大学城居住区热环境调查与改善措施研究.doc

1/25/202012:28:42 上午大学城居住区热环境调查与改善措施研究重庆大学 黄俊杰，谢玲摘要：随着大学城在各个地方的不断兴建，大学城内居住区面积也在不断的增加。居住区内建筑密度大，人口相对比较集中，人工下垫面的大量使用，建筑布局的不合理性以及人为活动造成大量人为热的排放等都会造成居住区内“热岛效应1”的产生，从而使居住区室外热环境质量变差。通过对大学城教职工住宅区内夏季的室外热环境参数进行测试和分析，得出了大学城居住区内存在明显的“热岛效应”， 人工下垫面的表面温度要明显高于自然下垫面，居住区内的建筑布局对小区内的风场和热环境产生了很大的影响等。改善居住区内的热环境就要从建筑规划入手，加大居住区内的绿化面积，合理的设计建筑布局等，从而提高人体的热舒适。关键词：大学城 热岛效应 热环境 下垫面 改善措施1 引言为了解决大学校园的土地和资源紧缺的问题，很多省市都在城市的边缘地带建设大学城2，大学城内居住区面积也在不断增大。原有的自然下垫面被大量人工下垫面所取代，其热容量和蓄热能力比较大3，对空气的加热能力也很强。另外，居住区内建筑密度大，建筑布局的不合理性以及大量人为热的排放等，都会使居住区内形成“热岛效应”，使热环境质量变差，影响到居民的生活水平、身体健康、工作和学习效率4，因此，在大学城内建造舒适的居住环境至关重要。在全球能源危机的背景下，节约能源对于我国的可持续发展至关重要5。在社会总能耗中，建筑能耗占了很大一部分，建筑能耗又与热环境状况直接相关，因此，调查和研究居住区室外热环境的变化规律，从而提出改善居住区室外热环境的措施就显的很有意义。2 大学城居住区室外热环境的实测与分析2009年7月1416日对重庆大学虎溪校区教职工住宅区内的室外热环境参数进行了测试，在居住区内选了24个流动观测点，这些测点分布在居住区内的各个位置，能够比较好的反映夏季大学城居住区室外的热环境状况。测试数据包括空气的干球温度、相对湿度、下垫面温度、风速和风向等，从早上9点开始，到晚上8点结束，每2个小时测量一次，共记录6组数据，测点分布情况如下。表1 7月1416日流动测点基本情况编号位置东经北纬下垫面性质1小平台10617.2342935.835大理石石块2N-16-110617.2212935.886水泥3N510617.0872935.860草地4N1110617.0542935.816草地5N1310617.0612935.742土地6十字路口菜市场10617.0902935.705水泥7S3-110617.0642935.646草地8水池边10617.0922935.639透水地板9小白房10617.0672935.539 水泥10S910617.0632935.504土地11S1010617.0102935.470水泥12第一个小花别墅10616.9982935.439土地13S16-310617.0062935.395水泥14S27-310617.0592935.349草地15S27-310617.0812935.317生态铺砖16S62-410617.1872935.382水泥17S57-310617.1482935.418水泥18S51-310617.2062935.450水泥19水边平台10617.1212935.480生态铺装20水池边10619.1172935.564 草地21S3010617.1902935.699 水泥22物业十字路口10617.2242935.761水泥23水泥平台10617.2092935.784水泥24售楼处10617.2512935.816水泥2.1 空气温度的变化情况图1 流动测点空气温度变化图从图1中可以看出各个测点的空气温度基本上遵循先上升后下降的趋势，在下午15：0016：00这个测试段内空气温度达到最大。其中13号测点在上午第三轮测试时下降了1.8，这主要是因为第三轮测试时风速达到了最大值2.25m/s，而第二轮测试时风速只有0.40m/s，且该测点位于小区西面的外围，容易形成较好的自然通风，从而使空气温度有所下降。在第四轮测试时1号测点的空气温度最低，为36.1，比21号测点（空气温度最高，为38.8）低了2.7，可见小区内存在明显的“热岛效应”。1号测点周围的绿化状况与其它测点相比较好，且1号测点位于小区东北方向的外围，通风状况较好，这些都能使1号测点附近的空气温度降低。21号测点的下垫面为水泥，这种人工下垫面的吸热和蓄热能力比较强，周围的绿化状况也比较差，且在上午一直处于太阳的照射下，周围建筑也不会在此形成建筑阴影，一天之中接受的太阳辐射比较多，这些都使得21号测点的空气温度比较高。由此可以看出，空气温度与太阳高度角、绿化状况、下垫面性质和建筑的布局等直接相关。2.2 空气相对湿度的变化情况图2 流动测点空气相对湿度变化图从图2中可以看出空气相对湿度的变化规律与空气温度的变化规律相反，在早上和晚上的空气相对湿度最大，大部分测点的相对湿度在下午15：0016：00左右达到最低，与此时的空气温度最高正好对应。其中在第三轮到第四轮的测试中，1号测点处的空气温度在升高的同时，空气相对湿度也在增加，其空气相对湿度由51.7%升高到57.9%，增幅比较大，这与1号测点周围的绿化状况与其它测点相比较好有关。1号测点周围乔木比较多，从第三轮测试到第四轮测试中植物的蒸腾作用加强，向空气中散发的水蒸气量比较大，植物的蒸腾作用对相对湿度的影响高于空气温度的升高对相对湿度的影响，从而使1号测点在空气温度升高的同时空气相对湿度也升高。