陳 玄, 劉烘德, 王雨晨, 謝祥財(cái)
(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院,福建福州 350002)
[通信作者]謝祥財(cái)(1974~),男,博士后,副教授,研究方向?yàn)樗h(huán)境與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。
自我國(guó)加快城鄉(xiāng)建設(shè)進(jìn)程以來,社會(huì)發(fā)展及生產(chǎn)活動(dòng)破壞了很多原生氣候環(huán)境。傳統(tǒng)村落是千百年來人們居住生活的場(chǎng)所,經(jīng)年演變發(fā)展后形成具有地域性的、適應(yīng)本土的人居空間環(huán)境,其中蘊(yùn)含著的小氣候設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)價(jià)值,對(duì)傳統(tǒng)村落保護(hù)與發(fā)展以及村落公共空間小氣候的優(yōu)化與設(shè)計(jì)具有重要意義。
閩東地處中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,山區(qū)具有山地氣候,夏季濕熱多雨,秋冬光溫互利、寒冷不均。氣候條件是室外人體舒適感受的最主要影響因素,小氣候也稱微氣候,是指在大氣候環(huán)境相同的范圍內(nèi),受下墊面結(jié)構(gòu)、空間布局、景觀要素等因素的影響而在近地面空間形成的氣候條件[1]。人體御寒與保溫是冬季室外活動(dòng)不可忽視的問題,討論在寒冷氣候條件下洋頭村公共空間小氣候營(yíng)造與優(yōu)化的具體手法,從小氣候角度為閩東山地傳統(tǒng)村落公共空間規(guī)劃提供參考。
閩東山區(qū)傳統(tǒng)村落按自然水系與村落位置關(guān)系可分為水環(huán)繞型村落、水穿越型村落、鄰接水型村落等[2],洋頭村作為鄰接水型村落的代表在閩東山區(qū)村落中具有典型性。洋頭村依山而建,三面環(huán)山,水圳系統(tǒng)將山泉水引入村內(nèi),串聯(lián)形成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。四季分明,雨熱同期,冬季盛行偏北風(fēng)。村落背靠山地,內(nèi)部小氣候較為穩(wěn)定,形成相對(duì)獨(dú)立的舒適人居氣候環(huán)境。
從人居角度依照村民的行為活動(dòng)需求和空間使用功能,將洋頭村公共空間劃分為居住、通行和停駐空間三類。居住空間主要指前廳庭院,是鄰里間串門的場(chǎng)地;通行空間主要包括街巷、道路等空間,起到交通連接、交談的作用,村民在該空間停留時(shí)間較短;停駐空間主要指村民聚集、集會(huì)、休閑娛樂等公共活動(dòng)空間,村民停留時(shí)間較長(zhǎng)且目的性更強(qiáng)。
本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)選擇在冬季最冷月12月的晴朗少云天氣進(jìn)行,測(cè)試日為2019年12月7~9日,測(cè)試時(shí)段為每日8:00~17:00。標(biāo)記好樣地測(cè)點(diǎn),采用定點(diǎn)走動(dòng)觀測(cè)的方法,測(cè)量距地1.5m處的小氣候數(shù)據(jù),并每小時(shí)逐時(shí)記錄一次。在洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)1.5m高處設(shè)置實(shí)測(cè)儀器,采用泰仕太陽輻射儀、衡欣溫濕度測(cè)試儀以及標(biāo)智風(fēng)速儀,分別測(cè)量各測(cè)點(diǎn)太陽輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速。
在三類空間中分別選擇差異性較大的測(cè)點(diǎn)10個(gè),研究小氣候變化特征以及不同空間布局和景觀要素對(duì)小氣候要素的影響。各測(cè)點(diǎn)在村落中的位置見圖1,基本情況見表1。
圖1 洋頭村測(cè)點(diǎn)平面位置
洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)時(shí)段的太陽輻射變化曲線(圖2),呈中間高兩端低的單峰型特征。通過對(duì)比,午間12:00~13:00太陽輻射最強(qiáng)烈,17:00各測(cè)點(diǎn)太陽輻射均接近零。日均值從高到低依次為渠邊步道(281.85w/m2)、魚池(280.9w/m2)、祠堂前廣場(chǎng)(214.95w/m2)、溪畔游憩地(95.23w/m2)、石巷(92.38w/m2)、民宅庭院(85.9w/m2)、宅前小巷(80.82w/m2)、古厝庭院(70.76w/m2)、林蔭步道(40.07w/m2)、古橋(37.83w/m2)。太陽輻射量較大的測(cè)點(diǎn)為頂部無遮蔽的渠邊步道、魚池和祠堂前廣場(chǎng),偏小的均為半遮蔽空間,最小為全遮蔽的古橋和林蔭步道。
