闽东山区传统村落公共空间冬季小气候实测研究——以洋头村为例

陈 玄， 刘烘德， 王雨晨， 谢祥财

(福建农林大学园林学院，福建福州 350002)

[通信作者]谢祥财(1974～)，男，博士后，副教授，研究方向为水环境与景观规划设计。

自我国加快城乡建设进程以来，社会发展及生产活动破坏了很多原生气候环境。传统村落是千百年来人们居住生活的场所，经年演变发展后形成具有地域性的、适应本土的人居空间环境，其中蕴含着的小气候设计经验价值，对传统村落保护与发展以及村落公共空间小气候的优化与设计具有重要意义。

闽东地处中亚热带海洋性季风气候，山区具有山地气候，夏季湿热多雨，秋冬光温互利、寒冷不均。气候条件是室外人体舒适感受的最主要影响因素，小气候也称微气候，是指在大气候环境相同的范围内，受下垫面结构、空间布局、景观要素等因素的影响而在近地面空间形成的气候条件[1]。人体御寒与保温是冬季室外活动不可忽视的问题，讨论在寒冷气候条件下洋头村公共空间小气候营造与优化的具体手法，从小气候角度为闽东山地传统村落公共空间规划提供参考。

1 实测方案

1.1 村落公共空间概况

闽东山区传统村落按自然水系与村落位置关系可分为水环绕型村落、水穿越型村落、邻接水型村落等[2]，洋头村作为邻接水型村落的代表在闽东山区村落中具有典型性。洋头村依山而建，三面环山，水圳系统将山泉水引入村内，串联形成环状网络。四季分明，雨热同期，冬季盛行偏北风。村落背靠山地，内部小气候较为稳定，形成相对独立的舒适人居气候环境。

从人居角度依照村民的行为活动需求和空间使用功能，将洋头村公共空间划分为居住、通行和停驻空间三类。居住空间主要指前厅庭院，是邻里间串门的场地；通行空间主要包括街巷、道路等空间，起到交通连接、交谈的作用，村民在该空间停留时间较短；停驻空间主要指村民聚集、集会、休闲娱乐等公共活动空间，村民停留时间较长且目的性更强。

1.2 实测方法及内容

本次现场实测选择在冬季最冷月12月的晴朗少云天气进行，测试日为2019年12月7～9日，测试时段为每日8:00～17:00。标记好样地测点，采用定点走动观测的方法，测量距地1.5m处的小气候数据，并每小时逐时记录一次。在洋头村公共空间各测点1.5m高处设置实测仪器，采用泰仕太阳辐射仪、衡欣温湿度测试仪以及标智风速仪，分别测量各测点太阳辐射、空气温度、相对湿度及风速。

1.3 测点选择

在三类空间中分别选择差异性较大的测点10个，研究小气候变化特征以及不同空间布局和景观要素对小气候要素的影响。各测点在村落中的位置见图1，基本情况见表1。

图1 洋头村测点平面位置

2 实测结果与分析

2.1 太阳辐射

洋头村公共空间各测点实测时段的太阳辐射变化曲线(图2)，呈中间高两端低的单峰型特征。通过对比，午间12:00～13:00太阳辐射最强烈，17:00各测点太阳辐射均接近零。日均值从高到低依次为渠边步道(281.85w/m2)、鱼池(280.9w/m2)、祠堂前广场(214.95w/m2)、溪畔游憩地(95.23w/m2)、石巷(92.38w/m2)、民宅庭院(85.9w/m2)、宅前小巷(80.82w/m2)、古厝庭院(70.76w/m2)、林荫步道(40.07w/m2)、古桥(37.83w/m2)。太阳辐射量较大的测点为顶部无遮蔽的渠边步道、鱼池和祠堂前广场，偏小的均为半遮蔽空间，最小为全遮蔽的古桥和林荫步道。