17号测点和22号测点的空气相对湿度比较低，这也与两个测点周围的情况有关。17号测点位于联体别墅区，建筑阴影时间比较短，接受的太阳辐射比较多，22号测点位于小区东面的外围，周围没有建筑物的遮挡，空气和近地面物体接受的太阳辐射比较多，使得空气温度相对较高，空气相对湿度也就比较低。2.3 下垫面温度变化情况图3 各流动观测点下垫面表面温度变化图从图3中可以看出下垫面表面温度的变化规律较空气温度的变化规律更加复杂，大部分测点下垫面表面温度的变化规律基本上和空气温度的变化规律相同，在下午15：0016：00这个时间段内达到最高。8号测点位于湖边的树荫下，在前三轮测试中由于太阳高度角的增加，太阳光线斜射到地表，所以树荫的遮阳作用不是很明显，而随着太阳高度角的升高，太阳光线直射下来，遇到树叶的遮挡，地表所接收的太阳辐射就会比较少，使得地表的温度不会继续升高，并且会下降。第四轮测试时8号测点的地表温度为42.4，比第三轮测试低1.4，可以看出树荫对地表温度的影响，在居住区内种植乔木可以适当的降低地表的温度，从而减弱“热岛效应”。 7号测点地表温度的变化比较平坦，这主要与7号测点的地表为草地有关，植物可以利用蒸腾作用来降低地表的温度，太阳辐射越强烈，植物的蒸腾作用越强，从而使得地表的温度变化幅度不大。以上得出绿色植物可以降低地表的温度，减弱“热岛效应”，进而提高人体的热舒适度。2.4 空气温度与下垫面表面温度的比较与分析图4（a）典型点空气温度变化图图4（b）典型点下垫面表面温度变化图图4（a）中空气温度的最大值按照由高到低的顺序依次为：水泥（37.5）、草地（37.3）、生态铺砖（37.0）、透水地板（36.8）、土地（36.7）和大理石石块（36.1），最大值和最小值相差1.4。下垫面表面温度的最大值按照由高到低的顺序依次为：水泥（47.5）、生态铺砖（47.2）、透水地板（43.8）、土地（40.7）、大理石石块（39.6）和草地（37.3），最大值与最小值相差10.2。各个测点的空气温度和下垫面表面温度不成对应关系，水泥的表面温度最高，在前三轮测试时6号测点的空气温度不是最高的，草地的表面温度基本上处于最低的位置，但7号测点处的空气温度却相对较高，在第三轮测试时达到最大，所以空气温度与下垫面的性质不成对应关系，空气温度是多个因素共同影响的结果。从（b）图中可以看出，水泥的表面温度最高，（a）图中6号测点的空气温度也基本上处于最高的位置，所以水泥是最不好的下垫面材料。大理石石块的表面温度在人工下垫面中最低，（a）图中1号测点的空气温度也处于最低的位置，不过1号测点的空气温度处于较低的位置也与1号测点周围的绿化情况有关。下垫面的表面温度越高，对周围人体造成的热辐射就会越多，人体就会感觉比较热。2.5小区内不同测点的风速和风向的变化情况2.5.1 风速的变化情况图5 各个测点的风速变化图从图5可以看出，风速的波动比较大，这与小区内的建筑布局有很大的关系。其中风速最大值超过2m/s的有1号测点、5号测点、13号测点、19号测点、22号测点和23号测点，这些测点中大部分位于小区的外围，19号测点位于小区中间比较开阔的水体旁，可见风速较大的区域基本上都处于不受建筑阻挡的区域或者是较开阔的区域，小区内的建筑布局对风速的变化有很大的影响。2.5.2 风向的变化情况从图6可以看出，小区内的主导风为东东南和南东南，偏向东风，小区内的建筑群应尽量的布置成南北朝向，或者偏东南方向，这样可以在夏季有效地组织居住区内的通风。在大学城这种微气候条件下，夏季白天的山谷风是从东边吹向西边的，而在夏季白天的温度比较高，需要大风速来改善居住区内的室外热感觉，所以居住区的东边应尽量降低建筑密度，留出必要的风道，便于小区内风的流通。3 大学城居住区内热环境的改善规划建设根据重庆市大学城的地理位置，从建筑规划的整体着手，充分利用大学城周围的地势形态和气候条件，来研究和制定改善居住区室外热环境的措施。在居住区内加大自然下垫面的面积，可以对周围的热环境起到很好的改善作用。小区东边应尽量减小建筑密度，或者布置低矮建筑，为白天风的流通提供必要的通道。对于主导风向上建筑密度较大的情况，可以对这些外围建筑采用底层挑空的办法，消除部分静风区。联体别墅区的层高比较矮，建筑密度稍大，其内部的温度场、湿度场和风场较花样洋房区稍差，所以为了改善联体别墅区的热环境，可以在联体别墅区栽种高大的落叶乔木。另外，应尽可能的加大小区内的绿化面积，居住区内绿化有观赏、休憩和改善生态环境等多种作用，可在街道两旁多种植高大树木，增加小区中植被的覆盖率来缓解小区内的“热岛效应”。同时可以进行屋顶绿化6，在屋顶植草皮，种小树，墙面（尤其是东，西侧朝向的墙面）挂上爬山虎等藤本植物，在夏季可使室内温度有一定程度的下降。最后，在小区内增设人工水体，如喷泉等，可以较好的改善周围的热环境状况。4 结语随着我国经济的高速发展，人们越来越关心自己的生活质量，居住环境也就越来越受到人们的关注。“可持续发展”战略倡导在创造舒适居住环境的同时，还要注意节约能源，特别是推进建筑节能，构建节约型社会7。充分利用现代科学技术，研究大学城居住区室外的热环境状况，进而制定出改善大学城居住区室外热环境的可行措施，从而创造出一个健康、舒适、节能的大学城居住环境。参考文献：1张崇飞，何雪冰，杨德位.浅谈城市热岛J.山西建筑，2009，35（5）：3403412李