劉哲銘，趙旭東,2，金 虹

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，哈爾濱150001；2.赫爾大學(xué)，HU6 7RX英國(guó))

哈爾濱市濱江居住小區(qū)冬季熱環(huán)境實(shí)測(cè)分析

劉哲銘1，趙旭東1,2，金 虹1

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，哈爾濱150001；2.赫爾大學(xué)，HU6 7RX英國(guó))

為研究嚴(yán)寒地區(qū)濱江居住小區(qū)冬季熱環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)哈爾濱市濱江居住小區(qū)和內(nèi)陸居住小區(qū)在冬季典型氣象日的空氣溫度、黑球溫度以及風(fēng)速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，定量分析了濱江居住小區(qū)與內(nèi)陸居住小區(qū)熱環(huán)境差異，及濱江居住小區(qū)建筑布局對(duì)其熱環(huán)境的影響，并根據(jù)風(fēng)冷溫度對(duì)人體熱感覺(jué)進(jìn)行評(píng)價(jià).結(jié)果表明：濱江居住小區(qū)冬季熱環(huán)境與內(nèi)陸居住小區(qū)相比較差，且不同建筑布局間存在較大差異；濱江居住小區(qū)比內(nèi)陸居住小區(qū)平均空氣溫度低2.45 ℃，平均黑球溫度低3.66 ℃，平均風(fēng)速大0.48 m/s，平均風(fēng)冷溫度低5.59 ℃；對(duì)濱江居住小區(qū)不同區(qū)域熱環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)冬季太陽(yáng)輻射對(duì)溫度提升作用最為顯著，其次為建筑布局圍合程度，居住小區(qū)行列式布局內(nèi)部寒冷程度較高，廣場(chǎng)和臨江入口處次之，圍合式布局和半圍合式布局內(nèi)部較低，并且增大行列式布局建筑間距能夠有效降低布局內(nèi)部寒冷程度，提高熱舒適度.

嚴(yán)寒地區(qū)；濱江居住小區(qū)；內(nèi)陸居住小區(qū)；熱環(huán)境；實(shí)測(cè)

隨著人們生活水平不斷提高，城市居民的親水性表現(xiàn)得更加顯著，一些高檔居住小區(qū)和商務(wù)區(qū)通常會(huì)選擇在水體附近建設(shè)，濱水區(qū)成為了城市中最具開發(fā)潛力的區(qū)域[1].大型城市河流作為城市水資源中最重要的組成部分[2]，除了其特有的人文景觀為人們提供優(yōu)質(zhì)的視覺(jué)感覺(jué)外，大面積水體產(chǎn)生的氣候效應(yīng)會(huì)對(duì)濱水區(qū)域的微氣候環(huán)境產(chǎn)生較大的影響[3-5].居住小區(qū)作為與人們生活聯(lián)系最為密切的城市基礎(chǔ)單元，其內(nèi)部熱環(huán)境會(huì)直接影響人們室外活動(dòng)時(shí)體感舒適度[6-7].近年來(lái)，由于人們對(duì)于居住環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)知逐步提升，關(guān)于城市濱水區(qū)域微氣候的研究已有部分成果.

Murakawa等[8]通過(guò)對(duì)日本廣島的大田江進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，江水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)對(duì)周邊區(qū)域熱環(huán)境的影響范圍與建筑密度、水體寬度和街道形態(tài)有直接關(guān)系.Ishii等[9]在對(duì)日本福岡市中心公園里一處水池進(jìn)行研究，對(duì)水池蓄滿水與沒(méi)有水兩種情況下周圍環(huán)境溫度進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水池內(nèi)蓄滿水時(shí)公園內(nèi)溫度比水池沒(méi)有水時(shí)低0.4 ℃.成田健一[10]運(yùn)用風(fēng)洞試驗(yàn)論證了城市河流周圍建筑密度和建筑布局對(duì)水體溫度效應(yīng)作用范圍影響很大.宋曉程等[11-12]運(yùn)用室外熱環(huán)境數(shù)值模擬方法討論建筑布局、容積率、岸堤高度、濱水間距和綠化對(duì)水體周邊溫度的影響，結(jié)果表明，濱水間距對(duì)溫度影響較大，其次為容積率、岸堤高度、建筑布局和綠化.Xu等[13]以上海市黃興公園內(nèi)浣紗湖為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與計(jì)算酷熱指數(shù)，分析炎熱夏季水體對(duì)人們熱舒適的影響.結(jié)果表明，水體能夠明顯降低沿岸地區(qū)的溫度，并有效提高人們熱舒適性，且在距湖岸10～20 m范圍內(nèi)影響最為顯著.馮勝輝等[14]對(duì)1956—2005年中國(guó)冬季風(fēng)冷溫度的時(shí)空變化特征進(jìn)行了分析，研究結(jié)果為人們冬季日常生活和出行提供了科學(xué)依據(jù)和參考.

