潘沿曉

(西南交通大學(xué)，四川 成都 611756)

1 概述

庭院是建筑外部環(huán)境與室內(nèi)環(huán)境的中介空間，是建筑常用的共享空間，是人們活動和交流的重要場所。庭院獨特的建筑形式形成了獨立的微氣候空間，良好的微氣候環(huán)境可以激發(fā)人們使用庭院的意愿[1]，能促使人們走出室外，親近自然，對促進(jìn)人們的身心健康和營造健康城市具有重要意義。

庭院的空間形態(tài)布局對于其微氣候中的熱環(huán)境具有重要影響。本文從庭院幾何形態(tài)、下墊面類型、景觀要素方面梳理了庭院空間形態(tài)對熱環(huán)境的影響的相關(guān)研究，并對后續(xù)的研究方向提出了建議。

2 幾何形態(tài)對熱環(huán)境的影響

2.1 庭院方向

庭院方向可以影響太陽輻射的有效接收，從而對熱環(huán)境產(chǎn)生影響。不同的庭院方向布局由于所形成的陰影不同，所獲取到的輻射有所差異。E-W方向布局的庭院陰影最小，得到太陽輻射的時間最長，N-S方向的則相反[2-4]。陰影的形成巧妙避開了太陽輻射，在夏季有利于形成熱舒適度較好的區(qū)域。E-W方向的陰影最小，熱舒適性最差[4]。對于氣候炎熱干燥地區(qū)，應(yīng)謹(jǐn)慎采用這種方向的布局。

2.2 庭院形狀

庭院的幾何形狀對其熱環(huán)境起著決定性的作用[5]。現(xiàn)有的研究大多聚焦于庭院平面邊長的相對長度比例。研究發(fā)現(xiàn)，在夏季，庭院的窄長形式被認(rèn)為是影響夏季涼爽程度的主要因素[6]。在冬季，當(dāng)南北向邊長較長，東西向邊長較短時，可以增加向陽面從而促進(jìn)太陽輻射的接收[7]?？傮w來說，庭院的邊長比例主要是對夏季形成的陰影和冬季太陽照射區(qū)域產(chǎn)生顯著影響。為了在冬季和夏季讓庭院對輻射的吸熱和散熱都能取得較好的平衡，Muhaisen認(rèn)為可以采取縱深相對較長的布局形式，該形式既可以在冬季減少熱損失，又可以在夏季減少輻射[8]。

2.3 庭院界面

庭院界面的圍合度直接影響了庭院的遮陽、通風(fēng)和對流換熱，需要針對實際的地域氣候和季節(jié)情況對以上因素進(jìn)行評估，從而合理控制界面的圍合度。界面的圍合度可以影響白天的遮陽和夜晚的散熱，當(dāng)庭院圍合較密時，在白天遮陽效果較好，夜晚由于其散熱受到的阻礙較大，保溫效果較好[9，10]。但許多研究也表明圍合度較高的庭院可能會導(dǎo)致自然通風(fēng)狀況不佳并降低熱舒適[9]，因此部分研究者比較研究了半開敞庭院與封閉庭院的熱舒適性。對于炎熱潮濕的氣候地區(qū)，主要是通過增強通風(fēng)來提高熱舒適，半開敞庭院形成的交叉通風(fēng)確實比封閉庭院形成的熱壓通風(fēng)的熱舒適性好[11]。但在炎熱干燥的氣候區(qū)，許多研究認(rèn)為遮陽才是影響熱舒適的最主要因素，當(dāng)開敞庭院通過開口通風(fēng)時，對夏季庭院的遮陽不利，外部的熱空氣和輻射會往庭院內(nèi)部滲透，增加了內(nèi)部的空氣溫度和輻射溫度，熱舒適性比封閉庭院差[4,12]。同時，當(dāng)開口較高即開敞部分的界面較高時，熱量和輻射的滲透更多，庭院更不舒適[4]。

2.4 庭院構(gòu)件

庭院的遮陽構(gòu)件能有效改善庭院的熱環(huán)境[9]，特別是在炎熱的夏季，庭院的熱舒適性主要取決于太陽輻射的照射情況，遮陽是改善熱舒適的最佳手段[4，13]。在庭院增加廈房和廊檐等構(gòu)件能有效遮擋太陽輻射，改善夏季的熱舒適[4,6]。

