劉濱誼 魏冬雪

摘要：綠色基礎(chǔ)設(shè)施作為城市生態(tài)支撐體系的重要部分，能夠從物理和心理2個(gè)層面影響城市戶外熱舒適。文章回顧了透水性鋪裝、綠色街道、生物屋頂與垂直綠化、城市公園4種場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于戶外熱舒適的物理心理影響，分析數(shù)據(jù)包括模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究；研究所討論的內(nèi)容清晰地反應(yīng)了融入氣候因素的設(shè)計(jì)導(dǎo)則可以直接促進(jìn)戶外熱舒適。

關(guān)鍵詞：戶外熱舒適，物理心理，綠色基礎(chǔ)設(shè)施

1.引言

由于全球變暖和城市化，在2l世紀(jì)，全球平均地表溫度和空氣溫度將分別增加2.6℃～4.8℃和2℃～4℃，城市地區(qū)尤其嚴(yán)峻。過高的熱應(yīng)力引起熱中風(fēng)和熱死亡，威脅城市居民健康，城市環(huán)境熱舒適問題已引起關(guān)注。

研究證實(shí)綠色基礎(chǔ)設(shè)施能夠有效減少城市熱島促進(jìn)戶外熱舒適。透水性鋪裝、綠色街道、垂直綠化與生物屋頂、城市公園是4類場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施的有效類型。

本研究從環(huán)境物理和大眾心理感知2個(gè)層面回顧上述4類場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施戶外熱舒適。文獻(xiàn)回顧主要關(guān)注空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、熱輻射4種小氣候變量對(duì)于戶外熱舒適的綜合影響，重點(diǎn)回顧使用基于能量平衡的熱舒適指標(biāo)對(duì)戶外熱舒適進(jìn)行的評(píng)估。

2.戶外熱舒適

熱舒適被定義為“在熱環(huán)境感到滿意的狀態(tài)”，此定義表明熱舒適是一種主觀感覺。戶外熱舒適，涉及大眾心理感知和環(huán)境物理2個(gè)方面。在大眾心理感知方面，基于美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）的定義，熱舒適區(qū)是80%靜坐或進(jìn)行輕量活動(dòng)的人們認(rèn)為環(huán)境是“熱可接受的”范圍：在環(huán)境物理層面，熱舒適區(qū)范圍則是空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速和熱輻射等一系列環(huán)境參數(shù)的集成。

目前。已有的評(píng)估戶外熱舒適方法以基于人體能量平衡的機(jī)理指標(biāo)為主。常見的指標(biāo)為預(yù)測(cè)平均投票（PMV）、戶外標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（OUT_SET）和生理等效溫度（PET）等。計(jì)算這些指標(biāo)需要獲得空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速和熱輻射。評(píng)估戶外熱舒適方法之一是對(duì)上述4種小氣候變量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)進(jìn)而計(jì)算熱舒適指標(biāo)，另一種方法是使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，常用模擬軟件有：ENVI-met，COMFA，SOLWEIG和Green-MC。

由于人們對(duì)環(huán)境條件需求以及壓力反應(yīng)不同，對(duì)環(huán)境的感知和評(píng)估也存在差異，在戶外環(huán)境中通過問卷調(diào)查獲得主觀人體熱感覺的方法被廣泛認(rèn)可。就熱舒適感知而言，一些研究表明文化差異和環(huán)境態(tài)度影響熱舒適感知：還有一些研究則證明了熱舒適涉及到環(huán)境的自然性、審美性和積極體驗(yàn)。環(huán)境心理學(xué)研究認(rèn)為自然體驗(yàn)?zāi)軌蚩焖倬徑馄诤突謴?fù)注意力與沒有植被的城市環(huán)境相比較.人們偏好綠色環(huán)境。更多的綠色空間能夠增加居民對(duì)于環(huán)境的滿意度。

微氣候營(yíng)造在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中近人小尺度的層面上應(yīng)當(dāng)引起重視.目的是構(gòu)建舒適宜人的環(huán)境。從設(shè)計(jì)視角，一方面可以通過影響太陽輻射、地面輻射和風(fēng)等氣候參數(shù)來獲得場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施的戶外熱舒適：另一方面考慮到戶外熱舒適感知受到視覺感知和偏好的影響?？梢酝ㄟ^規(guī)劃設(shè)計(jì)手段來改善其自然性、審美性、體驗(yàn)性等來促進(jìn)人們熱舒適感知。

