夏冬季节绿化对居住小区温湿环境影响研究——以临安左邻右里小区为例

陈志骏，岳 甲，宋莎莎，吴晓华，申亚梅

（浙江农林大学风景园林与建筑学院 浙江临安311300）

城市面积地扩张，钢筋混泥土建筑地不断聚集，带来城市空间区域热环境地变化，热岛效应现象愈发严重。居住区占据城市主要面积，在城市区域中分布最为广泛[1]，其建筑形态、空间布局、绿化状况、下垫面性质等直接影响了区域热环境[2]。在建筑条件确定的情况下，绿化状况是改善区域热环境的重要指标，绿化植被指数对热环境影响程度为32.6%，在区域内各影响因子中处于主导地位[3]，并且不同绿化形态对不同季节的居住区室外热环境特征存在不同影响[4]。

绿化是改善区域环境的主要因子，绿地面积、绿化覆盖率等指标成为居住区建设的硬性指标，而不同的绿化方式与形态改善居住区热环境效率不同[5]，于此同时，固定形式的绿化其植物的周期性对同一场地内四季的环境影响也存在着不同。在夏季绿化植物主要通过遮阴与其自身的生态学特性改善着城市空间环境温湿度环境[6,7]，而冬季环境下绿化的作用效果及其原理还不明朗。因此，本文以杭州临安城区居住小区为例，根据建筑空间布局方式选择绿化样点，在夏季和冬季分别测定温湿度指标，并通过舒适度分析，探索不同绿化方式对夏冬季节热环境的贡献效率，为绿化设计提供理论依据。

1 研究内容与方法

1.1 测试样地的选择

临安市（东经 119°.72′，30°.23′）位于浙江省杭州城区西部，属于中亚热带气候，四季分明，夏季平均气温为25℃左右，冬季平均气温2℃左右，是典型的夏热冬冷地区。

测试地点为临安市城区西南部的左邻右里小区东区，该小区位于临安城区西南部锦天路与吴越街交汇处，与其他居住小区紧密相连，构成临安城区重要的居住板块，是临安城区人口较为密集的地段。该小区占地面积约为6.7hm2，总建筑为的12hm2，容积率1.7，建筑为以7～8层的居住楼为主,平均高度为19.6m。小区绿化率为35%，人工植物群落稳定。该小区结构完整，儿童活动场、停车场等基础设置齐全,可满足居民对居住小区的日常需求，因此具有典型性和代表性。

本研究采用定点测试，根据小区的建筑空间布局方式、绿地的功能属性及绿化状况，在小区内共布置测试样点11处。各样点具体情况见表1

1.2 研究方法

选择夏季日平均温度在35℃以上，冬季日平均气温在5℃以下的，晴朗无明显风感的天气条件下进行测试[8]。使用HOBO-UX100-003温湿度记录仪记录下与人关系最为密切的白天上午9:00至下午17:00离地1.5m处的空气温度和相对湿度，每1h逐时记录一次。于此同时，每2h使用AB-F/RX-300红外热成像仪，拍摄记录下各样点的热成像图。

测试时间为2016年1月19日与7月21日的上午9：00—下午17:00点。

图1 测试样点分图Figure 1 Test sample point distribution

表1 测试样点基本情况Table 1 Basic situation of test sample

表2 测试仪器主要参数Table 2 Main parameters of test instrument

在此前关于舒适度的研究中，学者提出了众多的以温度、湿度指标为参数的人体舒适度指标及模型，其中应用最为普遍的是不适指数DI(discomfort index,)[9-10]即温湿指数 THI(thermal humidity index)。

其公式表示为：THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)公式（1）

式中THI为温湿指数，T为空气温度 (℃),RH为相对湿度(%)。

将测得的各样点温度与湿度指标带入公式（1），得到相应的THI指数，将各结果进行比较。THI与人体舒适度的划分标准见表3。

表3 夏季THI与人体舒适度关系Table 3 The relationship between THI and human comfort in summer

测量结果使用 Microsoft Excel和SPSS22.0软件处理，得到各样点的在测量时间段内的平均温湿度和平均THI指数等数据，绘制各样点温湿度的逐时变化图等相关图表，并对相关数据结果进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 冬夏季平均温湿度变化

