城市街谷空间对行人热舒适的影响研究报告

城市街谷空间对行人热舒适的影响研究报告一、城市街谷空间的基本特征与热环境形成机制（一）街谷空间的形态构成城市街谷是由两侧建筑立面、顶部天空界面以及底部地面围合而成的线性空间，其形态特征主要由建筑高度（H）、街道宽度（W）以及二者的比值（H/W）决定。不同的H/W比值会形成差异显著的空间形态：当H/W＜0.5时，街谷较为开阔，天空视野率（SVF）较高，阳光可大面积直射街道；当0.5≤H/W≤1时，街谷空间处于过渡状态，建筑对街道的遮挡作用逐渐增强；当H/W＞1时，街谷呈现出明显的“峡谷效应”，仅在正午时段可能有阳光直射，大部分时间处于建筑阴影覆盖之下。除了H/W比值，建筑的布局方式也会影响街谷的热环境。平行布局的建筑形成的街谷，其热环境受季节和太阳高度角的影响更为显著：夏季，东西走向的街谷会受到长时间的太阳直射，导致街道温度急剧升高；而南北走向的街谷则能有效减少阳光直射时间，保持相对较低的温度。交错布局的建筑则会在街谷内部形成复杂的阴影区和通风廊道，进一步加剧热环境的空间异质性。（二）街谷热环境的形成机制街谷热环境是太阳辐射、建筑蓄热、通风条件以及人为热排放等多种因素共同作用的结果。太阳辐射是街谷热环境的主要能量来源，其强度和时长直接决定了街谷的温度水平。建筑立面和地面在吸收太阳辐射后，会通过长波辐射和对流换热的方式将热量释放到街谷空间中，导致空气温度升高。此外，建筑材料的热工性能也会影响蓄热和放热过程：混凝土、石材等重质材料具有较高的热容量，能够吸收大量热量并在夜间缓慢释放，导致街谷夜间温度居高不下；而木材、玻璃等轻质材料的热容量较低，蓄热和放热过程相对较快，对街谷热环境的影响较小。通风条件是影响街谷热环境的另一个关键因素。当街谷与主导风向平行时，空气能够顺畅地穿过街谷，带走热量和污染物，有效降低街谷温度；当街谷与主导风向垂直时，建筑会对气流产生阻挡作用，形成涡流区，导致通风不畅，热量积聚。此外，街谷内部的风速还会受到建筑高度、街道宽度以及周边地形的影响：高层建筑会形成“狭管效应”，增加街谷内部的风速；而低矮建筑则对风速的影响较小。人为热排放也是街谷热环境的重要组成部分。城市街道上的机动车、空调外机、餐饮店铺等都会向街谷空间释放大量热量，尤其是在交通高峰期和夏季，人为热排放会进一步加剧街谷的热岛效应。研究表明，在城市中心区域，人为热排放对街谷热环境的贡献可达20%以上。二、行人热舒适的评价指标与影响因素（一）热舒适的评价指标行人热舒适是指行人在街谷空间中对热环境的主观感受，其评价指标主要包括物理指标和主观评价指标两类。物理指标主要包括空气温度、相对湿度、风速和平均辐射温度（MRT），这些指标能够客观地反映街谷热环境的物理特征。其中，平均辐射温度是衡量人体周围辐射热环境的重要指标，它综合考虑了太阳辐射、地面和建筑的长波辐射等多种因素，对行人热舒适的影响最为显著。主观评价指标主要包括热感觉投票（TSV）和热舒适投票（TCV）。热感觉投票通常采用7级标尺，从“极冷”到“极热”，让行人对当前的热环境进行评价；热舒适投票则采用5级标尺，从“极不舒适”到“极舒适”，反映行人对热环境的接受程度。此外，还有一些研究采用热偏好投票（TPV）和热可接受度投票（TAV）等指标，进一步了解行人对热环境的需求和期望。为了更全面地评价行人热舒适，研究人员还开发了一些综合评价模型，如预测平均投票（PMV）模型和标准有效温度（SET*）模型。这些模型综合考虑了人体的代谢率、服装热阻、空气温度、相对湿度、风速和平均辐射温度等多种因素，能够较为准确地预测行人的热舒适状态。然而，由于这些模型是基于实验室环境开发的，在应用于实际街谷空间时可能会存在一定的误差，需要结合现场实测数据进行修正。（二）影响行人热舒适的因素除了热环境的物理指标外，行人的个体差异和行为习惯也会影响热舒适感受。个体差异主要包括年龄、性别、身体状况、代谢率等：老年人和儿童对热环境的适应能力较差，更容易感到热不适；男性的代谢率通常高于女性，对热环境的耐受能力也更强；患有心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的人群，其热舒适阈值会显著降低。行为习惯也是影响行人热舒适的重要因素。行人在街谷空间中的活动强度、行走速度、停留时间等都会影响其代谢率和产热过程：快速行走时，人体的代谢率会显著增加，产热量也会相应提高，导致行人更容易感到热；而长时间停留则会使人体逐渐适应热环境，热舒适感受会有所改善。