3.場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)戶外熱舒適的物理心理影響

3.1透水性鋪裝

透水性鋪裝是指能夠使雨水通過，直接滲入路基的鋪裝材料。透水性鋪裝能降低地表溫度，緩解戶外熱舒適。史源等使用ENVI-met軟件對(duì)北京西單商業(yè)街進(jìn)行冬夏兩季熱舒適模擬，模擬顯示，過多使用非滲透性硬質(zhì)鋪地表面會(huì)導(dǎo)致室外熱舒適度的嚴(yán)重惡化，滲透性差的硬質(zhì)鋪地與滲透性較好的自然土壤表面的預(yù)測(cè)平均投票（PMV）差值達(dá)到2.0。

草地對(duì)于戶外熱舒適在環(huán)境物理和心理感知2個(gè)方面都有促進(jìn)作用。在意大利圖靈，馬佐塔（Mazzota）比較了新型透水鋪裝、草地、草地與混凝土混合鋪裝的熱性能，實(shí)測(cè)顯示，新型透水鋪裝獲得的熱量低于混凝土與瀝青，高于草地。該研究還調(diào)查了85人對(duì)3種材料的心理熱感覺.38%的受試者對(duì)于混合鋪裝與草地的熱舒適感到滿意，僅有25%的受試者對(duì)新型透水鋪裝材料的熱舒適感到滿意。在意大利佩魯賈，羅索（Rosso）等使用問卷調(diào)查了66個(gè)受試者對(duì)于屋頂和城市鋪裝材料熱的和視覺的感知，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了草地比碎石、瀝青在熱舒適和視覺舒適上更具優(yōu)越性。

3.2綠色街道

綠色街道是一種集合綠色透水表層、樹木覆蓋與景觀元素的街道。盡管街道朝向、街道高寬比對(duì)于街道熱舒適起著重要作用，綠色行動(dòng)仍然是獲得街道熱舒適的重要手段。在北京西單商業(yè)街，ENVI-met模擬顯示。在夏季.街道綠化區(qū)域與非綠化區(qū)域的PMV差值高達(dá)3.0以上。當(dāng)街道高寬比小于0.5時(shí)，無論何種朝向，植被的數(shù)量和形態(tài)對(duì)戶外熱舒適都起著重要作用。

不同綠化形式對(duì)于街道熱舒適的促進(jìn)作用也有差異。趙敬源與劉加平使用數(shù)值模擬的方法分析了西安東西向高寬比值為1的街道熱環(huán)境，在喬木、灌木、草坪3種綠化形式當(dāng)中，樹木對(duì)街道熱環(huán)境的改善效果最好，在正午12時(shí)，樹冠下方1.1m高處SET值比無綠化時(shí)降低了6.44℃，草坪上方的SET值比灌木上方低0.17℃。勞巴卡羅（Lobac-caro）和阿西羅（Acero）使用ENVI-met模擬了不同綠化形式對(duì)畢爾巴鄂3類街道夏季熱環(huán)境的改善能力，在低層緊湊型（B/T=0.8，H/W=3.5）、中高層緊湊型（B/T=0.6，H/W=1.5）、高層開敞型（B/T=0.4，H/W=1.3）3類街區(qū)中，相比于硬質(zhì)鋪地.草坪作為街道中央綠化對(duì)PET的最大改善分別是4.22℃、2.96℃和3.16℃，草坪與樹木共同作為街道中央綠化對(duì)PET的最大改善分別是6.7℃、5.99℃和4.74℃。模擬顯示草坪的使用能夠較長(zhǎng)時(shí)間減少白天人行層面的熱不舒適.從更長(zhǎng)的時(shí)間來看，與全部是草坪的街道相比較，樹木的作用僅僅是在樹葉覆蓋的區(qū)域.其對(duì)熱舒適的影響依賴于樹木的幾何形態(tài)（高度、形狀和冠幅）和樹冠的葉密度。

樹木通過降低空氣溫度和提供遮蔭來促進(jìn)街道空間熱舒適。在新加坡的實(shí)測(cè)研究證實(shí)了街道中的成年樹木提供了足夠的遮蔭.促進(jìn)了行人層面戶外熱舒適。在西安，數(shù)值模擬表明，樹木葉面積指數(shù)（LAI）影響戶外熱舒適，當(dāng)LAI從1增加到5時(shí)，樹蔭區(qū)域的SET值下降5.7℃，樹種選擇至少要保證LAI值為3，才可以對(duì)街谷熱環(huán)境帶來實(shí)質(zhì)性改善。此外，樹木種植的密度對(duì)戶外熱舒適有決定性影響。沙書亞（shashua）等通過Green-MC模擬顯示.在城市雅典.當(dāng)街道植被覆蓋從8%增加到50%時(shí)，PET值減少8.2 K。Hwang等提出在臺(tái)灣地區(qū)，使用落葉樹木能夠促進(jìn)該地區(qū)街道全年熱舒適。

