亚热带住区不同景观空间夏季微气候实测与优化设计研究——以佛山居住区为例

黄基传, 吕慧, *, 马源, 陆丽澄, 陈旭玲, 陈英梅, 谢柳云

亚热带住区不同景观空间夏季微气候实测与优化设计研究——以佛山居住区为例

黄基传1, 吕慧1, *, 马源2, 陆丽澄1, 陈旭玲1, 陈英梅1, 谢柳云1

1. 佛山科学技术学院风景园林系, 佛山 528000 2. 广东工业大学风景园林系, 广州 510006

以佛山为例, 运用实地调查法对亚热带居住区10种常见景观空间夏季微气候指标(风速、温度、湿度)进行实测, 结合居民主观舒适度问卷调查研究成果, 对常见住区景观空间夏季舒适性进行对比分析。结果显示“架空层通风良好处”综合得分最高, 其次为“乔木林下铺装广场”、“露天广场”, 得分最低的为“架空层通风欠佳处”。研究表明亚热带住区景观设计可以通过底层架空并保证良好通风、适当设计多功能露天广场、泳池多功能化、多用乔木少用灌木营造舒朗植物景观等提升夏季舒适度。该研究可为亚热带住区气候适应性景观设计提供一定参考和理论依据。

景观设计; 亚热带住区; 微气候; 实地调查; 问卷调查

0 引言

微气候是指在具有相同大气候的地区, 由于小范围地表状况和性质不同, 由下垫面辐射特性与空气交换过程的差异而形成的近地层大气中局部区域的气候特征, 包括气温、降水、气压、空气湿度、风速、日照辐射等因子[1]。早在1950年代就有国外学者通过地面观测法发现不同下垫面(裸地和草地)在微气候有显著区别[2]。现场实测数据显示公园树木对改善城市微气候环境有显著作用[3], 城市峡谷的垂直立面采用创新性的凉爽材料可以显著改善局部微气候[4]。近年来随着健康中国战略不断深化落地, 通过改善环境微气候来促进户外运动的研究成果不断涌现, 涵盖多个气候区和季节, 比如我国不同气候区古典园林庭园中微气候营造的方式的历史经验可为现代景观设计提供借鉴[5]; 半干旱地区城市微气候受试街道长宽比、高宽比及走向均对其过渡季微气候有不同程度的影响[6]; 寒地城市广场气候条件与空间使用人群的行为与分布存在较显著关联性[7]; 适当增加东-西、东南-西北方向街道间距, 优先满足西南-东北和东南-西北方向街道的绿化覆盖率可以改善天津市生活性街谷夏季微气候[8]; 有学者结合国家热环境WBGT指标和TS-Givoni指标假设微气候舒适度评价标准, 并通过实地监测和调查问卷, 分析使用主体行为与微气候舒适度值的相关性, 从而验证假设的评价标准, 并得到四川湿热地区风景园林微气候舒适度评价参数、评价指标、评价标准和微气候舒适度等级划分指标[9]; 四川城市露天开放空间的夏季舒适度的关键是通风和遮荫, 湿热地区游憩活动的微气候舒适度阈值为31℃[10–11]; 大面积开敞硬地形成的热量场可满足上海冬季体感舒适要求[12]。针对亚热带湿热气候区的微气候研究成果也不断涌现, 如广州小区内人工湖、树阴以及下垫面性质能显著影响室外热环境[13]; 也有学者对亚热带湿热地区郊野公园的气候适应性规划设计策略和户外空间舒适度阈值进行探讨[14]; 通过提高街谷高宽比、优化建筑界面、加强路面透水性、提高绿化遮阳率可以显著改善广州城市街谷微气候[15]; 基于ENVI-met对广州小区内不同绿化改造方案对微气候环境影响的模拟结果显示清除灌木丛可以适当改善低处通风, 清除乔木后则风速明显增大[16]。

亚热带气候炎热多雨, 夏季漫长, 高温高湿的气候使居民夏季户外活动受到严重制约, 不利于居民身心健康, 研究如何通过景观设计改善亚热带住区户外环境微气候, 提升热舒适度就显得尤为迫切。目前该领域的研究成果多以城市街谷、公园为对象, 针对住区夏季微气候的研究成果多限于单一景观要素对环境微气候的影响, 较少从景观空间类型的角度对其微气候及舒适度进行实测和对比分析。本研究以佛山住区为例, 选择最常见的十种住区景观空间, 对其主要微气候指标(风速、温度、湿度)进行实测。同时对居民对不同类型景观空间的夏季主观舒适度进行问卷调查, 运用定性定量相结合的方法对不同景观空间进行对比分析, 提出利于提升住区夏季舒适度的景观设计策略。

