景觀設計要素對室外熱環境的影響探究
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摘要：在城市建設的進程中，城市下墊面在不斷地發生著變化，日益突出的熱島現象影響著城市環境的舒適性，人們對夏季室外環境唯恐避之不及，由此導致夏季建筑空調制冷能耗的大量供應，加劇了能源的短缺。通過對景觀要素的合理設計，能夠有效調節局地微氣候，改善城市熱環境，為人們提供舒適室外環境的作用。從景觀設計要素出發，對前人所做的室外熱環境相關研究進行歸納總結，初步探討景觀空間布局、水體景觀、植被配置、鋪裝材料等景觀要素對城市熱環境的影響。
關鍵詞：室外熱環境;景觀設計;數值模擬
1研究背景及意義
1.1研究背景
隨著城市化的飛速發展，城市面積的迅速擴張，城市熱島效應也日趨嚴重，城市熱環境存在急速惡化的趨勢。廣州作為中國的一線城市，龐大的城市規模和人口規模也預示著日益上升的熱島強度。氣象數據表明，廣州城市熱島效應正在逐步的加強。由于變化尚不明顯，城市熱環境質量尚未引起城市規劃師、建筑師和景觀設計師的足夠重視，導致許多城市建設項目盲目地追求經濟效益或者視覺效果，與發展循環經濟、建設節約型社會、建立可持續發展的長遠目標相去甚遠。近年來，關于城市熱環境及綠色建筑的研究越來越深入，人們對于生活質量的要求日益提高，室外熱環境越來越被關注。
1.2課題意義
城市熱環境是地域氣候和城市規模等社會人工因素綜合作用所產生的結果，自然條件包括地理緯度、海拔高度、地形地貌、太陽輻射、風速、風向、風頻等;社會因素包含人口密度、聚居方式、綠化規模等;人工因素包括空間的幾何尺度、走向、建筑物密度、墻地面材料等因素。如此眾多的因素組合成了千變萬化的城市室外熱環境。這些組合關系恰恰影響到設計師能否在城市設計階段就考慮順應不同的自然條件，結合相應的技術手段設計出舒適的熱環境，這種熱環境技術與設計技術結合的能力正是現如今設計師所稀缺的一方面素養?，F如今設計師在方案設計階段所考慮的指標，例如綠地率，主要設計依據是國內外城市的綠地率現狀以及《城市綠地設計規范》和《城市綠化條例》，對于設計師來說，大多數設計師并不了解設計依據背后的意義和知識，以這種方式確定的方案對熱環境的改善程度不得而知。因此，對不同的景觀影響因子的定量研究非常有必要。
2文獻綜述
與城市熱環境相關的研究已經持續多年，大到宏觀層面對城市尺度空間的熱環境分析和研究，小到微觀層面某一材料的使用對局部微氣候的影響研究，都有較為成熟的研究成果，借助實測調研、軟件模擬等技術手段，得出了許多客觀的數據和結論，為城市中不同尺度空間的設計提供了切實有效的策略和建議。
2.1城市尺度
欒慶祖等利用遙感技術和地理信息技術，對北京市主城區的城市綠地及其周邊建筑物作為熱環境影響進行實測和分析，發現綠地的面積無論多大，其對周邊環境的降溫效應都限制在一定空間范圍內，在布設城市綠地時分散型綠地比集中式大綠地對周邊環境的總體降溫效應更好。喬治等構建了北京的城市熱環境區劃模型，通過分析2008年城市熱環境時空分布特征發現區域下墊面組成要素直接影響熱環境，北京城市熱環境的主成分因子依次為植被覆蓋、地形地貌、城市下墊面建設規模和人為熱排放，以此為依據可將北京劃為7個熱環境區域，從而指導城市規劃設計師根據各個分區熱環境成因機制差異分別提出相應的熱環境改善和調控措施。
2.2中觀區域尺度
馬曉陽以居住區室外熱環境的為研究對象，發現居住區建筑布局，下墊面構成，植物類型等都會對熱環境產生影響。針對居住區綠化的細致研究得出喬——灌——草綠化模式和喬——草模式對人體熱舒適調節效果最佳，草地和灌——草綠化模式的調節作用較弱。另外，在植物種類的選擇上，葉面積指數越大對熱環境效果越佳。趙敬源認為綠化是改善城市街谷熱環境最有效、最經濟的手段之一。作者利用建立的街谷動態模型，對幾種典型綠化工況進行了熱環境數值模擬。通過大量的數值試驗，定量地比較了不同綠化形式和不同綠化種類的差異對城市街谷熱環境的影響方式和影響程度，為優化城市綠化設計以改善城市戶外環境提供了理論基礎。杜曉寒廣州典型生活性街谷為研究對象，以ENVI-met模擬為主要技術手段，發現街谷走向對熱環境的貢獻最大，其次為高寬比，綠化和表面反射率，最優走向為東南——西北走向，高寬比取大為好，建筑高度統一比高低不一更好。
2.3微觀尺度
王可睿以廣州居住區水景為研究對象，對水體影響下的居住小區室外局地空氣溫度、相對濕度、風速等參數進行現場測試并計算標準有效溫度SET以作為熱環境評價指標。研究表明：靜態水體能起到一定的降溫增濕作用，持續使用的跌水瀑布對空氣的降溫增濕效果更明顯，水景結合遮陽和通風設計的綜合作用降溫效果最佳。金玲等以華南地區夏季高溫期2種不同透水性鋪地材料為研究對象，證明了可透水地面改善室外環境熱舒適性的能力明顯優于不透水地面。陳繞超運用多元逐步回歸分析的方法分別建立了基于廣州地區校園室外熱舒適評價指標ASV和邏輯斯Logit模型，強調了加強室外通風和改善遮陽條件對提高室外熱舒適的巨大潛力。丁云飛以廣州某高校圖書館為例，利用CFD模擬方法對建筑立體綠化對室外熱環境的影響進行模擬分析，結果顯示：在夏季典型計算日，與普通建筑相比，采用立體綠化，建筑前廣場、草地、河流上方1.5m處溫度都有所降低，屋面溫度降低了8℃左右，可見立體綠化可以有效地改善室外環境。
3總結
目前，國內外對室外熱環境的研究集中在實測、模擬、和評價等方面，從尺度上可分為宏觀的城市尺度，主要技術手段為對城市熱環境的進行遙感觀測，經過反復演算后對城市熱環境進行分區及研究各分區的優劣，指導城市設計方案的優化。并在此基礎上結合虛擬三維模型進行城市尺度的熱環境模擬，將實測數據與模擬數據進行比較，確定模擬數據較為準確的模擬軟件，利用該軟件對各個設計因素進行調整，以找出更為合理的城市規劃布局方式，達到更好的城市熱舒適環境;而中觀區域尺度的城市熱環境研究集中于某種類型或某種空間的熱環境實測、評價和模擬，通過研究該局部空間的各個設計因素，獲取指導該空間的設計策略;微觀的基礎設施尺度則將研究對象設定為某個設計因素，例如綠化、鋪裝、水景等，借助各種各樣的空間載體，定量地研究這些基礎設施對城市熱環境的影響，以期獲得該設計因素的普遍使用規律。
總結看來，室外熱環境的研究方法相對統一，通過現場調研、熱環境實測、軟件模擬等方式獲得準確客觀的數據，在此基礎上進行分析及評價。對于景觀要素對室外熱環境的影響從原來的定性研究上升到定量研究，進一步發展了景觀設計的理性思潮，讓設計變得有章可循。
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