【《交通型海绵街谷形态研究相关理论基础综述》4600字】

交通型海绵街谷形态研究相关理论基础综述目录TOC\o"1-3"\h\u12258交通型海绵街谷形态研究相关理论基础综述 198111.1相关概念界定 1210901.2街谷空间形态 2269461.3污染物 4143101.4室外热环境 594361.5热环境评价指标 6街谷是室外行人活动场所和行为空间之一，是城市重要的基本组成单元。在这个由相邻建筑、道路、景观围合而成的“峡谷”空间内，其空气质量和热环境的质量决定着城市室外环境的质量，对街谷内行人的健康、舒适以及周边建筑的能耗都有影响。1.1相关概念界定（1）街谷Nicholson于1975年首次提出了城市街谷（StreetCanyon）的概念，城市街谷是城市重要的基本组成单元，它是指城市覆盖层内相邻建筑物与地面围合形成的类似“峡谷”空间，也叫做“街道峡谷”REF_Ref25147\r\h[44]。城市道路根据主要使用对象和使用功能的不同，可以分为交通型道路、生活型道路和混合型道路，交通型道路以提供车辆交通运输为主要功能，生活性道路以提供人群活动空间为主REF_Ref23570\r\h[42]，混合型道路兼具两者功能。交通型道路与临街建筑形成的“峡谷”空间即为交通型街谷，类似地，街谷还有生活型街谷和混合型街谷，本文的研究内容即为交通型街谷。（2）交通型海绵街谷本文将以交通运输为主要功能的海绵道路与临街建筑形成的“峡谷”空间定义为“交通型海绵街谷”。相应地，将以往传统的没有“海绵措施”的道路与临街建筑所形成的“峡谷”空间定义为普通街谷。1.2街谷空间形态如上一章中国内外研究现状所述，不同街谷空间形态下的街谷环境千差万别，因此在研究街谷热环境与污染物之前，首先要探究街谷的一些典型的几何特征。（1）街谷高宽比街谷两侧建筑物的平均高度（H）与街谷宽度（W）的比值叫做街谷高宽比（H/W），如图1.1所示，它能够反映街道的紧凑或开敞程度，是街谷几何形态的重要参数之一。H/W<0.5时为开敞型街谷（或浅街谷），H/W≈1时为典型街谷（或理想街谷），H/W>2时为密集型街谷（或深街谷）。还可以根据街谷两侧建筑高度的不同将其分为对称街谷和非对称街谷两种，若两侧建筑物大致等高即为为对称街谷[45-46]。图1.SEQ图2.\*ARABIC1街谷高宽比示意图（图片来源：作者自绘）国内外目前关于高宽比对街谷热环境和污染物影响的大量研究成果中，无一例外地证实了高宽比是影响街谷热环境的重要因素之一。阿尔及利亚的Ali-Toudert等人的通过对0.5、1、2和4四个不同高宽比的对称街谷进行了数值模拟研究，结果发现：随着高宽比的增加，街谷内的空气温度呈下降的趋势，行人的热舒适可以通过增大高宽比来改善REF_Ref25356\r\h[47]。以色列的Pearlmutter等人通过对0.33、0.66、1、2四个不同高宽比的街谷进行夏季模拟研究，结果发现如果街谷高宽比较大，其两侧的建筑对太阳辐射的遮挡能够起到减少白天热负担的作用。但是在夜间，如果高宽比较大会街谷内部风的流通形成阻碍，限制长波辐射散热，产生热岛效应REF_Ref25385\r\h[48]。摩洛哥的Johansson等人通过对高宽比9.7的深街谷和0.6的浅街谷对比研究发现，深街谷在夏季昼间温度较低，夜晚则温度较高REF_Ref25412\r\h[49]。我国杜晓寒等人在广州地区的相关研究同样发现，夏季白天，在高宽比较大的街谷中，太阳辐射能够被有效遮挡，热舒适较好，但另一方面大的高宽比会导致冬季白天受到的辐射较小，造成街谷内部温度较低，热舒适较差[27,29,50]。王振等人在武汉针对不同高宽比街谷所做的研究也表明，街谷高宽比越大夏季街谷内气温越低，反之气温越高。同时，随着高宽比的增大最热时段的气温呈逐渐降低的趋势[54]。赵敬源等人在针对西安地区不同高宽比的街谷所做的数值模拟研究发现，街谷内温度与平均辐射温度并非呈现线性变化，街谷内热环境在高宽比处于1：0.9时开始出现恶化，并将高宽比1：0.9定义为街谷的数值极限REF_Ref18433\r\h[13]。（2）街谷走向街谷走向表达了街谷空间的延伸方向，不同走向的街谷对街谷内空气流速、太阳入射角度和街谷内各界面接收的辐射量有直接影响。