1 研究内容及方法

1.1 调查对象的选择

对佛山市30个居住小区进行初步调研, 统计出最常见的10种居住区景观空间类型及其具体选点要求: 露天广场(≥100 m2)、乔木林下铺装广场(≥100m2)、架空层通风欠佳处、架空层通风良好处、大型水体(河湖, 宽度≥10 m)边、开阔草坪(≥100 m2)、植物围合的建筑小品、游泳池边、小型水体(池溪, 宽度≤3 m)边、植物丛中小路(无遮荫)。继而选择6个大中型能够囊括上述所有类型景观空间的的居住小区进行实地测量。调查小区区位及所选10种景观空间的代表性照片分别如图1、图2所示。

1.2 研究方法

1.2.1 实地调查法

根据现有研究成果, 居住小区户外活动的高峰期主要在早6:00—9:00和晚上6:00—9:00, 本研究主要选择晚高峰6:00—9:00。运用手持数字风速仪(标智GM8901)和温湿度计(AS817)记录该测点的温度、湿度和风速等参数。本调查在2018年8月27日至2018年8月29日展开。每个小区内每种典型景观空间各选择1个测点, 每个测点测三次, 分三天完成, 时间安排在晚上6点到9点之间。为保证不同类型景观空间的可比性, 研究小组分成6个小组同时进行, 每个小组各带一套仪器, 负责两个测点, 同一小区的不同测点的数据测量时间之差控制在10 min内。

图1 调查小区区位图(作者改绘)

Figure 1 Location map of surveyed residential areas (redrawn by the author)

图2 十种常见的居住区景观空间(作者自摄)

Figure 2 Ten common landscape spaces in residential areas (photographed by the author)

1.2.2 问卷调查法

采用问卷法对小区居民对不同类型景观空间的主观舒适度进行调查。问卷调查中, 受访者对各类景观空间类型的主观舒适程度进行打分, 满分为5分。每个小区有效问卷不少于20份。问卷调查与实地调查结果相结合分析, 作为亚热带住区微气候优化设计策略研究的辅助参考。

2 结果及分析

2.1 不同景观空间微气候各指标实测及数据分析

实测所得数据如表1所示, 根据所得结果对不同景观空间的微气候指标进行对比分析(图3)。十种景观空间中夏季通风条件最好的是“架空层通风良好处”, 该空间的风速排名在6个小区中都是排在第1或第2位。其次为“露天广场”和“开阔草坪”, 通风最差的是“架空层通风欠佳处”。夏季气温最高的是“大型水体边”, 其次是“露天广场”和“植物丛中小路”, “架空层通风良好处”的气温则显著低于其他九种空间, 排名最后, “游泳池边”相对于其他空间也较为凉爽。夏季湿度最高的是“植物围合的园林建筑”, 其次是“开阔草坪”和“大型水体边”, 湿度最低的是“架空层通风欠佳处”。

2.2 居民对不同类型景观空间的主观舒适度调查结果及各指标综合分析

居民对各景观空间的主观舒适度如图4所示。为了更直观地对不同景观空间舒适性综合表现进行对比分析, 对十种景观空间的四个指标进行排名,排名规则为: 主观舒适度得分越高, 排名数越低; 风速越高, 排名越低; 湿度越低, 排名越低; 温度越低, 排名越低, 综合分析结果如图5所示。

表1 六个小区内各景观空间实测所得微气候数据

图3 不同景观空间微气候测值对比分析

Figure 3 Comparative analysis of microclimate measurements in different landscape spaces

图4 居民对各景观空间主观舒适度平均得分

Figure 4 Scores of residents' subjective comfort for each kind of landscape space

2.3 不同小区整体风环境模拟及其对比分析

选择通风最好的怡翠馨园和通风最差的鹿璟村两个小区, 运用CFD 数值模拟技术, 采用标准湍流模型对这两个小区内1.5 m高处的风速进行模拟和对比分析(图6)。根据风速放大系数图, 怡翠馨园的风环境显著优于鹿璟村。怡翠馨园小区建筑底层架空占比约为37.7%(20栋/53栋), 鹿璟村小区的建筑底层架空占比只有6.1%(2栋/33栋)。鹿璟村10个景观空间的平均风速为0.12 m·s,怡翠馨园的为0.89 m/s,也可以辅助说明上述问题。因此提高小区建筑底层架空率对于优化整体风环境具有重要作用。