此外，行人的服装热阻也会影响热舒适：夏季穿着轻薄透气的服装能够有效提高热舒适，而冬季穿着厚重保暖的服装则会增加热阻，降低热舒适。三、街谷空间形态对行人热舒适的影响（一）街谷高宽比（H/W）的影响街谷高宽比是影响行人热舒适的最主要形态参数之一。研究表明，在夏季，当H/W比值从0.5增加到2时，街谷内部的平均辐射温度可降低3-5℃，空气温度降低1-2℃，行人的热感觉投票（TSV）可降低0.5-1级。这是因为随着H/W比值的增加，建筑对太阳辐射的遮挡作用增强，街谷内部的阴影面积增大，平均辐射温度显著降低；同时，建筑的“狭管效应”也会增加街谷内部的风速，促进热量散发，进一步提高行人热舒适。然而，过高的H/W比值也会对行人热舒适产生不利影响。当H/W＞2时，街谷内部的通风条件会受到严重限制，风速急剧降低，热量难以散发，导致空气温度升高；同时，建筑立面的长波辐射会在街谷内部多次反射，形成“温室效应”，进一步加剧热环境的恶化。此外，过高的建筑高度还会给行人带来压抑感，影响其心理舒适度。在冬季，街谷高宽比对行人热舒适的影响则与夏季相反。当H/W比值较小时，街谷内部的阳光直射时间较长，平均辐射温度较高，行人能够获得更多的太阳辐射热量，热舒适感受较好；而当H/W比值较大时，街谷内部大部分时间处于阴影覆盖之下，平均辐射温度较低，行人容易感到寒冷。因此，在冬季，适当降低街谷高宽比，增加阳光直射面积，能够有效提高行人热舒适。（二）建筑布局与朝向的影响建筑布局与朝向通过影响太阳辐射和通风条件，间接影响行人热舒适。平行布局的建筑形成的街谷，其热环境的季节性差异较为显著：夏季，东西走向的街谷会受到长时间的太阳直射，导致平均辐射温度和空气温度急剧升高，行人热舒适感受较差；而南北走向的街谷则能有效减少阳光直射时间，保持相对较低的温度，热舒适感受较好。冬季，东西走向的街谷在上午和下午能够获得较多的太阳辐射热量，平均辐射温度较高，行人热舒适感受较好；而南北走向的街谷则只有在正午时段才能获得阳光直射，平均辐射温度较低，行人容易感到寒冷。交错布局的建筑则会在街谷内部形成复杂的阴影区和通风廊道，进一步提高行人热舒适。研究表明，交错布局的街谷内部的平均辐射温度比平行布局的街谷低2-3℃，风速高1-2m/s，行人的热感觉投票（TSV）可降低0.3-0.5级。这是因为交错布局的建筑能够打破平行街谷的“峡谷效应”，增加街谷内部的通风面积，促进热量散发；同时，建筑的交错排列也会形成更多的阴影区，减少太阳辐射对行人的直接照射。（三）建筑材料与立面设计的影响建筑材料的热工性能和立面设计也会对行人热舒适产生影响。混凝土、石材等重质材料具有较高的热容量，能够吸收大量太阳辐射热量并在夜间缓慢释放，导致街谷夜间温度居高不下，影响行人的夜间热舒适；而木材、玻璃等轻质材料的热容量较低，蓄热和放热过程相对较快，对街谷热环境的影响较小。此外，建筑材料的反射率也会影响太阳辐射的吸收和反射：高反射率的材料能够反射大量太阳辐射，减少建筑蓄热，降低街谷温度；而低反射率的材料则会吸收更多太阳辐射，增加建筑蓄热，提高街谷温度。建筑立面设计也会影响街谷热环境和行人热舒适。垂直的建筑立面会直接反射太阳辐射，增加街谷内部的平均辐射温度；而倾斜的建筑立面则会将太阳辐射反射到天空中，减少对街谷空间的影响。此外，建筑立面的开窗面积和窗户类型也会影响通风条件：大面积的窗户能够增加自然通风，促进热量散发；而密闭的窗户则会阻碍空气流通，导致热量积聚。四、街谷空间绿化对行人热舒适的影响（一）绿化的降温增湿作用街谷空间中的绿化植物能够通过蒸腾作用和遮阴作用有效降低街谷温度，增加空气湿度，提高行人热舒适。蒸腾作用是指植物通过叶片将水分蒸发到空气中，吸收周围环境的热量，从而降低空气温度。研究表明，一棵成年的大树每天能够蒸发100-200升水分，吸收约10-20千瓦时的热量，相当于一台小型空调的制冷量。遮阴作用则是指植物的树冠能够遮挡太阳辐射，减少街谷内部的阳光直射面积，降低平均辐射温度。在夏季，绿化覆盖率每增加10%，街谷内部的平均辐射温度可降低2-3℃，空气温度降低0.5-1℃。不同类型的绿化植物其降温增湿效果也存在差异。乔木的树冠较大，遮阴效果显著，能够有效降低街谷内部的平均辐射温度；而灌木和草坪的遮阴效果相对较弱，但能够增加空气湿度，改善小气候。