户外公共空间设计要素对微气候热舒适影响研究

袁从丽　洪浩庭　张哲溪　付烨晨　赵佳玮

摘要：户外公共空间设计要素对营造舒适的微气候环境具有重要作用，选取具有不同下垫面性质的校园绿地作为研究对象，对西北农林科技大学南校区内具有代表性的13处测点的风速、温度、相对湿度进行同步测定，并通过问卷调查获得人体热舒适评分。将微气象数据与评分进行线性回归拟合后得到MTCFM模型，得出在研究地点所在地区温度对微气候热舒适影响的占比最高。对多数空间而言，增加绿化覆盖率、减少硬质铺装面积，能有效提升微气候热舒适。

关键词：公共空间;微气候热舒适;相关性模型

户外公共空间是人们进行室外活动的主要场所，良好的室外环境是提高室外活动质量、吸引城市居民、体现城市活力的保证。其设计要素包括空间布局形态、植被水体分布、局部下垫面材质和园林构筑物形体材料等[1]。在户外公共空间规划设计中营造舒适的微气候环境不仅体现人性化设计，也能降低能耗，为使用者提供自然、安全、舒适的空间环境，从而满足人体热舒适。微气候热舒适是指人在小尺度范围热环境下的热感觉与热舒适程度[2]，可根据热舒适评价反应出来，并可采取相关技术、方法和措施改善空间设计。大量研究表明，空间热舒适性会明显影响使用者的身体及心理状态，从而决定使用者是否愿意停留。热舒适性不佳，使用者会倾向于快速通过而非停留，公共空间会沦为单纯的交通联系与集散空间，从而失去应有的活力[3]。户外公共空间的精心设计可以刺激环境的使用，而研究微气候热舒适的目的就在于实现、维持并提升微气候热舒适，可持续开发户外公共空间，为更多人所用。

高校校园户外空间是校园空间环境中提供信息交流、人际交往、物质互换的场所和媒介，是校园社区的活动中心和社会生活的载体[1]。其营建应在充分考虑满足校园户外活动的基础上，有机结合文化审美和生态环境等因素，以科学理性的调查分析为基础， 综合解决户外空间问题。本文以西北农林科技大学南校区户外空间为研究对象，通过对微气候因子进行实测，分析不同校园户外空间要素对校园微气候的影响，结合人体热舒适调查，探求户外公共空间组成要素与微气候及热舒适的关系，得出可以量化和模数化各个影响因子与热舒适之间关系的MTCFM（Microclimate Thermal Comfort Fitted Model）模型，以期为杨凌乃至陕西关中地区的高校户外公共空间规划设计提供借鉴与指导。

一、研究地点概况及研究方法

（一）研究地点概况

本次研究地点选择在杨凌高新农业示范区的西北农林科技大学。杨凌地处陕西中部，距西安市八十公里，南靠秦岭，北临黄土高原，被渭水横穿，其气象数据在关中地区具有典型的代表性。而西北农林科技大学是中国西北地区现代高等农业教育的发源地，也是全国农林水学科最为齐备的高等农业院校，校园绿地类型丰富，植物种类繁茂且层次搭配较为合理，相比于西安市区内的高校有更为完善的校园景观和户外公共空间。经过前期对场地的图样采集与生态评估后，选取了四季广场、小西湖和苦楝广场三块场地下垫面不同且具有代表性的校园绿地作为本研究的影响热舒适要素的监测点。

（二）研究方法

1、测点选择

在调研分析西北农林科技大学南校区校园内下垫面性质的基础上，挑选出代表性强（场地面积、场地使用率、场地区位）、差异性大（下垫面性质不同）的样地三块——Ⅰ四季广场、Ⅱ小西湖、Ⅲ苦楝广场。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号场地具有不同的下垫面性质且面积相近，使用率较高——Ⅰ（硬质铺装，约6000㎡）、Ⅱ（水体，约16000㎡）、Ⅲ（草地，约6000㎡）。在Ⅰ号场地中选取树池、花架、竹子围合的玻璃镂空廊架、广场、水池景墙共5个测点，在Ⅱ号场地中选取靠近岸边的灌木丛旁、靠近岸边灌木丛的柳树下、临近岸边的广场、稍远离水岸的园路共4个测点，在Ⅲ号场地中选取场地内侧草坪、场地外侧草坪、广场道路上、广场座椅旁共4个测点，三个场地共13个测点。

2、微气候因子测定

在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域中的13处测点，于7：00—22：00每隔5个小时进行一次测定，共测量4次。使用便携式气象仪KESTREL NK-5500实地测量风速S（m/s）、温度T （℃）和相对湿度RH（%）。

3、人体热舒适调查

制作户外热舒适调查问卷，并在测量微气象要素数据的同时，在三个场地的不同测点同时发放，每个场地各40份问卷。问卷包括对场地使用者的客观调查与主观调查。客观调查包括使用者的性别、年龄、身高、体重、职业、衣着和活动;主观调查包括使用者对微气象参数（包括风速 S、温度 T、相对湿度RH）的感知度与热舒适，分为1-5分。热舒适评分具体为：极不舒适计1，不舒适计2，比较舒适计3，舒适计4，极舒适计5。对风环境质量的感知度：无风计1，弱风计2，适中计3，较强计4，极强计5。对所处环境温度的感知度：凉计1，适中计2，稍暖计3，暖计4，热计5。对所处环境湿度的感知度：潮湿计1，较潮湿计2，适中计3，有燥计4，极干燥计5。对数据采集中所得各参数结果进行整合分析，并对所收集的调查问卷中各数据进行统计。得分情况见表1。

