应对城市热岛效应的措施

应对城市热岛效应的措施——在建筑单体设计和城市设计中应对热岛效应摘要：城市热岛效应是影响城市热环境的主要因素，文章提出应对城市热岛效应的两个措施，一是节能减排，二是绿化营造；并分别从建筑单体设计和城市设计两方面论述了这两个措施。关键词：城市热岛效应；节能减排；绿化营造；建筑单体设计；城市规划引言：人们，古到今、中到外，都在努力地创造着丰饶的物质文明：我们有了山顶洞人、母系社会、父系社会、奴隶社会、封建社会到当今新社会；我们有了洞穴居、巢居、聚落、村庄一直到有了当今大城市。人们在享受着上一代人们奋斗留下的物质财富，又在此基础上继续创造着财富馈留给下一代……突然，有一天，有些人们发觉：这世界怎么了，怎么变得这般热，犹如占大多数的燥热的人群，热得不靠谱；再突然，发觉世界变热的人越来越多，于是，人类的工作又多了一项：城市热环境研究，“温室效应”、“城市热岛效应”、“绿色城市”、“生态城市”……等字眼开始窜入了人们已显麻木的眼球。一、城市热岛效应无锡市区城市热岛效应严重，气温反超被称为“火炉”的南京；近年来我国出现了“新三州火炉城市”——杭州、广州、福州；重庆42°高温，烈日下可以现煎熟鸡蛋；城市树木夏季返黄现象……上面提到的高温无一例外地都青睐于大城市，像是在讽刺地跟人们说：“我也喜欢大城市”。这无疑是城市热岛效应的作用，城市“热岛效应”（图1）是一种城市气温明显高于郊区的现象，而造成城市“热岛效应”的原因主要有以下几点：1）.空调、机动车的使用：排放的热量大大加剧了大气环境的污染和增加了城市大气热量,使原来在夜间或下半夜城市大气休养生息自我调节大气环境的时间大大缩短,造成了大气环境变热的恶性循环,致使盛夏高温天气延长,温度居高不下。2）.高楼林立且规划落后，造成高层热辐射、光污染、阻碍城市正常通风。图13）.下垫面的改变：城市是受人类影响最强烈的区域,在一些较发达的城市,城市的地面多为水泥、柏油等覆盖,且建筑物密集，几乎不存在自然状态的下垫面,城市绿地大多是人工绿地,绿地植物或多或少地依赖于人工养护，产生能源消耗。图1人类活动赖以维持的基本保障是“衣、食、住、行”，而这当中很大一部分也是最重要的一部分是人类对“取暖”的必须；而现在，生活在文明大都市的人们却受着酷热的煎熬，或许我们可以感叹一下提出“物极必反”的古人的睿智，而更迫切的是我们要解决城市热岛效应，当我们奔波于太阳之下，到处热气腾腾、烘晒晕晕，我们多么希望路边有着成荫的树木，为我们提供庇护。笔者认为，要解决城市热岛效应、改善城市居住条件，有两个主要途径：一是从人类自身出发，节能减排；二是从外部环境出发，营造绿化，也就是依靠植物来改善城市环境。二、从人类自身活动出发，节能减排节能减排就是减少热量的排放量和排放频率，为大气环境提供一个喘息和净化的机会，节能减排涉及到很多方面，笔者在这里只讨论城市建筑和城市规划方面的节能措施。之一，节能的建筑节能建筑能节地、节材、节电、节水,建设节能建筑冬天能提高室温3—5摄氏度左右,夏天能降低3摄氏度左右,采用空调、采暖设备时比一般建筑可节约一半的能耗。建设生态环保节能建筑能减少使用空调和减少使用空调时间。城市的人多、建筑也多，而建筑通过人类的活动成为了大气的一个负担者，或者说建筑通过人类的活动也开始需要“呼吸”，于是大气就需要承载更重的负担，如果能够在建筑单体上进行必要的节能设计，这样总的累计起来就是对减弱城市热岛效应的一大功劳。建筑节能的设计方法有很多种，其中建筑遮阳和建筑地域性是两个主要方面。