此外，植物的叶片面积、叶片厚度以及叶片表面的气孔密度等也会影响蒸腾作用的强度：叶片面积越大、叶片越薄、气孔密度越高，蒸腾作用越强，降温增湿效果越显著。（二）绿化布局的影响绿化布局方式也会影响其对行人热舒适的改善效果。沿街道两侧种植的行道树能够形成连续的遮阴廊道，有效减少行人受到的太阳辐射，提高热舒适；而集中种植的绿化则会在街谷内部形成局部的冷岛效应，改善周边区域的热环境。此外，绿化的种植位置也会影响通风条件：当绿化种植在街谷的迎风面时，会对气流产生阻挡作用，降低街谷内部的风速，影响热量散发；而当绿化种植在街谷的背风面时，则不会对通风条件产生明显影响。在实际应用中，应根据街谷的形态特征和热环境状况选择合适的绿化布局方式。对于开阔的街谷（H/W＜0.5），应增加乔木的种植数量，形成连续的遮阴廊道，减少太阳辐射；对于狭窄的街谷（H/W＞1），则应选择低矮的灌木和草坪，避免影响通风条件；对于南北走向的街谷，可在街道两侧种植高大的乔木，形成遮阴廊道；而对于东西走向的街谷，则应在建筑南侧种植乔木，遮挡夏季的太阳直射。五、街谷空间优化策略与实践案例（一）基于热舒适的街谷空间优化策略形态优化策略：根据不同季节和气候条件，合理调整街谷的高宽比和建筑布局。在夏季，应适当增加H/W比值，提高建筑对太阳辐射的遮挡作用；同时，采用交错布局的建筑方式，增加通风廊道，促进热量散发。在冬季，应适当降低H/W比值，增加阳光直射面积；同时，采用平行布局的建筑方式，减少建筑对冬季主导风向的阻挡，提高街谷内部的风速。绿化优化策略：增加街谷空间的绿化覆盖率，选择合适的绿化植物和布局方式。优先选择乔木、灌木和草坪相结合的复层绿化结构，充分发挥绿化的降温增湿作用；在街道两侧种植行道树，形成连续的遮阴廊道；在街谷内部的广场和节点区域设置集中绿化，形成冷岛效应。材料优化策略：选择热工性能优良的建筑材料和地面铺装材料。优先选择高反射率、低热容量的材料，减少太阳辐射的吸收和蓄热；在夏季，可采用透水铺装材料，增加雨水下渗，降低地面温度；在冬季，可采用高蓄热的材料，增加地面蓄热，提高夜间温度。通风优化策略：优化街谷的通风条件，促进热量散发。合理规划街道走向，使其与主导风向平行；在建筑布局中设置通风廊道，引导气流穿过街谷；采用架空底层、设置通风口等方式，增加建筑的自然通风能力。（二）实践案例分析新加坡乌节路：乌节路是新加坡最著名的购物街，其街谷空间采用了一系列热环境优化措施。街道两侧种植了大量高大的乔木，形成了连续的遮阴廊道，有效减少了太阳辐射；地面采用了高反射率的铺装材料，降低了地面温度；建筑立面采用了玻璃幕墙和遮阳百叶，减少了太阳辐射的吸收；此外，街道还设置了喷雾降温系统，在夏季高温时段向空气中喷洒水雾，降低空气温度。通过这些措施，乌节路的行人热舒适得到了显著提高，成为了新加坡最受欢迎的商业街区之一。上海南京路步行街：南京路步行街是上海最繁华的商业街之一，其街谷空间在夏季面临着严重的热岛效应。为了提高行人热舒适，步行街采取了一系列优化措施：在街道两侧种植了大量的梧桐树，形成了遮阴廊道；地面采用了透水铺装材料，增加了雨水下渗；建筑立面安装了遮阳篷和遮阳百叶，减少了太阳辐射的吸收；此外，步行街还设置了多个喷雾降温点，在高温时段为行人提供降温服务。经过优化，南京路步行街的夏季平均温度降低了1-2℃，行人热舒适感受得到了明显改善。六、研究结论与展望（一）研究结论本研究通过对城市街谷空间形态、热环境以及行人热舒适的系统分析，得出以下结论：城市街谷空间形态是影响行人热舒适的关键因素，其中街谷高宽比（H/W）、建筑布局与朝向以及建筑材料与立面设计等对热环境和行人热舒适具有显著影响。街谷空间中的绿化植物能够通过蒸腾作用和遮阴作用有效降低街谷温度，增加空气湿度，提高行人热舒适，其效果与绿化类型、布局方式以及种植密度密切相关。基于热舒适的街谷空间优化策略应综合考虑形态优化、绿化优化、材料优化和通风优化等多个方面，根据不同季节和气候条件进行针对性调整。（二）研究展望尽管本研究在城市街谷空间对行人热舒适的影响方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处，需要进一步深入研究：目前的研究主要集中在夏季和冬季的热环境，而对过渡季节（春季和秋季）的热环境研究相对较少。未来应加强对过渡季节街谷热环境和行人热舒适的研