二、结果分析

（一）微氣候数据

图2a显示了各场地风速的变化。各场地的变化趋势基本一致，均表现为单峰曲线，早7：00开始，风速逐渐增加，约在12：00到达峰值，其中小西湖的风速在一天中均高于其他两个场地。图2b显示了各场地相对湿度的变化，各场地变化趋势相近，在中午12：00到下午17：00相对湿度较低，晚22：00时相差最大，四季广场相对湿度最高，苦楝广场最低。图2c显示了各场地温度的变化，均为单峰曲线且变化趋势相近，在中午12：00到下午17：00温度较高，且四季广场相对于其他两个场地温度更高。

（二）热舒适评分

从表1问卷调查分数统计可以看出在三个场地中，场地Ⅰ四季广场的平均评分最低，为2.725分，低于平均分（3分），认为该场地不太舒适的问卷数占本场地总问卷数的40%，明显高于其他两个场地选择此选项的比例。场地Ⅱ小西湖的评分呈现出两个相反趋势选择不太舒适和比较舒适的都比较多分别为6人和19人。场地Ⅲ苦楝广场选择非常舒适的有6人，为所有问卷中选择此选项最多的场地，且感觉不太舒适的人最少，为3人。

三、结论和讨论

（一） 模型建立

国外关于热舒适的研究经历了3个阶段，从最初的定性描述或采用经验公式进行讨论，到定量化研究人在环境中的热舒适，再到近几年探讨微气候热舒适[4]。对微气候热舒适只是描述性的表述，因此对微气候热舒适评价的研究就尤为重要，这也是国外近几年研究的热点。而在本次研究中我们选用了SPSS（Statistical Product and Service Solutions）进行客观微气象数据和问卷调查评分的拟合，通过线性回归的方法得出主观问卷评分与客观微气象数据之间的关系。

通过线性回归计算拟合主观热舒适评分与客观气象数据，得出微气候热舒适与微气候数据有以下关系：

此关系式即为楊凌地区高校户外公共空间夏季微气候热舒适模型。MTCFM拟合中的R值反映了拟合关系式中变量和结果的相关性关系及拟合方程的质量。拟合方程（1）的R值为0.622.

（二）各微气候要素影响强弱

根据评价模型，通过MATLAB软件进行灰色关联度分析得出各要素占比为风速比重16.36%，温度比重55.24%，湿度比重28.40%。可以看出，在关中地区夏季，温度对微气候热舒适影响的占比最高，相对湿度次之，风速的影响最小。

（三）各调查地块微气候热舒适及改进方案

从问卷统计结果可以看出场地Ⅲ苦楝广场的热舒适评分最高为3.700，场地Ⅱ小西湖的热舒适评分为3.375，次之，而场地Ⅰ四季广场的热舒适评分为2.725低于平均分3分，热舒适最低，需要改进。

对于场地Ⅰ四季广场的改进应从降温、除湿、改善通风这三方面着手。影响温度的因素主要是场地下垫面性质，影响相对湿度的要素主要是水体分布与植被层次，影响风速的因素主要是场地的竖向结构，如构筑物、树木等的遮挡。

因此改进建议如下：（1）对比同时间场地Ⅲ苦楝广场的绿地温度和绿地形式，可将树池改建为成片的草坪，原有的树池座椅移至草坪边缘，以有利于降温。（2）场地Ⅰ四季广场水体周边温度高于同期场地Ⅱ小西湖水体周边温度，推知水体面积达到一定比例才能发挥有效降温、增湿的生态效益。（3）当使用水幕景墙的水景形式时，广场边界处不宜设置围墙形式的景观墙，不利于通风除湿。

（四） 改善杨凌乃至关中地区高校户外公共空间微气候的建议

根据灰色关联度分析法得出的影响热舒适的各微气候要素占比，得知在将MTCFM模型推广运用到杨凌乃至关中地区的高校户外公共空间设计中时，需要着重考虑如何通过搭配户外公共空间设计要素来调控场地的温度，以满足不同人群对热舒适的需求。

影响温度的主要因素是场地下垫面性质。研究表明，植物较为密集的绿化区域所呈现出的降温增湿效应更为明显。因此设计者在进行改造设计时可在保留原有绿地的基础上，增加绿化覆盖率、减少硬质铺装面积来改善下垫面性质等措施以改善场地小气候环境，从而达到人对温度的舒适感要求。减少人工材料的使用，既降低了能源消耗，也避免了大量劳动力的使用，因此也更加经济环保。

对于建筑物集中、密集的地区或场地，无法或很难减少硬质材料的使用时，可以考虑通过屋顶绿化或垂直绿化增加绿化覆盖率。研究表明，绿化屋顶的降温、增湿效应均高于未绿化屋顶，“乔-灌-草”式屋顶绿化的降温效应明显，“灌-草”式屋顶绿化的增湿效应更为显著[5]。因此，可在大城市地区通过应用上述方法营造更好的微气候环境，缓解城市热岛效应，构建出更生态、更宜居、更以人为本的户外公共空间。

参考文献：

[1] 郭苏明，李玘苏，俞紫洋，等.南京夏季高校户外空间组成要素与微气候热舒适研究[J].园艺·园林，2017（10）：81-86.

[2] 刘蔚巍，连之伟，邓启红，等.人体热舒适客观评价指标[J].中南大学学报（自然科学版），2011，42（2）：521-526.

[3] 王一，栾沛君.室外公共空间夏季的舒适性评价研究—以上海当代大中型住宅区为例[J].住宅科技，2016，11.

[4] 陈睿智，董靓. 国外微气候舒适度研究简述及启示[J]. 中国园林，2009，25（11）：81.

[5] 陈宇，李骄娴，宋双双，邹林海. 南京市屋顶绿化室外热环境研究[J]. 中国城市林业，2017，15（03）：48.

作者简介：指导老师，穆艳，1979.5，汉，硕士，讲师，风景园林。