1）建筑遮阳随着生产力的提高，建筑材料与建筑技术的不断发展，更有人们对打破室内外空间严格区分的要求，建筑形式开始发生大的变革。钢筋混凝土的出现、框架结构的普及、玻璃的发明一直到玻璃幕墙使用，人们在享受着更加开敞、明亮的建筑空间的同时，也更强烈地受到遮阳的困扰，于是，很多建筑师就开始考虑建筑的遮阳问题，也由此衍生出了真正意义上的建筑遮阳技术。图2遮阳形式通常分为4种——水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳、挡板遮阳（图2）。一般来说，水平式遮阳板适用于南向及北向，遮挡高度角较大的阳光；垂直遮阳有利于遮挡从两侧斜射而高度角较小的阳光；综合式遮阳板主要适用于南向、南偏东和南偏西向，适于遮挡高度角较小、从窗侧面斜射下来的阳光；挡板式遮阳适用于东、西朝向的窗口，遮挡太阳高度角较低、正射窗口的阳光。各种遮阳设施采用的材料一般为混凝土、钢铁、木材、铝合金、篷布等，由于铝合金材料具有的轻质高强、耐久性、蓄热性以及导热性较低，工艺也比较成熟，所以成为当前国内外遮阳设施的常用材料。图2当建筑师呼吁别人节能减排时，却发现因为自己设计的建筑使得人们不得不使用空调，那么建筑师就是无能的。建筑遮阳做得好，能够解决很大一部分建筑能耗，通过自然条件和建筑构造为人们营造舒适的活动空间。在城市中，有着大量的高层，高层的遮阳更为重要，事实上人们已经发展出呼吸幕墙，不仅解决了遮阳问题也在解决着城市热岛效应2）建筑地域性建筑的地域性是指建筑师借鉴当地建筑的一些做法，比如利用当地的材料、当地建筑的选址和布局，很好的利用当地的气候条件，从建筑的建造、使用到维护上都体现节能的能动性。这里举印度建筑师查尔斯·柯里亚为例，他的建筑根植于印度本土，借鉴印度传统建筑，因地制宜，创造出了很多优秀建筑，如管式住宅（图3）和HYPERLINK"/proj/detail2447.htm"干城章嘉公寓楼（图4）,都体现了对建筑地域性的探索和应用。图3图4图3图4图4图4对当地建筑材料的应用也能起到节能减排的作用，建筑材料的特征与地理、气候、环境等因素密不可分，是人类与自然环境互动的结果。首先是能够减少建造上的成本，建筑物的营造“就地取材”；其次当地材料能够很好适应所处气候，减少建筑的能耗。如闽南的石材及红砖铺地，据测量，两种铺地在夏季室外对人体的热舒适性影响尚可（图5），其中红砖铺地的效果更为明显，闽南传统红砖由于采用红黄土壤烧结而成，其砖体本身为具有均匀孔隙的透水实体，平均吸水率为18%，这样的砖体材质在闽南潮湿多雨的气候条件下，可以将一部分水分蓄积在砖体内部，同时雨水还可以透过砖面渗透到下部垫层中去，在受到太阳辐射的影响而使砖体温度较高时，热量可以通过砖体传递到其内部及下部垫层，使其中的一部分水分通过汽化的形式散发出来，从而带走红砖本身的一部分热量，达到了砖体降温的效果。图5图5红砖和石材用于室外铺地，对人体热舒适性的影响与太阳辐射、温湿度和风速等自然因素相关，整体热舒适性尚能接受，且红砖优于石材。这也从人居舒适性方面阐释了闽南“红砖文化”和“石材文化”得以延续的原因。之二，节能的规划大城市需要多量且集中的建筑群作为载体，在建筑多、植被空地少的这样一种图底关系中，通过规划来合理减少建筑能耗显得更加重要也更加的可行。在人类新建的建筑类型中，主要分为两大类：多层、小高层建筑群和高层建筑群。