樹木對(duì)于街道熱舒適的改善效果不單單取決于樹木的屬性，還受到周邊環(huán)境的影響，如街道朝向、高寬比等。阿里圖德（Ali-Toudert）使用ENVI-met模擬了干熱氣候蓋爾達(dá)耶夏季白天植被對(duì)于街道熱舒適的影響，當(dāng)街道高寬比為2，東西朝向時(shí)，街道北側(cè)種植單排樹木樹冠下的PET值比沒有樹木時(shí)低22K：當(dāng)街道高寬比為1，南北朝向時(shí)，街道中央有兩排樹木比沒有樹木的街道PET值低24K。莫拉金約（Morakinyo）使用ENVI-met模擬樹木形態(tài)、規(guī)劃布局對(duì)于街道熱舒適的影響，研究表明。在濕熱地區(qū).樹木能夠?qū)⒔值赖臒岣杏X從“非常熱”降低到“熱”，即降低一個(gè)熱感覺評(píng)級(jí)。該研究指出街道樹木的種植不能取決于單個(gè)參數(shù)，需要綜合街道高寬比、樹木高冠比、葉面積指數(shù)、葉面積密度（LAD）和種植布局與排列來促進(jìn)街道熱舒適。

在心理方面，克萊姆（Klemm）在荷蘭選擇了3種類型的街道，進(jìn)行了夏季熱環(huán)境感知分析。這3種街道類型分別是類型I沒有綠化.類型Ⅱ街道兩側(cè)是大的行道樹，類型Ⅲ街道兩側(cè)有花園和小的行道樹。在物理層面發(fā)現(xiàn)，類型I的平均輻射溫度最高，類型Ⅱ高于類型Ⅲ的平均輻射溫度值為2.2K。通過問卷對(duì)行人進(jìn)行的熱舒適感知顯示.類型Ⅲ的熱舒適感知高于類型Ⅱ?？巳R姆（Klemm）認(rèn)為，視野里豐富的植被類型和高度變化促使人們獲得了更好的熱感知。

3.3生物屋頂與垂直綠化

植被完全覆蓋或部分覆蓋的屋頂被稱作綠色屋頂或生物屋頂.其重要功能是減少暴雨徑流，附加價(jià)值是減少熱島效應(yīng)。垂直綠化是建筑物或構(gòu)筑物中的垂直綠化元素，其不僅能夠降低空氣溫度，還能夠降低戶外平均輻射溫度。亞力山大（Alex.andri）和瓊斯（Jones）通過在不同氣候條件下小尺度二維模擬研究表明，在低矮建筑圍合的淺街谷（高5m、寬10m、東西朝向），綠色屋頂和垂直綠化能夠促進(jìn)夏季人行層面的戶外熱舒適。以雅典城市氣候?yàn)槔?光禿混凝土墻面在夏季的PET值超過45℃，而植被覆蓋的墻面，PET值超過30℃的時(shí)間僅僅是4h。在白天的大多數(shù)時(shí)間，直接暴露在太陽輻射下的屋頂?shù)腜ET值在20℃～35℃，處于舒適和微暖水平，植被覆蓋的屋頂?shù)腜ET值處于微涼和舒適水平。盡管有研究認(rèn)為綠色屋頂對(duì)于人行層面的降溫作用十分微弱，對(duì)于沒有足夠土地提供城市綠色空間的高密度城市。生物屋頂和垂直綠化仍是最佳的綠化覆蓋形式。至今，未發(fā)現(xiàn)有關(guān)垂直綠化或生物屋頂對(duì)于戶外熱舒適的心理影響方面的研究。

3.4城市公園

大量基于實(shí)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)研究揭示了“公園冷島”對(duì)其周邊的建筑環(huán)境具有降溫作用，城市公園作為重要的場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施能夠增加戶外熱舒適。布朗（Brown）使用COMFA模擬不同氣候區(qū)公園舒適度時(shí)空差異發(fā)現(xiàn).通過遮蔭減少太陽輻射對(duì)于熱感覺的影響最有效。Lin等提出在臺(tái)灣為了應(yīng)對(duì)小氣候的逐日和逐季的變化，需要在公園內(nèi)提供多種遮蔭類型和遮蔭水平。在寒冷季節(jié)，公園應(yīng)該整合落葉和常綠樹木作為遮蔭空間，提供多種遮蔭設(shè)施的同時(shí)，兼顧人們的視覺偏好?？巳R姆（K1-emm）在荷蘭對(duì)13個(gè)城市公園進(jìn)行調(diào)研顯示，在白天，公園的PET值要比城市外圍草地低5K，比城市中心低1.9K：公園總的熱條件受到樹冠覆蓋和上風(fēng)向植被覆蓋的影響，PET值和樹冠覆蓋顯著相關(guān)，公園內(nèi)10%的樹木覆蓋能夠減少PET值1.5K。馬蒙德（Mahmoud）通過實(shí)測(cè)計(jì)算了公園內(nèi)9個(gè)不同區(qū)域的PET值，發(fā)現(xiàn)該數(shù)值受到風(fēng)速和天空視覺因子（SVF）影響，城市公園內(nèi)復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)能夠形成不同的特殊小氣候，影響人們的熱舒適感知。