将各测点的日平均气温进行对比分析，结果所示(图2-A)，夏季11个样地温度由高到低顺序依次P8＞P6＞P7＞P10＞P1＞P4＞P3＞P11＞P9＞P5＞P2。 P8 点温度最高，为38.08℃。平均温度最低的点为P2，为36.72℃。P8与P2平均气温相差1.26℃，积温相差10.3℃(图2-B)。由图2-D可知，冬季11个样地日平均温度排序与夏季不同，温度由高到低顺序依次为P6＞P5＞P3＞P4＞P10＞P7＞P1＞P2＞P8＞P11＞P9；其中P6.点平均气温最高，为6.6℃，积温为 57.9℃，P9平均气温最低为4.7℃，积温37.6℃；两者平均气温和在测量时间段的积温度分别相差1.9℃和19.3℃(图2-E)。同时，在夏季气温排名中相对靠前的P7，P8样点在冬季温度排名中则相对较后。

夏季各测点的平均相对湿度情况如图2-C所示，相对湿度从高到低的排名为P2＞P5＞P9＞P11＞P4＞P3＞P6＞P1＞P10＞P7＞P8，除 P6 外，其余测点的相对湿度排名与气温排名呈相反对应的状态。其中P2在测试时间段内的平均湿度是37.32%，为各样点中最高，比平均湿度最低点P8点高7.02%。冬季平均相对湿度从高到低的排名为，P10＞P7＞P2＞P1＞P4 ＞P9＞P11＞P3＞P5＞P6＞P8（图 2-F）。冬季各样点相对湿度的排名与平均气温的排名整体上呈相反的状态，没有出现夏天中气温与湿度相反对应的现象。在在冬季相对湿度排名中排名最前和最后的样点分别为P10的与P6，湿度分别为26.0%和19.3%，两者相差6.7%。

2.2 日温度变化

图3-A显示，在夏季进行测试的时间段内，各样点温度随着时间的变化，出现了不同程度的波动，但整体上呈现出先上升后下降的总趋势。各测点的最高温度主要集中在 13：00—14：00，14:00—15:00，15:00—16:00 3个时间段内。且各测点在这几个时间段温度均处于高水平，变化幅度较小。最高温度出现在 13:00—14：00的 P7测点，气温为40.2℃，比此时温度最低的 P2的 37.7℃测点高2.5℃。在测量时间段内部分测点在14:00之后，开始下降，15:00后所有测点气温均出现下降，并随时间推移各点温差开始减小逐渐趋于相同。

冬季各测点的温度变化如图3-B显示，冬季最高气温为10.4℃，出现13:00—14：00区间内的无遮阴样点P6，比此时最低点气温的5.8℃高4.4℃。各样点在15:00后温度开始下降，P6的温度下降尤为迅速，在15:00—16:00区间跌落至温度最低点，至17:00之后下降速度才有所减缓。而平均气温最低的P9样点，温度变化则相对稳定。

2.3 日湿度变化

由图3-C可知，夏季各样点湿度随时间的变化的总体趋势呈现先下降后上升，这与温度日变化的规律相反，并且上午湿度下降的幅度与速率要远远大于的下午湿度上升的幅度和速率。各样点的湿度最 低 点 主 要 出 现 在 13：00—14：00，14:00—15:00，15:00—16:00这3个时间段。郁闭度最高的P2点的相对湿度在各时间段内均保持在较高水平。

如图3-D所示，冬季各样点湿度随时间的变化出现了先急速下降，后小幅波动，最后迅速上升的总体趋势。在上午11：00之前各样点湿度均急剧下降；11:00—15：00各样点的湿度各样点出现的不同程度的小幅波动，但整体较为稳定；15：00之后各样点湿度开始上升，上升速度在17：00之后明显加快，各样点湿度开始趋向一致。

图2 夏冬季节温度湿度的变化Figure 2 The change of day temperature and relative day humidity

图3：各测点温湿度的变化Figure 3:The change of day temperature and relative day humidity in each point

2.4 各样地的热成像果分析

通过红外热呈像仪得到夏季在9:00—10:00，11:00—12:00，14:00-15:00，16:00—17:00， 四个时间段内的各样点点室外热环境的热成像图，见图4。图4显示，各样地的温度随时间的变化出现先上升后下降的趋势，这与的温度仪的测量结果相同。