图5 各景观空间不同指标排名堆积折线图

Figure 5 Stacked line chart of indexes of different landscape spaces

图6 怡翠馨园和鹿璟村小区1.5m高处风速模拟对比图

Figure 6 Simulation of wind speed at 1.5m altitude in Yicuixinyuan and Lujingcun

3 讨论

3.1 不同景观空间微气候实测结果讨论

对于亚热带地区, 夏季通风是住区舒适度的重要影响因子[14]。本次调查结果中, “架空层通风良好处”的风速显著高于其他空间类型, 因而也具有较高的舒适性。“露天广场”和“开阔草坪”都利于空气流通, 因而也具有较高风速。“架空层通风欠佳处”和“植物围合的园林建筑”空气流通性差, 风速则显著低于其他景观空间, 舒适性也较差。

根据温度测量结果分析, 太阳辐射是影响温度的最主要因素。大型水体往往缺少遮荫, 由于水体热容量较大, 经过白天的太阳辐射后, 水体散热比陆地慢, 因而“大型水体边”在傍晚的气温会高于其他空间。“露天广场”和“植物丛中小路(无遮荫)”也因为缺少树木遮荫, 白天吸收了大量的热辐射, 气温也会偏高一些。参考陈睿智博士的“风景园林微气候舒适度评价标准”, WBGT≤30℃时人体的热舒适度为“舒适”[9], 几个小区的“架空层通风良好处”平均气温为29.8℃, 刚好处于“舒适”范围。

空气中的湿度一方面受景观水体影响, 另一方面也受植物蒸腾的影响。夏季白天太阳辐射强, 景观水体会大量蒸发进入空气, 小区茂密的植物也是提高湿度的影响因子之一。“架空层通风欠佳处”因为与外界气体交换少, 因而湿度也较低。“架空层通风良好处”的湿度排倒数第二, 相对于其他景观空间湿度也低一些。

3.2 居民对不同景观空间主观舒适程度问卷调查结果讨论

根据问卷调查结果(图4), 居民主观认为夏季最舒适空间类型是“乔木下铺装场地”, 其次是“大型水体边”、“露天广场”、“架空层通风良好处”; 最不舒适空间类型是“架空层通风欠佳处”和“小型水体边”。

夏季通风条件较差的空间居民的主观舒适度也较差, 如架空层通风欠佳处, 几乎没有居民会选择。除此还有“植物围合的亭廊花架下”、“小型水体边”也不受居民欢迎, 受可达性低、空间类型缺乏特色, 利用率较低。居民普遍认为比较舒适的空间是“乔木下的铺装场地”和“大型水体边”, 其场地周边植物种植合理, 场地开阔, 通风顺畅, 温度适宜, 适合户外休闲活动。

3.3 不同景观空间各因子综合分析

将温度、湿度、风速和居民主观舒适度四个因子进行综合分析, 按照舒适度要求, 温度越低、风速越高、湿度越低、主观舒适度越高排名越靠前, 其排名堆积折线图如图5所示。可看出, “架空层的通风良好处”综合排名最靠前, 其次为“乔木林下铺装广场”和“露天广场”, 排名最后的为“架空层的通风欠佳处”和“植物围合的园林建筑”, “开阔草坪”排名倒数第四, 问卷调查时多名受访者表示不喜欢“开阔草坪”是因为它占据不少面积却不能进去活动。

4 亚热带居住区改善微气候景观设计策略分析

根据上述调查结果与分析, 笔者对改善居住区夏季微气候的景观设计策略分析如下:

(1)建筑尽可能做到底层架空并保证架空层有良好通风

十种景观空间微气候和主观舒适度对比结果中, “架空层通风良好处”气温最低、风速最高、湿度倒数第二、居民主观舒适度第四, 因而是非常值得推崇的居住区景观空间类型。但“架空层通风欠佳处”则会因气温高、风速低而不受居民青睐。因此将住宅建筑底层架空是改善岭南居住区微气候条件的有效途径之一, 但一定要注意架空层要有良好的通风条件, 建筑架空高度和风向架空层下的热舒适度也有显著影响[17], 因此在架空层墙柱设计和周边植物配置时要充分考虑这一点。

(2)亚热带居住区中应多营造乔木林下铺装广场

乔木林下设计铺装广场, 白天可以有效抵御太阳辐射, 在炎热的夏季为居民提供一处休息纳凉的理想空间。同时, 由于林荫下与周边阳光暴晒处有一定温差, 更容易形成风, 会提升风速, 降低温度, 因此该种景观空间类型非常适宜在亚热带地区应用, 居民主观舒适度打分结果中排名第一并显著高于其他几种空间, 也从居民主观感受的角度证实了这一点。