總體來(lái)說(shuō)，上述研究主要針對(duì)夏季城市水體對(duì)濱水區(qū)域熱環(huán)境的改善作用，缺乏對(duì)季節(jié)氣候變化較大的嚴(yán)寒地區(qū)冬季城市濱水住區(qū)熱環(huán)境的研究.且中國(guó)在該領(lǐng)域的研究主要集中在小尺度的城市公園及廣場(chǎng)內(nèi)的人工水景，和中尺度的城市湖泊或溪流，對(duì)周邊區(qū)域的降溫作用，缺乏對(duì)大型城市河流對(duì)住區(qū)熱環(huán)境影響的研究[15].

本文旨在研究嚴(yán)寒地區(qū)冬季濱江居住小區(qū)與內(nèi)陸居住小區(qū)熱環(huán)境差異，以及濱江居住小區(qū)建筑布局對(duì)熱環(huán)境的影響，通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，提出濱江居住小區(qū)優(yōu)化建議.

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 測(cè)試地點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試地點(diǎn)選擇在嚴(yán)寒地區(qū)典型城市哈爾濱市的濱江居住小區(qū)和內(nèi)陸居住小區(qū)，選取兩處小區(qū)水平距離為3 000 m，且均位于哈爾濱城市中心區(qū)域，建筑密度相近且下墊面相同，以避免城市熱島效應(yīng)本身導(dǎo)致的差異對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響.濱江居住小區(qū)——河松小區(qū)、觀江首府和河源小區(qū)位于哈爾濱市道里區(qū)，距離松花江南界395 m，北臨顧?quán)l(xiāng)公園.河松小區(qū)內(nèi)主要為圍合式布局,觀江首府內(nèi)為行列式布局,河源小區(qū)內(nèi)為行列式布局.住區(qū)內(nèi)建筑朝向均為南偏東10°，建筑密度為26.76%.內(nèi)陸居住小區(qū)——宏業(yè)小區(qū)位于哈爾濱市南崗區(qū)，距離松花江南界3 200 m，小區(qū)內(nèi)均為圍合式、行列式布局，建筑朝向?yàn)槟掀珫|29°，建筑密度為26.59%.本次測(cè)試期間松花江江面結(jié)冰，且覆蓋大量積雪，公園及住區(qū)內(nèi)喬、灌木均已落葉.

測(cè)試共設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，濱江小區(qū)內(nèi)共布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，內(nèi)陸小區(qū)內(nèi)布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)及位置如圖1所示.

圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意

1.2 測(cè)試儀器及方法

測(cè)試時(shí)間為2016年1月14日9:00-17:00.采用定點(diǎn)測(cè)試的方法，測(cè)試內(nèi)容為居住小區(qū)內(nèi)距地面1.5 m高度處的空氣溫度、黑球溫度以及風(fēng)速風(fēng)向.測(cè)試儀器包括溫濕度采集記錄器、黑球溫度采集記錄器和手持式風(fēng)速儀，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1.測(cè)試前已對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)與比對(duì)，確認(rèn)誤差在可接受范圍內(nèi).儀器自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)間隔均為1 min，但為了更加清晰地表示測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化情況，下文數(shù)據(jù)變化曲線標(biāo)記為每30 min的平均值.測(cè)試中溫濕度采集記錄器被放置在自制鋁箔套筒內(nèi)，以防止太陽(yáng)輻射和地面、墻面等環(huán)境的長(zhǎng)波輻射影響.并與黑球溫度采集記錄器、手持式風(fēng)速儀一起用支架固定在距離地面1.5 m高度處.測(cè)試儀器及周邊環(huán)境如圖2所示.