P2、P5、P9样点的热成像图显示，高大的上层乔木形成的林下空间与周边环境相比有着相对较低的气温，而部分遮阴较差的区域形成了明显的高温斑块。P1、P6、P7、P8、P10 的热成像图显示，样点的下垫面具有较高的温度，但样点周边的绿化植物温度却相对较低。

2.5 热舒适度

在夏季炎热环境下，THI值与人的舒适度呈负相关[11]，而在寒冷的冬季人群需要温暖的环境，因此THI值越高，人越觉得舒适。

研究结果显示（见图4-A、图5-A），在夏冬两季，不同的绿化状况下，各样点的舒适度存在一定的差异，其中冬天各样点的舒适度差异相比夏季更为明显。由图4-A可知，夏季各测点平均THI均处于较高水平，各样点从大到小依次排名为：P6＞P8＞P1＞P2＞P7＞P4＞P10＞P5＞P3＞P9＞P11。 在夏季 P6 点THI高达29.14，为各测点的最高值，属于极端不舒适等级。其余测点的在测试时间的平均THI值均小于29。温度最低湿度最大的P2点在测试时间段的平均THI为28.9，处于高水平，不舒适程度较高。结果表明，在夏季绿化对样点热舒适度的影响与绿化的降温增湿作用并不一致。如图4-B显示，在寒冷的冬季，各测点的THI都处于较低水平，其中P6的THI平均值最高，为10.11。平均THI最低的为P9，仅为8.80。冬季平均THI由大到小排列的顺序为：P6＞P5＞P3＞P4＞P7＞P10＞P8＞P1＞P11＞P2＞P9。

图4：各测点不同时间热量分布图Figure 4:Heat distribution of each measuring point at different time

图5 夏冬季温湿度指数Figure 5 THI of each measuring point in summer and in winter

表4：各测点热舒适度分类Table 4:Classification of thermal comfort of each measurement point

根据冬夏两季各测点的THI结果显示，将测点划分为，A型(夏季不舒适冬季舒适)，B型(夏天舒适冬季不舒适)，C型(夏冬两季均不舒适)，D 型（夏冬两季均舒适)。如表 6所示：P4、P6、P7的 THI值冬天与夏天均高，属于夏季不舒适冬季舒适的A型；P9、P11 THI值夏天与冬天均低，为夏天舒适冬季不舒适型的 B 型；P1、P2、P8、P10THI夏天高冬天低，为夏冬两季均不舒适的C型；P3、P5THI夏天低东天高，属于夏冬两季均舒适的D型。

3 结论与讨论

3.1 绿化与空气温度的关系

绿化植物有良好的降温效果[5,7]，夏季郁闭度高的样点气温相对较低，夏季气温的高低与样点的郁闭度呈负相关[12]，上层乔木的遮阴能力是影响夏季室外温度的最重要因素[13]。本研究结果可知，P2、P5、P9样点上层乔木郁闭度相对较高，形成了遮荫空间，有效地阻挡了太阳辐射，气温较低。P6、P7周围种植园林植物，但并不具有对样点形成有效遮阴的能力，该类样点郁闭度低，太阳辐射强烈，气温相对较高。研究还表明，冬季各样点的温度与绿化植物的郁闭度的高低并不一致。P7，P8样点郁闭度低的样点，冬季温度也相对较低。这可能与周边产生的阴影有关。同时，由研究结果可知，冬季无遮荫的样点空气温度较高，但随着时间的变化，温度有较大幅度的变化，光照条件差的样点温度较低，但整体上趋于稳定。这可能是因为光照条件差的样点，受太阳辐射影响不大，其光照条件并不会随太阳运行的轨迹而发生明显的改变。

3.2 绿化与相对湿度的关系

绿化植物对周围产生一定的湿度，夏季绿化形成的郁闭度越高，湿度越大[14]，因此出现了各样点湿度排名与温度排名相反对应的现象。P6样地在各样点的温度排名中位居第二，湿度排名也较高，可能是因为该样点地毗邻小区人工湖，人工湖湖水蒸发，使P6点具有相对较高的空气湿度。冬季各样点的湿度排名并没有与温度排名成相反对应的现象。与绿化植物郁闭度的无明显的相关性，说明冬季居住区的湿度环境与绿化的关系不显著。