(3)亚热带居住区宜适当设计露天广场

露天铺装场地曾在2000年左右兴起的“广场热”的带动下在园林设计界广为流行, 但随着2005年后“生态住区”思想的兴起又渐渐没落, 特别是在气候炎热的亚热带地区, 没有任何荫蔽的大面积铺装广场不宜出现。但根据前述调查, 事实并非如此。虽然亚热带地区气候炎热, 但根据现有调查[18], 居住小区人们活动时间高峰之一是没有太阳辐射的傍晚和晚上, 而且露天广场更利于空气流动, 通风良好, 夜晚舒适度较高, 可以为跳舞、早操、划拳、散步、儿童滑板、打羽毛球、地板练书法、集会等多种活动提供理想场所, 也是促进邻里交往的理想场所。“露天广场”的居民主观舒适度得分在十种空间中位列第三, 也证实了这一点。因此, 笔者认为即使在亚热带居住区, 露天广场也是可以适当应用的, 但不宜过多, 一个中型小区(10—20 ha)设置一个露天广场即可, 可以结合篮球场或小区出入口人流集散场地等布置, 做到多功能化, 进一步提升其综合效能。

(4)将功能性水景——游泳池进一步多功能化

根据调查结果, “大型水体边”主观舒适度得分较高, 仅次于“乔木林下铺装场地”, 可见滨水景观还是比较受青睐, 但限于面积, 并不是所有的小区都有条件设计大面积水体。另一方面, 亚热带地区夏季炎热而漫长, 一方泳池从视觉上就能让人倍感清凉。但根据调查目前很多小区的泳池多布置在偏居一隅的位置, 甚至通过绿篱景墙等提高泳池的私密性, 没有很好地发挥观赏功能。因此笔者建议将“大型水体”和“游泳池”二者相结合, 将泳池原有单一功能与观赏甚至生态功能相复合, 既能满足大型水体的观赏和通风降温的功能, 又能用作“泳池”, 形成多功能水景。该目标可以通过三点实现: 1)多功能泳池位置较居中, 形成小区绿地空间的视觉焦点, 同时也营造了开阔优美的主空间, 泳池应有适宜的观赏点和观赏视角; 2)游泳池的驳岸、构图、色彩、铺装纹样、材料和质地的设计应充分展示其视觉美感, 可选择舒展流畅的曲线条、优美的铺装纹样等; 3)水池的深度可作差异化设计, 有深有浅并设计隐形分隔, 以同时满足观赏和不同游泳者的需求, 在不需要游泳的季节浅水区可以作为下沉广场供居民在其中活动。

图7 单一功能游泳池转变为兼具观赏和改善微气候功能的开放水景

Figure 7 Single-function swimming pool transforms into open waterscape with viewing and improving microclimate function

(5)植物组团宜疏朗不宜过于茂密, 多乔木少灌木

岭南地区属于暖湿带, 夏季炎热, 温湿度均较大。根据调查结果, “植物围合的园林建筑”和“植物丛边小路(无遮荫)”两种空间类型风速较低、湿度较高, 前者因为遮荫较好温度还不算太高, 后者则温度也比较高, 舒适度更差。乔灌草相结合的茂密植物丛虽然有较高的绿量, 但过于茂密的乔灌草植物组团不利于人活动区域的通风, 居民身处其中的舒适度较低。因此, 亚热带住区植物宜多选用冠幅大遮荫效果好的乔木, 减少运用株高在50 cm-2 m之间的灌木, 以保证良好遮荫的前提下, 在人的活动高度区域有良好的通风。

5 小结

人的一生有三分之二的时间都是在居住区中度过的, 因此居住环境对居民的幸福指数影响非常大。但健康是幸福的基石, 促进居民多进行户外运动是改变亚健康的最有效途径, 并且已到了刻不容缓的阶段。亚热带地区夏季气候炎热而又漫长, 通过合理的景观设计方法创造更为舒适的户外环境, 将对促进居民户外运动有显著的推动作用。期待本文能为今后的亚热带住区环境设计提供一定参考和借鉴, 共同促进户外运动, 实现健康中国愿景。

[1] 宗桦, 周晔, 李俊强. 城乡户外人居环境微气候研究现状、特点与展望[J]. 生态经济, 2018, 34(1): 145–152.

[2] 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): 81–83.

[3] GEORGI N J, ZAFIRIADIS K. The impact of park trees on microclimate in urban areas[J]. Urban Ecosystems, 2006, 9(3): 195–209.

[4] ROSSO F, GOLASI I, CASTALDO V L, et al. On the impact of innovative materials on outdoor thermal comfort of pedestrians in historical urban canyons[J]. Renewable Energy, 2018, 118: 825–839.