2.5 庭院深度

庭院的深度影響著太陽輻射的接收和遮蔽。Al-Hafith等[14]對影響庭院遮陽的形態(tài)設(shè)計因素進(jìn)行了整合研究，發(fā)現(xiàn)庭院高寬比(H/W)是影響庭院遮陽的最重要因素[8]，當(dāng)H/W越大時，遮陽面積越大，可見深庭院形式的遮陽效果最好[15]，在夏季有利于降溫，適用于改善氣候炎熱且夏季不適地區(qū)的熱環(huán)境，而且這種改善效應(yīng)是較為穩(wěn)定的[16]。同時，深庭院形式在冬季還可以提高溫度(見圖1)[17]。但較大的H/W可能會阻礙太陽輻射的接收，因此深庭院形式并非適合于所有的氣候地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，對于溫暖炎熱地區(qū)，H/W宜在4∶5～5∶5之間，即可以采用較深的庭院；而對于寒冷地區(qū)，H/W宜在3∶5～4∶5之間，以便在冬季獲取輻射和夏季遮擋輻射中更好地平衡，在兩季都獲得較好的熱性能[16]。

3 下墊面類型對熱環(huán)境的影響

下墊面是指與大氣下層直接接觸的地球表面，大氣圈以地球的水路表面為其下界，成為大氣層的下墊面[19]。下墊面描述的是地形、地質(zhì)、土壤和植被等地球表面特征，在城市中多用來描述地表材質(zhì)方面的特征，如巖石、土壤、水面和植被等。由于不同的下墊面在反射率和比熱容屬性等方面存在差異，庭院下墊面類型對熱環(huán)境產(chǎn)生一定影響[19]。對于硬質(zhì)鋪磚，不同顏色材質(zhì)的比熱容和反射特性有所差異，紅磚的升溫和降溫都比白瓷磚快，但是白瓷磚的反射輻射能力較強，因此紅磚在遮陽較好的庭院中能使地表升溫較慢，降溫較快，而白瓷磚在較大的庭院中能將較多的輻射反射回天空，使得地表吸收到的熱量較少[9]。相比于硬質(zhì)鋪裝，裸露土壤等軟質(zhì)地表能降低庭院的空氣和表面溫度并提高熱舒適度[2]。

4 景觀要素對熱環(huán)境的影響

綠化水景的布置對熱環(huán)境具有較顯著的影響。在夏季，綠化能有效降溫，在冬季，水景熱穩(wěn)定性較好，對環(huán)境氣溫具有保溫作用[20]。水面的布局形式差異對熱環(huán)境也有影響，分散布置的多處較小面積的水面，比集中大面積的水面的降溫效應(yīng)更明顯[3,9]。樹木通過遮陽和蒸騰蒸發(fā)等顯著改善熱舒適性[6]。Shashua-Bar L發(fā)現(xiàn)在遮陽網(wǎng)格(遮陽量相同)的前提下，相比于草地，樹木的降溫效應(yīng)更明顯[21]。

5 結(jié)論與展望

本文從庭院幾何形態(tài)、下墊面材質(zhì)、景觀要素方面梳理了庭院空間形態(tài)對熱環(huán)境的影響的相關(guān)研究，庭院幾何形態(tài)涉及庭院方向、界面、形狀、深度等，下墊面類型涉及硬質(zhì)和軟質(zhì)材質(zhì)，景觀要素涉及綠化水景，熱環(huán)境涉及熱物理要素(氣溫、地溫等)與熱舒適等。但作者認(rèn)為，還存在有以下不足以及后續(xù)可進(jìn)一步研究的方向：

1)上述研究的思路大多是通過研究庭院形態(tài)對遮陽和通風(fēng)的影響，進(jìn)而探討對熱環(huán)境的影響。研究中大部分體現(xiàn)的是遮陽對于改善熱環(huán)境的貢獻(xiàn)，然而對于通風(fēng)貢獻(xiàn)的體現(xiàn)則相對較少。

2)庭院相關(guān)形態(tài)指標(biāo)的影響研究仍需拓展，目前的研究大多只涉及了庭院長、寬、高等簡單單一指標(biāo)的研究，而對于復(fù)合指標(biāo)(如寬度與長度比(W/L)、天空視域因子(SVF)、幾何形狀系數(shù)等指標(biāo))的研究鮮有涉及且不夠系統(tǒng)，對于多個指標(biāo)的綜合影響的研究更是較為有限。

3)庭院的空間形態(tài)可能會對遮陽、通風(fēng)和對流換熱等產(chǎn)生相反的影響，如庭院圍合度較高時，有利于遮陽但對于通風(fēng)不利，因此在后續(xù)研究中需要因地制宜地進(jìn)一步研究如何在其中尋求平衡，探討最適宜的形態(tài)布局方式。

4)對于不同氣候地區(qū)和功能類型的庭院，對熱環(huán)境品質(zhì)的需求可能有所差異，因此可對庭院進(jìn)行更細(xì)致地分類研究，更有針對性地探討庭院空間形態(tài)對熱環(huán)境的影響。