3.3 绿化与热舒适度的关系

冠幅小的乔木在冬季便于太阳直接照射，有利于热舒适度的提高，而夏季则会因此带来截然相反的结果[12]。本研究中，P6夏季与冬季的THI均高于其他测点，属于A型（夏季不舒适冬季舒适型）。该样地周边较为开阔，而广场中心孤植的香橼树生长状况不佳，树冠过小，无法形成有效的遮阴面积。P4与P7也因为树冠过小或树冠与样地面积的比例不当，无法形成有效的遮阴面积，不能有效提高样点夏季的舒适度。

根据本研究结果可知，遮阴效果强的绿化植物利于夏季热舒适度的改善，却阻碍了冬季热舒适度的提升。在本研究结果中，P9点与P11点的THI出现了THI指数夏低冬高的现象，属于B型（夏天舒适冬季不舒适）。P9为小区西南部的宅前绿地，样点南边与东边均有建筑，建筑在该样点形成了浓重的建筑阴影，冬季尤为明显，该样点种植的常绿乔木杜英更加重了阴影，致使阳光在该点无法长时间有效的照射。P11两侧均种植常绿乔木香樟，香樟在样点上方创造了遮阴条件，出现了与P9类似的环境特征。

过多的绿化植物特别是大型乔木，在夏季会因为过多的增加湿度而降低热舒适度[11.12]。冬季又阻碍了太阳辐射。而过少的绿化乔木，在夏季又不能很好的遮挡太阳辐射[15]。于此同时，样地周边建筑产生的阴影对室外热环境的舒适度也起到一定的作用。本研究中，P2点与P8样点属于C型（冬夏两季都属于不舒适的类型）。P2点绿化乔木众多，郁闭度高，三维绿量大，场地较为封闭。在夏季，众多的乔木由于遮阴及蒸腾作用等生理作用，起到了较为明显的降温增效果，而在夏季高温环境中湿度的增加会引起舒适度的下降；在冬季，该样点较多的常绿乔木和植物密集的植物枝干、以及两侧的建筑阴影，阻碍了阳光的有效照射，对舒适度产生了负面影响。P8样点较为开敞，周边种植马尼拉草坪和紫薇，山茶等灌木，无高大乔木，绿化植物仅起到覆盖地表的作用，不形成有效的遮阴面，在炎热夏季，由于无绿化遮阴，该样点较长时间都处于太阳直接照射下；而冬季由于建筑阴影出现时间却相对较长，阻碍了阳光的照射。

根据本研究结果可知，相对开敞的环境、绿量适当的园林植物与合适的常绿、落叶比例，会对居住区室外热舒适度起到比较理想的改善效果，这与前人的研究结论类似[16]。P3与P5属于D型(夏冬两季均舒适型)，无论在冬季或是夏季都有相对的适应的THI值。P3为居住区中心小广场，广场较为开阔，便于通风，此外该样点周边种植高大的落叶乔木榉树和常绿小乔木桂花。在夏季榉树与桂花在广场内形成一定的投影面积，冬季榉树落叶，阳光可直接照射。P5样点两侧种植樱花等落叶小乔木和常绿小乔木桂花，种植密度适中。在夏季有效的遮挡了太阳辐射，冬季部分植物落叶，便于阳光的照射。

综上所述,绿化时，乔木的特性及种植方式是影响居住区室外热环境舒适度的关键因素。在夏季高温条件下，过多的绿化植物因为生理活动，过度的增加场地湿度，会降低场地舒适度；过少的绿化植物特别是遮荫能力强的乔木，无法遮挡太阳辐射，对舒适度产生不良影响。在冬季过多的绿化植物特别是冠大荫浓的常绿乔木，会因为阻挡太阳辐射产生不适宜的舒适度。故而主要通过调整乔木的种类，数量等方式改变上层乔木的冠层特性来达到改善室外热环境的目的。同时应控制灌木用量，避免盲目加塞绿化植物。防止过多绿化植物的蒸腾作用等生理活动对室外热环境产生负面影响。

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