[5] 邵望舒, 丁绍刚. 基于地域气候特征的庭园微气候营造差异[J]. 现代园艺, 2019, (13): 140–142.

[6] 吴园园, 王爱霞, 秦亚楠, 等. 半干旱地区步行街道过渡季微气候生态性营造研究——以呼和浩特市塞上老街、通顺大巷、大召前街为例[J]. 西部人居环境学刊, 2019， (3): 26–34.

[7] 王碧薇. 微气候影响下寒地城市广场人群行为研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019: 77–78

[8] 王汉旗, 张斌, 孟兆阳, 等. 街道朝向对天津生活性街谷夏季微气候影响研究[J]. 中国住宅设施, 2019, (7): 52–54.

[9] 陈睿智, 董靓. 湿热气候区风景园林微气候舒适度评价研究[J]. 建筑科学, 2013, 29(8): 28–33.

[10] 陈睿智, 韩君伟. 湿热气候区城市露天开放性空间景观要素对微气候舒适度的影响研究[J]. 城市建筑, 2017, (01): 39–42.

[11] 陈睿智, 董靓. 基于游憩行为的湿热地区景区夏季微气候舒适度阈值研究以成都杜甫草堂为例[J]. 风景园林, 2015, (06): 55–59.

[12] 梅欹, 刘滨谊. 上海住区风景园林空间冬季微气候感受分析[J]. 中国园林, 2017, 33(4): 12–17.

[13] 陈卓伦, 赵立华, 孟庆林, 等. 广州典型住宅小区微气候实测与分析[J]. 建筑学报, 2008, (11): 24–27.

[14] 方小山. 亚热带湿热地区郊野公园气候适应性规划设计策略研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2014: 162–168.

[15] 邬尚霖, 孙一民. 广州地区街道微气候模拟及改善策略研究[J]. 城市规划学刊, 2016, (01): 56–62.

[16] 王婷, 陈小芮, 章家恩, 等. 不同绿化改造方案对小区微气候环境影响的ENVI-met模拟研究[J]. 华南农业大学学报, 2019, (4): 61–68

[17] 刘建麟, 牛建磊, 张宇峰. 建筑架空高度及风向对行人区微气候的影响评估[J]. 建筑科学, 2017, 33(12): 117– 124.

[18] 赵东. 华南城市典型居住小区空间形态对微气候的影响研究[D]. 广州: 广东工业大学, 2016: 105–106.

Summer microclimate field investigation and optimization design method of different landscape spaces in subtropical residential areas of Foshan

HUANG Jichuan1, LYU Hui1, *, MA Yuan1, LU Licheng1, CHEN Xuling1, CHEN Yingmei1, XIE Liuyun1

1. Department of Landscape Architecture of Foshan University, Foshan 528000, China 2. Department of Landscape Architecture of Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

Taking Foshan city as an example, we measured summer microclimate indicators (i.e., wind speed, temperature, and humidity) of 10 kinds of common landscape spaces in subtropical residential areas using field investigation method. Then, we carried out a questionnaire survey of the residents' subjective comfort. Finally, a comparative analysis of the summer comfort of the landscape space in residential areas was conducted according to the survey results. The results showed that ‘open floor with good ventilation’ got significantly highest comprehensive score, followed by ‘forest pavement square’ and ‘open-air square’, ‘open floor with poor ventilation’ got the lowest score. The present study suggests that the optimum design of subtropical residential landscape can be realized by using open floor with good ventilation, multi-functional open-air square, multi-functional pool, sparse plant landscape with more trees and less shrubs to improve summer comfort.This study can provide some reference and theoretical basis for the climate adaptive landscape design of subtropicalresidential areas.

landscape design; subtropical residential areas; microclimate; field investigation; questionnaire survey

黄基传, 吕慧, 马源, 等. 亚热带住区不同景观空间夏季微气候实测与优化设计研究——以佛山居住区为例[J]. 生态科学, 2021, 40(1): 112–119.

HUANG Jichuan, LYU Hui, MA Yuan, et al. Summer microclimate field investigation and optimization design method of different landscape spaces in subtropical residential areas of Foshan[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 112–119.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.015

TU986

A

1008-8873(2021)01-112-08

2020-03-04;

2020-03-20

佛山市扶持资金项目(1920001001706);广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515110999);广东省教育厅青年人才基金项目(2015KQNCX176);国家自然科学基金青年基金项目(51708127)

黄基传(1982—), 男, 广东河源人, 硕士, 讲师, 主要从事亚热带气候适应性景观设计研究, E-mail:154145693@qq.com

吕慧, 女, 博士, 副教授, 主要从事亚热带气候适应性景观设计研究, Tel:13798631297, E-mail: fdlvhui@126.com