性能模擬包括2022年7月28、29日的能耗以及兩日的平均總能耗,結(jié)果如圖5所示．

由圖5可知,方案A中的平均總能耗為0.806 kWh/m2;方案B中的平均總能耗為0.789 kWh/m2;方案C中的平均總能耗為0.778 kWh/m2;方案D中的平均總能耗為0.693 kWh/m2．與方案A相比,方案D中的建筑平均總能耗降低了14%．這是由于方案D暴露在太陽(yáng)輻射下的建筑表面積比其他方案小,因其多種植被結(jié)構(gòu)的綠化設(shè)計(jì)可以攔截80%～90%的太陽(yáng)輻射,更有效地改善建筑空間的遮陽(yáng)效果,從而減少建筑物的日均冷負(fù)荷消耗．

3 結(jié)論

全球氣候變暖和城市熱島現(xiàn)象導(dǎo)致城市居民的生活環(huán)境變差．為此,研究者們采取了各種緩解措施,其中包括實(shí)施花園藝術(shù)設(shè)計(jì)．花園藝術(shù)設(shè)計(jì)將植物通過(guò)蒸發(fā)蒸騰和通過(guò)其冠層對(duì)表面進(jìn)行遮陽(yáng)來(lái)調(diào)節(jié)小氣候,并對(duì)人體熱舒適度產(chǎn)生積極影響．因此,本文提出并分析了基于熱舒適性和能源效率的花園藝術(shù)對(duì)城市小氣候的影響．首先就花園藝術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)城市小氣候的影響以文獻(xiàn)綜述的形式進(jìn)行了闡述．然后通過(guò)數(shù)值模型模擬和仿真,評(píng)估了不同花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案在改善城市熱環(huán)境和降低能耗方面的效果和效率．最后比較了不同設(shè)計(jì)方案的模擬結(jié)果,并分析了其對(duì)城市氣溫、相對(duì)濕度、平均輻射溫度、人體熱舒適度以及建筑能耗等參數(shù)的影響程度．實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用合適的花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案,如增加綠墻、增加屋頂綠化、添加樹(shù)木等可以顯著降低城市熱島效應(yīng),改善城市的熱舒適性．同時(shí),通過(guò)合理配置植被、控制建筑布局等措施,能夠有效減少能源消耗,提高能源效率．研究結(jié)果可以用于評(píng)估不同花園藝術(shù)設(shè)計(jì)方案的效果,同時(shí)也為城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)．

盡管取得了積極的結(jié)果,但這項(xiàng)研究仍然存在一些局限性．研究地點(diǎn)在中國(guó)上海進(jìn)行,該地氣候特征四季分明,夏熱冬溫,屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候,但該研究結(jié)果是否適用于其他類型的氣候條件還需進(jìn)一步研究．花園設(shè)計(jì)方案被分為4類,而沒(méi)有考慮設(shè)計(jì)方案中不同植物特征的影響．例如,所有木本植物、草類和其他類型的綠化植物都被視為綠地,未細(xì)分植物種類及形狀特征．此外,文中收集了研究地夏季兩天的溫度,還可用更多季節(jié)日期的數(shù)據(jù)從更多視角分析花園藝術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)城市小氣候的影響機(jī)理．