在心理方面的研究顯示.相比于水體和建筑環(huán)境，人們普遍認(rèn)為綠色的城市環(huán)境是熱舒適的戶外環(huán)境。景觀元素對(duì)于人們的熱舒適有一定的促進(jìn)作用，人們的心理體驗(yàn)影響了戶外熱舒適的感知。施奈爾（schnell）使用心率變異率（HRV）結(jié)合熱舒適指標(biāo)計(jì)算和主觀問卷驗(yàn)證了城市公園在熱壓力、空氣質(zhì)量和噪音方面提供了更為健康的環(huán)境，即便是小尺度的城市公園，也能提供更為舒適、有助于人們放松和恢復(fù)的戶外環(huán)境。

4.場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施戶外熱舒適研究趨勢(shì)

城市戶外空間熱環(huán)境關(guān)乎居民健康。本文從環(huán)境物理和大眾心理感知2個(gè)方面回顧了透水性鋪裝、生物屋頂與垂直綠化、綠色街道和城市公園對(duì)于戶外空間熱舒適的促進(jìn)作用。已有實(shí)證研究成果為更加精確地實(shí)施規(guī)劃策略和綠化干預(yù)提供了科學(xué)依據(jù)。

4種場(chǎng)地綠色基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于戶外熱舒適的影響研究中，綠色街道占有較高比重。綠化種類和綠化形式對(duì)于街道戶外熱舒適起著重要作用，每個(gè)城市都應(yīng)結(jié)合已有街區(qū)建筑密度、街道走向、街道高寬比等街道空間形態(tài)確定更為具體細(xì)致的綠化策略。從更大范圍上爭(zhēng)取全年更長(zhǎng)時(shí)間的街道戶外熱舒適，促進(jìn)人們對(duì)于街道空間的使用。

城市公共開放空間的建設(shè)已經(jīng)重視使用透水鋪裝來促進(jìn)人們的戶外熱舒適，在未來的研究中需要結(jié)合具體戶外空間環(huán)境，明確不同反射率或吸收率鋪裝材料的適用條件。生物屋頂和垂直綠化是高密度城市中促進(jìn)戶外熱舒適的重要手段，未來的研究需要厘清垂直綠化對(duì)于行人層面熱舒適的影響范圍.為具體的設(shè)計(jì)實(shí)施提供依據(jù)。

在城市公園中.喬木是促進(jìn)戶外熱舒適的重要景觀元素，對(duì)于熱舒適的促進(jìn)主要通過提供遮蔭，蒸發(fā)和改變風(fēng)環(huán)境，通過增加喬木數(shù)量獲得更多遮蔭的同時(shí)需要注意其對(duì)于風(fēng)向和風(fēng)速的影響。規(guī)劃設(shè)計(jì)需要更多地掌握?qǐng)龅氐臍夂驐l件，具體空間設(shè)計(jì)需要對(duì)樹木種類、葉面積指標(biāo)、樹高、樹冠形態(tài)、枝下高、是否落葉和樹齡等進(jìn)行綜合考量。

需要注意的是，這些實(shí)證研究成果不具備普適性。有必要結(jié)合每個(gè)城市的地理特征、氣候特點(diǎn)以及已有建成環(huán)境全面開展戶外熱舒適研究.進(jìn)而制定相應(yīng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)策略。在環(huán)境物理方面，結(jié)合城市自身氣候條件，制定常綠與落葉植物比例；充分考慮地區(qū)季節(jié)性條件制約.正確選擇植物種類和植株形狀，合理規(guī)劃種植密度，創(chuàng)造出冬夏兩季皆舒適的戶外熱環(huán)境。在大眾心理感知方面，應(yīng)進(jìn)一步探求景觀元素、景觀空間等對(duì)于熱舒適感知的影響機(jī)制.在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用竦膶徝篮托袨榱?xí)慣進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。