表1 測(cè)試儀器

1.3 城市氣候參數(shù)

中央氣象臺(tái)發(fā)布的氣象數(shù)據(jù)顯示，2016年1月14日，哈爾濱市天氣晴，空氣溫度為-17.2～-27.9 ℃；相對(duì)濕度為17.7%～40.9%.風(fēng)速為0.23～2.09 m/s，平均風(fēng)速為0.91 m/s，主風(fēng)向?yàn)闁|北.太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度為0～628 W/m2，太陽(yáng)散射輻射為0～163 W/m2，太陽(yáng)輻射變化情況如圖3所示.測(cè)試當(dāng)日具備哈爾濱市冬季典型氣候條件.

圖3 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化

1.4 風(fēng)冷溫度計(jì)算方法

風(fēng)冷溫度(wind chill temperature, WCT)是綜合考慮空氣溫度和風(fēng)速對(duì)環(huán)境寒冷程度影響的評(píng)價(jià)指標(biāo).計(jì)算公式為[16]

式中：WCT為風(fēng)冷溫度，℃；v10為標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)站10 m高度處風(fēng)速，km·h-1；t為空氣溫度，℃.如果測(cè)試為1.5 m高度處風(fēng)速，則應(yīng)乘以1.5后帶入公式.當(dāng)v10≤4.8 km·h-1時(shí)，可以視為靜風(fēng)狀態(tài)[17]，此時(shí)風(fēng)冷溫度與實(shí)際氣溫相等[18].風(fēng)冷溫度對(duì)應(yīng)熱感覺(jué)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.

表2風(fēng)冷溫度對(duì)應(yīng)熱感覺(jué)分級(jí)[16]

Tab.2 Classification of wind chill temperature and thermal sensation[16]

分級(jí)風(fēng)冷溫度/℃熱感覺(jué)1-10～-24寒冷2-25～-34非常寒冷3-35～-59異常寒冷4-60以下極度寒冷

2 結(jié)果與分析

2.1 濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)熱環(huán)境差異分析

為對(duì)比濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)冬季熱環(huán)境，選取濱江小區(qū)內(nèi)測(cè)點(diǎn)a1、a2和內(nèi)陸小區(qū)內(nèi)測(cè)點(diǎn)b1、b2進(jìn)行分析,測(cè)點(diǎn)詳細(xì)位置說(shuō)明見(jiàn)表3.

表3 測(cè)點(diǎn)設(shè)置說(shuō)明

2.1.1 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)逐時(shí)變化分析

濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)內(nèi)空氣溫度與黑球溫度逐時(shí)變化情況如圖4、5所示.濱江小區(qū)溫度明顯低于內(nèi)陸小區(qū)，且午間時(shí)段(12:00-14:00)溫度相差最大.其中，圍合式布局空氣溫度最大差值為3.8 ℃，行列式布局最大差值為4 ℃；圍合式布局黑球溫度最大差值為4.1 ℃，行列式布局最大差值為7 ℃.對(duì)比各測(cè)點(diǎn)最高溫度出現(xiàn)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，濱江小區(qū)內(nèi)最高溫度出現(xiàn)在13:30，比內(nèi)陸小區(qū)早30 min.

文獻(xiàn)[8]研究結(jié)論指出,日本大田江沿岸空氣溫度比遠(yuǎn)離江水區(qū)域大約低3～5 ℃.本文分析結(jié)果為濱江與內(nèi)陸小區(qū)內(nèi)部空氣溫度相差約1～4 ℃.雖然本文研究地點(diǎn)與氣候條件有較大不同，但分析結(jié)果與文獻(xiàn)[8]基本一致.

濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)風(fēng)速逐時(shí)變化情況如圖6所示.各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化曲線波動(dòng)較大，無(wú)明顯變化規(guī)律.但濱江小區(qū)內(nèi)風(fēng)速大于內(nèi)陸小區(qū)，其中，圍合式布局風(fēng)速相差較小，而行列式布局風(fēng)速相差較大，最大可達(dá)到2 m/s.

圖4 濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)的空氣溫度變化

Fig.4 Air temperature difference between riverside residential area and inland residential area

圖5 濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)的黑球溫度變化

Fig.5 Black-bulb temperature difference between riverside residential area and inland residential area

圖6 濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)的風(fēng)速變化

Fig.6 Wind speed difference between riverside residential area and inland residential area

濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)風(fēng)冷溫度逐時(shí)變化情況如圖7所示.各測(cè)點(diǎn)在9:00-9:30風(fēng)冷溫度達(dá)到最低，隨后逐漸升高，且各測(cè)點(diǎn)間風(fēng)冷溫度差值也隨之減小.濱江小區(qū)行列式布局風(fēng)冷溫度波動(dòng)最大，且在9:30達(dá)到最低值，為-29.84 ℃，熱感覺(jué)為非常寒冷.內(nèi)陸小區(qū)風(fēng)冷溫度波動(dòng)相對(duì)平緩，熱感覺(jué)一直為寒冷.

圖7 濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)的風(fēng)冷溫度變化

Fig.7 Wind chill temperature difference between riverside residential area and inland residential area

2.1.2 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值分析

濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)溫度、風(fēng)速及風(fēng)冷溫度平均值詳見(jiàn)表4.濱江小區(qū)平均空氣溫度和黑球溫度明顯低于內(nèi)陸小區(qū)，圍合式布局和行列式布局內(nèi)平均空氣溫度分別相差2.06 ℃和2.84 ℃，平均黑球溫度分別相差2.38 ℃和4.93 ℃.形成此溫度差值的原因?yàn)闉I江小區(qū)北臨松花江，相對(duì)開敞，而內(nèi)陸小區(qū)周邊建筑密集，相對(duì)封閉，居民生活、交通運(yùn)輸、建筑物等向外排放更多熱量，且熱量難以散失，從而導(dǎo)致上述差異的產(chǎn)生.

表4濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)平均值

Tab.4 Average data of measurement points in riverside and inland residential areas

測(cè)點(diǎn)編號(hào)及位置空氣溫度/℃黑球溫度/℃風(fēng)速/(m?s-1)風(fēng)冷溫度/℃a1(濱江圍合式布局)-13．12-9．780．63-13．12a2(濱江行列式布局)-15．44-14．171．60-21．18b1(內(nèi)陸圍合式布局)-11．06-7．400．40-11．06b2(內(nèi)陸行列式布局)-12．60-9．240．87-12．06

濱江小區(qū)行列式布局平均風(fēng)速最大，為1.6 m/s，比內(nèi)陸小區(qū)大0.73 m/s.圍合式布局平均風(fēng)速相差較小，濱江小區(qū)比內(nèi)陸小區(qū)大0.23 m/s.此種現(xiàn)象是由于濱江小區(qū)北臨松花江，該江段寬為1.3 km，測(cè)試期間主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北向，導(dǎo)致江面形成巨大“風(fēng)道”，影響覆蓋于整個(gè)濱江區(qū)域.而內(nèi)陸小區(qū)周圍建筑密集、道路縱橫，粗糙的城市下墊層增加了對(duì)風(fēng)的阻力，使風(fēng)速降低，從而也導(dǎo)致內(nèi)陸小區(qū)內(nèi)部熱量不易散失，這也是濱江與內(nèi)陸小區(qū)溫差形成的另一個(gè)原因.

濱江小區(qū)的寒冷程度與內(nèi)陸小區(qū)相比較高，熱舒適度較低.濱江小區(qū)行列式布局和圍合式布局平均風(fēng)冷溫度分別為-21.18 ℃和-13.12 ℃，比內(nèi)陸小區(qū)分別低9.12 ℃和2.06 ℃.