表1 洋頭村測(cè)點(diǎn)平面位置
圖2 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)太陽輻射變化
各測(cè)點(diǎn)空氣溫度逐時(shí)變化曲線(圖3)變化趨勢(shì)接近,呈“早低午高晚低”單峰型變化。測(cè)試期間大氣溫度日均最高溫為16.2 ℃,日均最低溫為8.3 ℃。通過對(duì)比可以得出,各測(cè)點(diǎn)最高氣溫主要集中在14:00,溫差最大為魚池與古厝庭院,最大差值達(dá)到3.9 ℃。對(duì)氣溫優(yōu)化效果最好的是魚池,在測(cè)量時(shí)段均高出所有測(cè)點(diǎn)各時(shí)刻溫度平均值2.7 ℃;其次為渠邊步道,在10:00~17:00氣溫高出同時(shí)刻全測(cè)點(diǎn)溫度平均值1.5 ℃。石巷、宅前小巷的氣溫變化和緩,稍高于全測(cè)點(diǎn)氣溫平均值;古橋、林蔭步道、溪畔游憩地、祠堂廣場(chǎng)的氣溫變化跨度較大,午間時(shí)段感覺較溫暖;庭院空間氣溫略低于全測(cè)點(diǎn)氣溫均值。
圖3 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)空氣溫度變化
空間中的相對(duì)濕度指單位體積空氣內(nèi)所含水氣密度與同種溫度條件下飽和水氣密度的百分比值[3]。研究證實(shí)相同氣溫條件下,相對(duì)濕度升高,人體表面溫度隨之升高,通常相對(duì)濕度為40 %~60 %RH的人體熱舒適感受較好[4]。對(duì)比各測(cè)點(diǎn)相對(duì)溫度逐時(shí)變化曲線(圖4),變化趨勢(shì)呈兩端高中間低的特點(diǎn)。冬季石巷、宅前小巷、溪畔游憩地的相對(duì)濕度最優(yōu),在測(cè)量時(shí)段處于較舒適數(shù)值范圍。古橋、林蔭步道在10:00~15:00的相對(duì)濕度較適宜,同等條件下,植物覆蓋面積多的測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度更高。渠邊步道、魚池、祠堂前廣場(chǎng)的相對(duì)濕度變化較大,最高時(shí)超過70 %,最低時(shí)少于40 %。庭院空間相對(duì)濕度普遍偏低。
圖4 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)相對(duì)濕度變化
空氣流動(dòng)產(chǎn)生繁榮風(fēng)速變化對(duì)人體熱舒適感覺有重要影響,冬季室外風(fēng)速小能減緩人體散熱水平。洋頭村冬季盛行偏北風(fēng),分析各測(cè)點(diǎn)在測(cè)量時(shí)段的日平均風(fēng)速變化圖(圖5),各測(cè)點(diǎn)1.5m高處的風(fēng)速均低于2.45m/s,在風(fēng)力等級(jí)中屬于2級(jí)(輕風(fēng),風(fēng)速1.6~3.3m/s)以下,主要為0級(jí)(無風(fēng),風(fēng)速0~0.2m/s)和1級(jí)(軟風(fēng),風(fēng)速0.3~1.5m/s)[5]。各測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速均低于測(cè)試期間大氣日平均風(fēng)速(2級(jí)),迎風(fēng)面受阻擋的宅前小巷和石巷對(duì)風(fēng)速優(yōu)化效果最佳,風(fēng)速保持在0.15m/s以內(nèi)。溪畔游憩地、祠堂前廣場(chǎng)為開敞空間,風(fēng)速較大且變化較快。
圖5 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化
人體“熱舒適”是人在所處環(huán)境中不感到寒冷與炎熱時(shí)的狀態(tài)[6],一般用人體舒適度指數(shù)進(jìn)行定量分析評(píng)價(jià),國(guó)內(nèi)外針對(duì)人體舒適度的研究提出了溫濕指數(shù)、生理等效溫度、濕球黑球溫度指數(shù)等計(jì)算方法,本文采用學(xué)者金琪提出的適用于夏熱冬冷地區(qū)的人體舒適度指數(shù)計(jì)算公式[7],公式如下:
I=1.8T-0.55(1.8T-26)(1-RH)-3.2 +32
式中:I為人體舒適度氣象指數(shù);T為空氣溫度(℃);RH為相對(duì)濕度(%);V為風(fēng)速(m/s)。
運(yùn)用公式,計(jì)算各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)人體舒適度指數(shù),結(jié)果見表2。依據(jù)人體舒適度指數(shù)等級(jí)劃分表(表3),可以看出洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)在測(cè)試時(shí)段基本屬于較舒適感受的范圍,小氣候優(yōu)化效果較好。