表1 洋头村测点平面位置

图2 各测点逐时太阳辐射变化

2.2 空气温度

各测点空气温度逐时变化曲线(图3)变化趋势接近，呈“早低午高晚低”单峰型变化。测试期间大气温度日均最高温为16.2 ℃，日均最低温为8.3 ℃。通过对比可以得出，各测点最高气温主要集中在14:00，温差最大为鱼池与古厝庭院，最大差值达到3.9 ℃。对气温优化效果最好的是鱼池，在测量时段均高出所有测点各时刻温度平均值2.7 ℃；其次为渠边步道，在10:00～17:00气温高出同时刻全测点温度平均值1.5 ℃。石巷、宅前小巷的气温变化和缓，稍高于全测点气温平均值；古桥、林荫步道、溪畔游憩地、祠堂广场的气温变化跨度较大，午间时段感觉较温暖；庭院空间气温略低于全测点气温均值。

图3 各测点逐时空气温度变化

2.3 相对湿度

空间中的相对湿度指单位体积空气内所含水气密度与同种温度条件下饱和水气密度的百分比值[3]。研究证实相同气温条件下，相对湿度升高，人体表面温度随之升高，通常相对湿度为40 %～60 %RH的人体热舒适感受较好[4]。对比各测点相对温度逐时变化曲线(图4)，变化趋势呈两端高中间低的特点。冬季石巷、宅前小巷、溪畔游憩地的相对湿度最优，在测量时段处于较舒适数值范围。古桥、林荫步道在10:00～15:00的相对湿度较适宜，同等条件下，植物覆盖面积多的测点相对湿度更高。渠边步道、鱼池、祠堂前广场的相对湿度变化较大，最高时超过70 %，最低时少于40 %。庭院空间相对湿度普遍偏低。

图4 各测点逐时相对湿度变化

2.4 风速

空气流动产生繁荣风速变化对人体热舒适感觉有重要影响，冬季室外风速小能减缓人体散热水平。洋头村冬季盛行偏北风，分析各测点在测量时段的日平均风速变化图(图5)，各测点1.5m高处的风速均低于2.45m/s，在风力等级中属于2级(轻风，风速1.6～3.3m/s)以下，主要为0级(无风，风速0～0.2m/s)和1级(软风，风速0.3～1.5m/s)[5]。各测点平均风速均低于测试期间大气日平均风速(2级)，迎风面受阻挡的宅前小巷和石巷对风速优化效果最佳，风速保持在0.15m/s以内。溪畔游憩地、祠堂前广场为开敞空间，风速较大且变化较快。

图5 各测点风速变化

2.5 人体舒适度指数

人体“热舒适”是人在所处环境中不感到寒冷与炎热时的状态[6]，一般用人体舒适度指数进行定量分析评价，国内外针对人体舒适度的研究提出了温湿指数、生理等效温度、湿球黑球温度指数等计算方法，本文采用学者金琪提出的适用于夏热冬冷地区的人体舒适度指数计算公式[7]，公式如下：

I=1.8T-0.55(1.8T-26)(1-RH)-3.2 +32

式中:I为人体舒适度气象指数；T为空气温度(℃)；RH为相对湿度(%)；V为风速(m/s)。

运用公式，计算各测点逐时人体舒适度指数，结果见表2。依据人体舒适度指数等级划分表(表3)，可以看出洋头村公共空间各测点在测试时段基本属于较舒适感受的范围，小气候优化效果较好。

表2 各测点人体舒适度指数

表3 人体舒适度等级划分(冬季)

3 空间单元与小气候关系分析

山石、水体、植物、建筑等景观要素的组合可以构成不同的空间单元，对小气候的调控与营造效果各异。结合上文研究，对三类空间中的空间单元作进一步分析，研究其小气候优化的营造理法。

3.1 居住空间单元分析

民宅庭院与古厝庭院是由四面建筑墙体围合形成的封闭空间单元，天井起到纳阳、通风的作用，上空部分受到房檐遮挡。在冬季，庭院主要通过天井接收阳光，太阳辐射量较低。四面墙体使空间中风速基本为零，满足冬季保暖控温的需要。庭院空间冬季气温变化相近，但由于民宅庭院中盆栽的调节作用，气温在13:00～17:00时略高于无绿化的古厝庭院，湿度条件也更高。