2.2 濱江居住小區(qū)建筑布局對(duì)熱環(huán)境影響分析

2.2.1 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)逐時(shí)變化分析

為分析濱江居住小區(qū)建筑布局對(duì)熱環(huán)境的影響，選取c1、c2、c3、c4和a2測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)點(diǎn)位置如圖1(a)，測(cè)點(diǎn)設(shè)置說(shuō)明見(jiàn)表5.

表5濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)設(shè)置說(shuō)明

Tab.5 Information on measurement points of riverside residential area

測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)位置周邊環(huán)境c1小區(qū)臨江入口處入口寬度為16mc2圍合式建筑布局內(nèi)部四周為7層住宅c3廣場(chǎng)中央四周無(wú)建筑遮擋c4半圍合式建筑布局中央西側(cè)為8層點(diǎn)式住宅，東側(cè)為7層L型住宅a2行列式建筑布局內(nèi)部南北均為7層板式住宅，住宅間距為35m

濱江居住小區(qū)各測(cè)點(diǎn)空氣溫度及黑球溫度逐時(shí)變化情況如圖8、9所示.從9:00-11:00各點(diǎn)空氣溫度逐漸升高，至午間時(shí)段(11:00-14:00)氣溫趨于穩(wěn)定，且達(dá)到最高，隨后氣溫逐漸下降.黑球溫度也存在相同的變化規(guī)律.溫度整體變化趨勢(shì)與測(cè)試期間太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致，測(cè)點(diǎn)間的溫度差值隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的提高會(huì)有所增大.

此外，小區(qū)廣場(chǎng)處空氣溫度曲線變化幅度較大，且在14:00之前氣溫明顯高于其他測(cè)點(diǎn)，最大差值可以達(dá)到4.1 ℃，隨后下午時(shí)段氣溫下降，且下降速度明顯大于其他測(cè)點(diǎn)，黑球溫度也存在同樣的變化規(guī)律，并且更加明顯.這是因?yàn)樾^(qū)廣場(chǎng)四周開敞空曠，無(wú)建筑遮擋，所受太陽(yáng)輻射影響最大，但熱量容易散失，所以當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較大時(shí)，溫度明顯高于其他測(cè)點(diǎn)，而隨著太陽(yáng)高度角變小，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度逐漸減弱，溫度也隨之快速下降.

圍合式布局、半圍合式布局和行列式布局內(nèi)空氣溫度曲線波動(dòng)相對(duì)平緩，且接近平行.這是由于冬季哈爾濱太陽(yáng)高度角低，測(cè)點(diǎn)c2、c4和a2始終處于建筑陰影當(dāng)中，基本沒(méi)有接受到太陽(yáng)直射，主要影響其溫度的是散射輻射和地面及建筑墻體的長(zhǎng)波輻射，所以溫度曲線波動(dòng)相對(duì)平緩.

小區(qū)臨江入口處在12:00時(shí)空氣溫度出現(xiàn)峰值，且在峰值前后曲線斜率較大，溫度發(fā)生明顯變化，黑球溫度也同樣存在以上現(xiàn)象，且更加明顯.這是因?yàn)樾^(qū)臨江入口處在11:00-12:00之間在太陽(yáng)直射下，溫度驟然上升，而隨后被建筑陰影遮擋，黑球溫度快速下降約4 ℃.可見(jiàn)，建筑陰影會(huì)削弱太陽(yáng)輻射對(duì)溫度的提升作用.

圖8 濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)空氣溫度變化

Fig.8 Air temperature of measurement points in riverside residential area

圖9 濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)黑球溫度變化

Fig.9 Black-bulb temperature of measurement points in riverside residential area

濱江居住小區(qū)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速逐時(shí)變化情況如圖10所示.行列式布局內(nèi)風(fēng)速變化曲線波動(dòng)最大，且明顯大于其他測(cè)點(diǎn)，最大差值可達(dá)2.6 m/s.廣場(chǎng)處次之，而小區(qū)臨江入口處、圍合式布局及半圍合式布局內(nèi)風(fēng)速相對(duì)平穩(wěn)，且較為接近.小區(qū)臨江入口處在13:00-14:00時(shí)風(fēng)速較大出現(xiàn)峰值，并且此時(shí)溫度也略微下降如圖8、9所示.這說(shuō)明當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較弱時(shí)，風(fēng)速對(duì)溫度的影響較大.