表2 各測(cè)點(diǎn)人體舒適度指數(shù)
表3 人體舒適度等級(jí)劃分(冬季)
山石、水體、植物、建筑等景觀要素的組合可以構(gòu)成不同的空間單元,對(duì)小氣候的調(diào)控與營(yíng)造效果各異。結(jié)合上文研究,對(duì)三類空間中的空間單元作進(jìn)一步分析,研究其小氣候優(yōu)化的營(yíng)造理法。
民宅庭院與古厝庭院是由四面建筑墻體圍合形成的封閉空間單元,天井起到納陽、通風(fēng)的作用,上空部分受到房檐遮擋。在冬季,庭院主要通過天井接收陽光,太陽輻射量較低。四面墻體使空間中風(fēng)速基本為零,滿足冬季保暖控溫的需要。庭院空間冬季氣溫變化相近,但由于民宅庭院中盆栽的調(diào)節(jié)作用,氣溫在13:00~17:00時(shí)略高于無綠化的古厝庭院,濕度條件也更高。
3.2.1 石巷與宅前小巷
石巷與宅前小巷均為偏東西走向,是兩側(cè)被民居墻體圍合的半封閉空間單元。屋檐遮擋部分天空,太陽輻射照入角度受限,冬季測(cè)量時(shí)僅在9:00~13:00太陽輻射量較大。巷子位于村落腹地,加之地面石材鋪地能吸收較多太陽輻射,具有良好保溫性,空間氣溫得到提升。水渠能增大空間濕度,測(cè)試時(shí)段石巷濕度保持在人體舒適范圍,宅前小巷在16:00~17:00超過60 %。冬季偏北風(fēng)被建筑阻擋,風(fēng)環(huán)境僅為1級(jí)。
3.2.2 渠邊步道
渠邊步道寬2m,偏南北走向的開敞空間單元,偏西側(cè)有50cm寬的水渠,空間內(nèi)景觀要素較單一。頂部空間無遮蔽,太陽輻射量大,在測(cè)量時(shí)段氣溫較高,混凝土鋪地能緩慢釋放吸收的熱能從而維持空間氣溫,人體感受較溫暖。水渠發(fā)揮增濕作用,將濕度調(diào)控在舒適區(qū)間。雖然步道與冬季風(fēng)向同向,但寒流到達(dá)村落腹地受到層層建筑阻隔,風(fēng)速減緩,人體體表感受良好。
3.3.1 魚池
魚池空間面積約14.7m2,水體面積占5.9m2,池西側(cè)與北側(cè)為3m高的石砌擋墻,東側(cè)為空曠場(chǎng)地,形成半封閉空間單元。魚池上空無遮蔽,冬季太陽輻射值較高,氣溫隨太陽輻射增大而升高?;炷龄伒啬芎芎玫貎?chǔ)存及散發(fā)熱量,日均氣溫12.8 ℃為全測(cè)點(diǎn)最高。較大面積的水體增濕效果更顯著,空間濕度偏高,在10:00~14:00時(shí)較舒適。擋墻作為屏障將空間置于背風(fēng)處,空氣流動(dòng)減少,風(fēng)速較小。
祠堂前廣場(chǎng)面積約235.5m2,廣場(chǎng)前水池面積為127.2m2,空間中景觀要素較少,為開敞空間單元。在冬季,空間頂部開闊,吸收的太陽輻射較多,但大面積水體的降溫增濕效應(yīng)使空間氣溫在早晚時(shí)偏低,12:00~15:00時(shí)空間溫度升高、濕度降低,人體感覺較舒適。北面較遠(yuǎn)處的樹群削減了一定風(fēng)力,但缺少屏障的開敞廣場(chǎng)空間風(fēng)環(huán)境仍稍大,導(dǎo)致廣場(chǎng)空間舒適度受局限。
通過實(shí)測(cè)可以發(fā)現(xiàn),在以洋頭村為例的閩東山區(qū)傳統(tǒng)村落中,山石水體、植物配置與建筑等景觀要素對(duì)村落公共空間小氣候環(huán)境的優(yōu)化有著重要作用。
(1)從小氣候日變化圖看出,洋頭村公共空間太陽輻射與空氣溫度變化呈“凸”字單峰型特征,空間相對(duì)濕度隨氣溫上升而下降。各項(xiàng)小氣候要素日均數(shù)值均為停駐空間最高,通行空間次之,居住空間最低。
(2)作為住宅與室外環(huán)境內(nèi)外連結(jié)的封閉空間,庭院中天井在冬季發(fā)揮納陽采暖的作用,四面圍合墻體更好避風(fēng)及保溫。應(yīng)注意庭院面積尺度,14.1m2的庭院空間其保溫效應(yīng)較10.5m2略差,但差異很小僅為0.38 ℃。無水體的條件下,應(yīng)適當(dāng)種植小灌木或盆栽,保持空間空氣濕度。
(3)頂部無遮蔽的空間太陽輻射量大,適合冬季取暖;地面采用石材、混凝土鋪裝,吸熱保溫效果優(yōu),能夠維持空間氣溫。水體與密林組合,空氣濕度大幅提升,在距50cm寬溪水的0.75m處,平均濕度降低3.03 %;距2.25m降低7.6 %。水體與空間面積比值為0.33優(yōu)于0.2,冬季日均溫度提高0.48 ℃。
(4)停駐空間宜在冬季主導(dǎo)風(fēng)向上游堆疊小地形或植物群落形成冬季風(fēng)障,植物比墻體適用范圍廣,落葉大喬木為最佳樹種,兼顧冬季納陽與夏季遮陰。水體與空間面積比值0.4與0.54相比,冬季日均濕度增大5.11 %。
傳統(tǒng)村落公共空間蘊(yùn)含的小氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì),對(duì)村民人居生活舒適性具有重要意義,也能在當(dāng)前鄉(xiāng)村振興建設(shè)中發(fā)揮積極作用。