以夏至日和冬至日为例，在夏至日当天同时段内，南北走向街谷较东西走向街谷能形成更大的阴影区域，获得的太阳辐射较东西走向更少。在冬至日，南北走向街谷在中午时可被太阳直射，而东西走向街谷南侧当天会出现永久阴影区REF_Ref25385\r\h[48]。阿尔及利亚的Bourbia等人通过实测研究发现在夏季东西走向街谷内的温度要明显高于南北走向街谷REF_Ref18067\r\h[7]。Ali-Toudert和我国的杜晓寒、王振等人的相关研究均表明，当街谷高宽比一致时，相较于持续高温的东西走向街谷，街谷南北走向在夏季有更好的热环境，对行人的热舒适有利[47,50,51]。（3）道路宽度道路宽度会对街谷的通行能力产生影响，街谷越宽，机动车道的数量就越多，通行能力也就越高REF_Ref25526\r\h[52]。王振等人在武汉做的相关研究显示，当街谷走向和高宽比都一致时，街谷内的道路越宽，接受到太阳辐射的范围就越大从而会使地面温度升高，所以会导致其热环境要比道路宽度较窄的街谷差REF_Ref25552\r\h[51]。（4）绿化绿化主要包括绿化形式、植物种类、种植密度、植物配比、群落结构和树木自身因素等。阿尔及利亚的Ali-Toudert等人通过模拟发现，树木的叶面积指数、叶面积密度和冠层大小等要素会影响太阳辐射的透过程度，影响街谷中行人所接受的太阳辐射量，合理种植绿化可以改善街谷热舒适状况REF_Ref25578\r\h[53]。赵敬源等人在西安对乔、灌、草三种绿化形式对街谷热环境的影响做了模拟研究，结果表明对街谷街谷热环境改善效果乔木>草坪>灌木，是因为乔木的大树冠对太阳辐射起到了遮挡作用，同时若要使街谷内的热环境得到实质性的改善，需要将其连排种植[54-55]。吴学谦在杭州所做的相关研究也指出，树木能够利用树冠遮挡直射阳光并吸收热能进行蒸腾作用，在保障街谷交通安全前提下，选择种植树冠较大、冠型适宜的乔木树种及乔灌草复层群落结构有利于降低街谷温度，改善街谷热环境[56-57]。（5）下垫面反射率下垫面反射率会对下垫面对太阳辐射的吸收量造成影响而导致下垫面温度的不同，进而对街谷内的空气温度、相对湿度和平均辐射温度产生影响。通常深色表面的反射率较小，会吸收更多的太阳辐射，从而使街谷过热，对热舒适不利REF_Ref20379\r\h[25]。但赵敬源等人在西安地区所做的研究表明，如果仅通过提高下垫面反射率而达到改善街谷热环境的目的，其效果是微乎其微的。虽然较高的反射率能够使下垫面的温度明显下降，但同时也会使得街谷两侧墙体表面温度有所增加，最终街谷内热舒适情况并无明显改善REF_Ref20379\r\h[25]。1.3污染物污染物的分类有多种方法（如表1.1所示），基于本文的研究内容，选择按影响的环境要素这一分类方法，主要研究大气污染物。表1.SEQ表2.\*ARABIC1污染物的分类分类方法分类结果污染物按来源分自然来源的污染物人为来源的污染物按影响的环境要素分大气污染物水体污染物土壤污染物按形态分气体污染物固体污染物液体污染物······大气污染物是由人类活动或自然过程排入大气的，能对人和环境产生直接或间接危害REF_Ref25862\r\h[58]，有气溶胶态（烟、雾、粉尘等）和气态（含硫化合物、碳的氧化物等）两种状态。赵敬源在《城市街谷空间污染物扩散与分布》一书中从环境尺度的角度将大气污染物分为城市尺度大气污染物、街谷尺度污染物和建筑单体尺度污染物三类，本文的研究范围为街谷尺度污染物。街谷污染物的主要来源之一是机动车尾气的排放，近地面处尤其是行人的呼吸高度附近是街谷内污染最为严重的区域REF_Ref18139\r\h[9]，尾气中所包含的CO、NOx、HC、硫化物及细颗粒物等污染物将直接危害人类健康。同时，相关研究也表明，机动车尾气排放和机动车行驶引起的道路扬尘所导致的大气粉尘污染也是近几年雾霾天气频繁发生的重要原因之一。而在各类粉尘颗粒物中，由于PM1.5（细颗粒物，FineParticulateMatter）能够在大气中长时间停留并且极易附带有毒有害物质（如重金属、微生物等），粒径小容易进入人体引起肺泡发炎，对人类健康极为不利。而多个城市对PM1.5的来源所做的相关解析结果表明，大气中PM1.5的首要来源之一便是机动车尾气的排放[59-61]。