濱江居住小區(qū)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)冷溫度逐時(shí)變化情況如圖11所示.行列式布局內(nèi)風(fēng)冷溫度日間波動(dòng)最大，且寒冷程度明顯高于其他測(cè)點(diǎn)，9:00-10:00熱感覺(jué)一直為非常寒冷.廣場(chǎng)和臨江入口處寒冷程度次之，而圍合式布局和半圍合式布局內(nèi)風(fēng)冷溫度最高，且波動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，熱感覺(jué)始終為寒冷.

圖10 濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化

Fig.10 Wind speed of measurement points in riverside residential area

圖11 濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)風(fēng)冷溫度變化

Fig.11 Wind chill temperature of measurement points in riverside residential area

2.2.2 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值分析

濱江居住小區(qū)各測(cè)點(diǎn)溫度、風(fēng)速及風(fēng)冷溫度平均值見(jiàn)表6.平均空氣溫度和平均黑球溫度最高的是廣場(chǎng)處，分別為-12.22 ℃和-8.24 ℃.這是由于c3點(diǎn)在太陽(yáng)光直射下，而且太陽(yáng)輻射是冬季室外環(huán)境得熱最主要的來(lái)源，所以廣場(chǎng)處平均溫度最高.圍合式布局內(nèi)平均空氣溫度，為-13.32 ℃，比半圍合式布局和小區(qū)臨江入口處分別高0.70 ℃和0.74 ℃.行列式布局內(nèi)平均空氣溫度最低，為-15.44 ℃.平均黑球溫度差異趨勢(shì)與空氣溫度基本相同，且測(cè)點(diǎn)間差值更大.

由此可見(jiàn)，冬季太陽(yáng)輻射對(duì)居住小區(qū)內(nèi)溫度提升作用效果最大；其次，建筑布局圍合程度越高，墻體面積越大，釋放的長(zhǎng)波輻射熱量相對(duì)較多，且熱量不易散失，可提高環(huán)境溫度.

平均風(fēng)速最大的是行列式布局內(nèi)a2點(diǎn)，為1.60 m/s，明顯大于其他測(cè)點(diǎn)，這是因?yàn)闇y(cè)試期間主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北向，該測(cè)點(diǎn)處出現(xiàn)了狹管效應(yīng).其次為廣場(chǎng)中央，為1.08 m/s，由于廣場(chǎng)四周相對(duì)空曠，無(wú)建筑遮擋，所以此處風(fēng)速較大.圍合式建筑布局與半圍合式建筑布局內(nèi)部由于受到建筑遮擋，所以平均風(fēng)速較小，分別為0.34 m/s和0.41 m/s.李維臻[19]、麻連東[20]均運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)寒地住區(qū)冬季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，研究指出冬季行列式布局風(fēng)環(huán)境最差，圍合式布局風(fēng)環(huán)境相對(duì)舒適，兩者日平均風(fēng)速相差約1.5 m/s.與本文研究結(jié)果基本一致，存在差值是由數(shù)值模擬邊界條件設(shè)置造成.

行列式布局內(nèi)平均風(fēng)冷溫度最低，為-21.18 ℃，寒冷程度最高.廣場(chǎng)和臨江入口處平均風(fēng)冷溫度次之，分別為-15.98 ℃和-14.06 ℃.圍合式布局和半圍合式布局內(nèi)平均風(fēng)冷溫度最高，分別為-13.32 ℃和-14.02 ℃，熱舒適度相對(duì)較高.