对多层、小高层建筑群的节能规划：优先考虑建筑物的走向我们在进行建筑的规划与设计时必须将节能设计当作重要的内容，在进行设计时要综合考虑建筑的总平面并进行合理的布置，其次还要考虑建筑的平面、立面和剖面形式，还要对诸如太阳光的照射方向、自然通风等气候参数进行综合考虑，并将它们对建筑能耗的影响大小进行综合分析。这样建筑出来的建筑物，在冬天可以充分利用太阳能来取暖，从而节约煤炭资源，使采暖负荷大大降低；在夏天可以尽最大可能地减少太阳照射带来的热量，还可以充分利用大自然的风使得温度降低，从而减少空调的使用，使制冷负荷大大降低。因此，我们在考虑建筑物的走向时一般优先采用南北走向或者接近南北走向。平面规划设计主要从室内的角度进行考虑。在规划设计过程中，我们主要考虑夏季的通风和冬季的采光。利用自然资源进行节能。在对屋面的规划与设计方面，我们要合理地选择保温层，既不要选用密度大、导热性能好的材料，也不要选用吸水性能好的保温材料，而应该选用高效保温材料。（图6）图6图6对高层建筑群的节能规划：在高层建筑设计中，高层建筑不是错落有致的规划建设,而是争相往商业闹市区、道路两侧等商家要地建设,这些高层建筑一是挡住了城市夏天的风道(车有车道,河有河道,风有风道),二是经过太阳暴晒后,墙体散发了大量的辐射热量。这些规划的落后，造成了建筑能耗的大大提升，降低了人们的生活质量。应该根据城市的朝向、街道的朝向、住宅小区的位置、广场、河道等朝向利用自然和地形地貌科学规划城市空间风道,科学规划高层建筑座落的位置,尽量避开在城市的南面建设密集的高层建筑,使夏天的东南风能通过“风道”进入城市,把太湖的东南风迎进城市。在城市其他区域建设的高层建筑也应错落有致,留有空间。使风有道,改善城市高层建筑辐射的热岛效应。三、从外部环境出发，营造绿化绿化的营造，其实是贯穿于建筑和规划之中，在这里单独提出来，是要体现绿化的重要性。营造绿化也可分为建筑单体绿化和绿化用地规划，建筑单体绿化主要体现在垂直绿化、遮阳绿化、屋顶绿化等几个方面，如杨经文的绿色建筑设计，绿化用地规划是从城市规划的视野，合理布置城市绿地，形成能呼吸的绿化体系，下面主要讲述绿化用地的规划。图7图7下垫面的改变（图7）是城市形态的一大特征，人类活动的需要，使得原本自然地表被水泥硬地取代，这严重阻断了能耗的自然循环，国内外已有不少学者开展了这方面的研究，结果表明，当绿化覆盖率大于30%，绿地对热岛有较明显的削弱作用，覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减极其明显。绿色空间缓解热岛效应,主要是通过植物生理活动中产生的生态效益引起的。植物通过蒸腾作用,从环境中吸收大量的热量,降低环境空气的温度;植物通过光合作用,大量吸收空气中的二氧化碳,抑制温室效应;植物还能够滞留大气中粉尘,减少引起空气升温的颗粒物。图8图8上图（图8）是深圳市2005年城市绿地分布图与地表温度分布图的对照，得出：城市绿化覆盖率越高,降温效应越明显;在绿化覆盖率相当的情况下,大面积集中的绿地的降温效应明显高于面积小的绿地。可以看出，城市绿地的类型、结构及其格局特征均对城市热环境空间分异具有显著影响,在城市绿地中,有着三种主要绿地类型：郊区绿地、公园绿地和高校绿地，在城市规划中，应当合理布置这三类绿地，充分应用绿地景观的热环境效应特征,重视大面积绿地的设留，以期使城市绿地建设能够更好地担负其必要的生态服务功能。四、总结城市热岛效应是影响城市热环境的主要因素，在应对热岛效应的中一方面要化整为零，从建筑单体设计入手，做好各个单体的节能设计；另一方面要从大局入手，做好城市规划，运用良好的天然条件，发挥公共绿地的优点。从两方面着手，做好节能减排