无疑，PM1.5已经成为影响城市大气环境的重要污染物之一，在目前乃至未来一段时间内，对PM1.5的控制和治理仍将是城市空气质量改善工作中亟待解决的问题之一REF_Ref26153\r\h[62]。基于此，本文也将选择PM1.5作为污染物的研究对象。1.4室外热环境热环境包括室内热环境和室外热环境，基本本文的研究内容，在此对室内热环境不做研究。室外热环境的构成因素主要有室外空气温度、湿度、风速、太阳辐射等。1.5热环境评价指标人是街谷的使用者，街谷内的空气温度、相对湿度和风速会影响人体对环境的满意度，当然，人的着装、行为活动等自身因素也会影响到人体对环境的满意度。这就需要一个客观的有效的评价指标来衡量人在街谷中的舒适情况，基于此，热舒适度指标逐渐被开发出来。热舒适度是描述人们在开放空间中主观温度体验的关键指标，它总结了太阳、风、空气温度和湿度对热感的影响。当下，评价人体热舒适的指标有很多，主要包括经验模型指标（表1.2）与机理模型指标（表1.3）两大类REF_Ref26257\r\h[64]。前者侧重于评价空气温度、湿度、风速等热环境参数对人的影响，较少考虑人的个体差异，如身高、体重、行为活动等，如ET（有效温度）、WBGT（湿球黑球温度）等。表1.SEQ表2.\*ARABIC2部分经验模型指标REF_Ref26257\r\h[64]热舒适指标特点局限性ET考虑Ta、RH和风速等环境参数的影响仅对室内热环境适用且缺少对人体生理因素的考虑WBGT在考虑热环境影响的基础上同时考虑人体生理因素的影响仅对炎热的气候环境适用，寒冷或舒适情况下并不适合而机理模型指标则在考虑热环境因素的基础上，综合考虑了人的生理因素，常见的指标有PMV（预测平均热感知）、ET*（新有效温度）、SET*（标准有效温度）、OUT_SET*（室外标准有效温度）、PET（生理等效温度）和UTCI（通用热气候指标）等。表1.SEQ表2.\*ARABIC3部分机理模型指标REF_Ref26257\r\h[64]热舒适指标特点局限性PMV考虑了人体生理因素对热舒适的影响仅对着装相对轻便且无剧烈活动的人适用ET*考虑了皮肤湿润度的影响当风速较低时适用且仅对着装相对轻便且无剧烈活动的人适用SET*考虑了人体的活动和衣着的影响仅对室内热环境适用OUT_SET*在考虑热环境影响的基础上同时考虑人体生理因素的影响预设的相对湿度会随空气温度改变，精度不高UTCI所有气候、季节均适用，范围广仅对室外热环境适用但很难通过指定人的行为活动或服装热阻确定人体热生理变量值PET（生理等效温度）是Mayer和Höppe在对人体体温调节过程进行研究提出慕尼黑人体能量平衡模型的基础上而推导出的热舒适评价指标REF_Ref26675\r\h[65]，定义为在给定环境下的生理平衡温度，其值等于典型室内条件下（平均辐射温度等于空气温度，风速0.1m/s，水汽压12hPa）达到室外同等的热状态（相同的核心与表面温度）所对应的气温REF_Ref10443\r\h[46]。其评价标准如表1.4所示。表1.SEQ表2.\*ARABIC4PET评价标准PET/℃<44~88~1313~1818~2323~2929~3535~41>41热感觉很冷冷凉微凉舒适微暖暖热很热同其他热舒适评价指标相比，PET有以下优点：（1）具有普适性。PET适用于不同地区，且适用于全年气候条件；（2）在计算中综合考虑了时间、地理位置、主要气象参数、个人因素、活动及着装对舒适度的影响；（3）单位为℃且能够运用软件进行计算，易于理解和表达。近几年来在室外热环境研究中被国内外学者广泛使用。基于以上优点，本文选择将PET作为室外热环境评价指标。PET的计算是基于前期实测的热环境数据，通过RayMan模型（德国弗莱堡大学Matzarakis等人于2007年开发的热环境评估模型）进行计算得出。Rayman模型主界面如图1.2所示。图1.SEQ图2.\*ARABIC2RayMan模型主界面（图片来源：RayMan模型）RayMan模型在进行计算时所需要的热环境参数包括空气温度（Ta）、相对湿度（RH）、风速（v）和平均辐射温度（Tmrt）REF_Ref26257\r\h[64]，其中Ta、RH、风速均可通过实测获得，Tmrt则根据实测数值参考JGJ/T347-20144《建筑热环境测试方法标准》REF_Ref27012\r\h[66]根据公式（2-1）计算得出。（2-1）式中：表