3.2 通行空间单元分析

3.2.1 石巷与宅前小巷

石巷与宅前小巷均为偏东西走向，是两侧被民居墙体围合的半封闭空间单元。屋檐遮挡部分天空，太阳辐射照入角度受限，冬季测量时仅在9:00～13:00太阳辐射量较大。巷子位于村落腹地，加之地面石材铺地能吸收较多太阳辐射，具有良好保温性，空间气温得到提升。水渠能增大空间湿度，测试时段石巷湿度保持在人体舒适范围，宅前小巷在16:00～17:00超过60 %。冬季偏北风被建筑阻挡，风环境仅为1级。

3.2.2 渠边步道

渠边步道宽2m，偏南北走向的开敞空间单元，偏西侧有50cm宽的水渠，空间内景观要素较单一。顶部空间无遮蔽，太阳辐射量大，在测量时段气温较高，混凝土铺地能缓慢释放吸收的热能从而维持空间气温，人体感受较温暖。水渠发挥增湿作用，将湿度调控在舒适区间。虽然步道与冬季风向同向，但寒流到达村落腹地受到层层建筑阻隔，风速减缓，人体体表感受良好。

3.3 停驻空间单元分析

3.3.1 鱼池

鱼池空间面积约14.7m2，水体面积占5.9m2，池西侧与北侧为3m高的石砌挡墙，东侧为空旷场地，形成半封闭空间单元。鱼池上空无遮蔽，冬季太阳辐射值较高，气温随太阳辐射增大而升高。混凝土铺地能很好地储存及散发热量，日均气温12.8 ℃为全测点最高。较大面积的水体增湿效果更显著，空间湿度偏高，在10:00～14:00时较舒适。挡墙作为屏障将空间置于背风处，空气流动减少，风速较小。

3.3.2 祠堂前广场

祠堂前广场面积约235.5m2，广场前水池面积为127.2m2，空间中景观要素较少，为开敞空间单元。在冬季，空间顶部开阔，吸收的太阳辐射较多，但大面积水体的降温增湿效应使空间气温在早晚时偏低，12:00～15:00时空间温度升高、湿度降低，人体感觉较舒适。北面较远处的树群削减了一定风力，但缺少屏障的开敞广场空间风环境仍稍大，导致广场空间舒适度受局限。

4 讨论

通过实测可以发现，在以洋头村为例的闽东山区传统村落中，山石水体、植物配置与建筑等景观要素对村落公共空间小气候环境的优化有着重要作用。

(1)从小气候日变化图看出，洋头村公共空间太阳辐射与空气温度变化呈“凸”字单峰型特征，空间相对湿度随气温上升而下降。各项小气候要素日均数值均为停驻空间最高，通行空间次之，居住空间最低。

(2)作为住宅与室外环境内外连结的封闭空间，庭院中天井在冬季发挥纳阳采暖的作用，四面围合墙体更好避风及保温。应注意庭院面积尺度，14.1m2的庭院空间其保温效应较10.5m2略差，但差异很小仅为0.38 ℃。无水体的条件下，应适当种植小灌木或盆栽，保持空间空气湿度。

(3)顶部无遮蔽的空间太阳辐射量大，适合冬季取暖；地面采用石材、混凝土铺装，吸热保温效果优，能够维持空间气温。水体与密林组合，空气湿度大幅提升，在距50cm宽溪水的0.75m处，平均湿度降低3.03 %；距2.25m降低7.6 %。水体与空间面积比值为0.33优于0.2，冬季日均温度提高0.48 ℃。

(4)停驻空间宜在冬季主导风向上游堆叠小地形或植物群落形成冬季风障，植物比墙体适用范围广，落叶大乔木为最佳树种，兼顾冬季纳阳与夏季遮阴。水体与空间面积比值0.4与0.54相比，冬季日均湿度增大5.11 %。

传统村落公共空间蕴含的小气候适应性设计，对村民人居生活舒适性具有重要意义，也能在当前乡村振兴建设中发挥积极作用。