表6濱江居住小區(qū)測(cè)點(diǎn)平均值

Tab.6 Average data of measurement points in riverside residential area

測(cè)點(diǎn)編號(hào)及位置空氣溫度/℃黑球溫度/℃風(fēng)速/(m?s-1)風(fēng)冷溫度/℃c1(臨江入口)-14．06-11．280．63-14．06c2(圍合式布局)-13．32-10．590．34-13．32c3(廣場(chǎng)中央)-12．22-8．241．08-15．98c4(半圍合式布局)-14．02-12．760．41-14．02a2(行列式布局)-15．44-14．171．60-21．18

從上述研究可知，冬季濱江小區(qū)行列式布局內(nèi)部寒冷程度較高，熱舒適性較差.但是近年來(lái)新建濱江居住小區(qū)為獲取更好的景觀視野及室內(nèi)采光、通風(fēng)，多采用行列式布局.所以為進(jìn)一步分析冬季濱江小區(qū)行列式布局內(nèi)部熱環(huán)境，選取測(cè)點(diǎn)c6、c7和a2進(jìn)行對(duì)比分析，測(cè)點(diǎn)位置如圖1(a)所示，測(cè)點(diǎn)設(shè)置說(shuō)明見(jiàn)表7.

濱江居住小區(qū)行列式布局內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度、風(fēng)速及風(fēng)冷溫度平均值見(jiàn)表8.c6點(diǎn)平均空氣溫度和黑球溫度略高于c7，均明顯高于a2，分別相差1.73 ℃和2.24 ℃.c7點(diǎn)平均風(fēng)速明顯偏大，分別大于c6，1.03 m/s和a2，0.61 m/s.c6點(diǎn)平均風(fēng)冷溫度最高，分別高于c7，2.39 ℃和a2，3.18 ℃.這說(shuō)明增大行列式布局建筑間距能夠有效削弱布局內(nèi)部狹管效應(yīng)，提升布局內(nèi)部溫度，從而降低布局內(nèi)部寒冷程度，提高熱舒適度.但臨江側(cè)開口設(shè)計(jì)對(duì)布局內(nèi)部風(fēng)環(huán)境及寒冷程度影響很大.

表7行列式布局測(cè)點(diǎn)設(shè)置說(shuō)明

Tab.7 Information on measurement points of row layout pattern

測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)位置周邊環(huán)境a2行列式建筑布局內(nèi)部南北均為7層板式住宅，住宅間距為35mc6行列式建筑布局內(nèi)部北側(cè)為18層板式住宅，南側(cè)7層板式住宅，住宅間距為90mc7行列式建筑布局內(nèi)部南北均為33層板式住宅，住宅間距為65m

表8行列式布局測(cè)點(diǎn)平均值

Tab.8 Average data of measurement points of row layout pattern

測(cè)點(diǎn)編號(hào)空氣溫度/℃黑球溫度/℃風(fēng)速/(m?s-1)風(fēng)冷溫度/℃a2-15．44-14．171．60-21．18c6-13．71-11．931．18-18．00c7-13．72-12．442．21-20．39

3 結(jié) 論

1)通過(guò)分析濱江與內(nèi)陸居住小區(qū)熱環(huán)境差異，可得到：濱江居住小區(qū)溫度明顯低于內(nèi)陸居住小區(qū)，圍合式布局和行列式布局內(nèi)平均空氣溫度分別相差2.06 ℃和2.84 ℃，平均黑球溫度分別相差2.38 ℃和4.93 ℃.且濱江小區(qū)最高溫度出現(xiàn)時(shí)間比內(nèi)陸小區(qū)早30 min.濱江小區(qū)圍合式布局和行列式布局內(nèi)平均風(fēng)速比內(nèi)陸小區(qū)分別大0.23 m/s和0.73 m/s；濱江居住小區(qū)冬季寒冷程度與內(nèi)陸小區(qū)相比較高，熱舒適性較差.濱江小區(qū)圍合式布局和行列式布局內(nèi)平均風(fēng)冷溫度比內(nèi)陸小區(qū)分別低2.06 ℃和9.12 ℃.

2)通過(guò)分析濱江居住小區(qū)不同建筑布局內(nèi)熱環(huán)境，可得到：濱江居住小區(qū)日間溫度波動(dòng)主要受太陽(yáng)輻射的影響，接受太陽(yáng)直接輻射區(qū)域溫度波動(dòng)較大，陰影區(qū)域溫度波動(dòng)較小，黑球溫度相差2～3 ℃，空氣溫度相差0.5 ℃.并且建筑陰影會(huì)削弱太陽(yáng)輻射對(duì)溫度的提升作用，使黑球溫度下降約4 ℃.因此，在建筑空間布局中，建議減少居民活動(dòng)區(qū)域的陰影面積；廣場(chǎng)處平均空氣溫度分別比圍合式布局、半圍合式布局、臨江入口、行列式布局高1.10、1.80、1.84、3.22 ℃.廣場(chǎng)處平均黑球溫度分別比圍合式布局、臨江入口、半圍合式布局、行列式布局高2.35、3.04、4.52、5.93 ℃.因此，冬季太陽(yáng)輻射對(duì)小區(qū)內(nèi)溫度提升作用最為顯著，其次建筑布局圍合程度越高，布局內(nèi)部溫度越高；濱江小區(qū)行列式布局日間風(fēng)速波動(dòng)最大，廣場(chǎng)處次之，而臨江入口處、圍合式布局及半圍合式布局內(nèi)風(fēng)速相對(duì)平穩(wěn).行列式布局內(nèi)部平均風(fēng)速分別比廣場(chǎng)、臨江入口處、半圍合式布局、圍合式布局大0.52、0.97、1.19、1.26 m/s；濱江小區(qū)行列式布局風(fēng)冷溫度日間波動(dòng)最大，且寒冷程度明顯高于其他建筑布局.廣場(chǎng)和臨江入口處寒冷程度次之，而圍合式布局和半圍合式布局內(nèi)風(fēng)冷溫度最高，熱舒適度相對(duì)較高.并且對(duì)于濱江小區(qū)行列式布局，增大建筑間距能夠有效降低布局內(nèi)部寒冷程度，提高熱舒適度.但臨江側(cè)開口設(shè)計(jì)對(duì)布局內(nèi)部風(fēng)環(huán)境及寒冷程度影響很大.

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ThermalenvironmentofriversideresidentialareasatHarbininwinter

LIU Zheming1, ZHAO Xudong1, 2, JIN Hong1

(1.School of Architecture, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China；2.University of Hull, HU6 7RX, UK)

To study the thermal environment characteristic of the riverside residential areas in severe cold region in winter, field measurements on air temperature and black-bulb temperature have been carried out in riverside residential area and inland residential area of Harbin on typical weather day, then quantitative methods are used to analyze the thermal environment differences in winter between riverside residential area and inland residential area, and the impact of building layout in residential area on thermal environment. Furthermore, human thermal sensation is evaluated according to the wind chill temperature. The results indicate that the thermal environment of riverside residential area is worse than that of inland residential area, and there are significant differences in thermal environment among varied building layout patterns. The mean air temperature of riverside residential area is 2.45 ℃ lower than that of inland residential area, the average black-bulb temperature of riverside residential area is 3.66 ℃ lower, the average wind velocity is 0.48 m/s bigger and the average wind chill temperature is 5.59 ℃ lower. The solar radiation has the maximum effect on raising riverside residential areas’ temperature in winter, the second is buildings’ layout. Row layout pattern has the highest cold degree, followed by the square, and the riverside entrance, enclosing and semi-enclosing layout pattern has the lowest cold degree. Besides, increasing the building interval in the row layout can effectively reduce the cold degree and improve the thermal comfort degree.

severe cold region；riverside residential area；inland residential area；thermal environment；measurement

10.11918/j.issn.0367-6234.201607098

TU113.4

A

0367-6234(2017)10-0164-08

2016-07-25

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目"嚴(yán)寒地區(qū)城市微氣候調(diào)節(jié)原理與設(shè)計(jì)方法研究"(51438005)

劉哲銘(1988—)，男，博士研究生；

趙旭東(1965—)，男，教授，博士生導(dǎo)師；

金 虹(1963—)，女，教授，博士生導(dǎo)師

金 虹，729443932@qq.com

(編輯張 紅)