彭旭路

(西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 成都 610039)

在氣候變化導(dǎo)致城市環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)突出的背景下[1]，高度城市化的城市人居環(huán)境中，城市內(nèi)部局地小氣候特征影響人居環(huán)境的適宜性[2]，適應(yīng)、改善與提高氣候適宜性的人居環(huán)境質(zhì)量是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。覆蓋城市區(qū)域1/4以上面積的城市街道[3]是提供城市室外活動(dòng)的重要場(chǎng)所[4]。自20世紀(jì)70年代起，已有結(jié)合小氣候的街道研究[5]，應(yīng)對(duì)氣候變化的街道適應(yīng)性規(guī)劃研究還處于發(fā)展階段[6]。為提升城市宜居品質(zhì)，在城市街道開(kāi)展熱舒適研究可以為健康城市環(huán)境的街道規(guī)劃設(shè)計(jì)提供基于熱覺(jué)途徑的理論指導(dǎo)，為整個(gè)城市室外活動(dòng)空間的改善提供參考。

建筑學(xué)科的熱環(huán)境是指與人們身體健康、工作效率直接有關(guān)的氣候物理環(huán)境條件[7]，常以熱輻射、空氣溫度、濕度、風(fēng)速4個(gè)物理量來(lái)描述[8]?！盁岘h(huán)境”和“小氣候”都是描述人活動(dòng)范圍的，從熱覺(jué)生理途徑作用于人，影響人體冷熱感覺(jué)的物理氣候環(huán)境。小氣候強(qiáng)調(diào)氣候在小尺度范圍的空間特征，熱環(huán)境強(qiáng)調(diào)與人的關(guān)系是影響冷熱感覺(jué)。城市街道小氣候也是同時(shí)強(qiáng)調(diào)小尺度空間特征與影響人體冷熱感覺(jué)的街道熱環(huán)境。舒適性是人主觀心理層面的感受，可通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知通道獲得。熱舒適是指人由熱覺(jué)途徑感知，獲得對(duì)熱環(huán)境表示滿意的主觀反應(yīng)[9]，是近30年來(lái)國(guó)內(nèi)舒適感受研究的熱點(diǎn)[10]。

關(guān)于熱舒適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有研究總結(jié)了兩類觀點(diǎn)。一類是穩(wěn)態(tài)熱舒適，由建筑學(xué)科開(kāi)展對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境舒適感受評(píng)價(jià)獲得，是指以人體熱平衡為基礎(chǔ)，以各種基于穩(wěn)態(tài)傳熱模型的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的熱舒適預(yù)測(cè)模型為獲得途徑，如預(yù)測(cè)平均投票(predicted mean vote, PMV)[11]、生理等效溫度(physiologically equivalent temperature, PET)[12]、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(standard effective temperature, SET)[13]等只涉及熱感覺(jué)指標(biāo)，以人體熱感覺(jué)中性即不冷不熱為舒適標(biāo)準(zhǔn)[14]，是一個(gè)較為狹窄的舒適區(qū)。一類是動(dòng)態(tài)熱舒適，與穩(wěn)態(tài)熱舒適機(jī)理區(qū)別，動(dòng)態(tài)熱舒適描述具有動(dòng)態(tài)機(jī)理的舒適感受。是各不同氣候地基于實(shí)地調(diào)查研究的適應(yīng)性熱舒適，強(qiáng)調(diào)了不同地區(qū)人體對(duì)動(dòng)態(tài)熱物理環(huán)境的生理心理自我適應(yīng)調(diào)節(jié)的主動(dòng)性與動(dòng)態(tài)變化性，使熱舒適成為動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)過(guò)程，呈現(xiàn)出不同的適應(yīng)性動(dòng)態(tài)特征[14-15]。以季節(jié)或年為單位的長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)，城市生活群體的熱經(jīng)歷[16-17]、熱期望[18-20]是影響動(dòng)態(tài)熱舒適的主要因素。短時(shí)間范圍內(nèi)，感知控制[21-22]可以影響小氣候舒適性。如寒冷地區(qū)的哈爾濱冬季和夏季室外空間獲得舒適感受時(shí)的熱感覺(jué)分別為“微涼”和“微曖”，且不同季節(jié)熱舒適受熱感覺(jué)影響的敏感程度不同[23]。在夏熱冬曖地區(qū)的廣州的實(shí)地調(diào)查，驗(yàn)證了無(wú)論人體處于熱平衡的熱感覺(jué)中性狀態(tài)還是熱不平衡狀態(tài),人體都會(huì)產(chǎn)生舒適感受[24]。

創(chuàng)造穩(wěn)態(tài)的熱環(huán)境是室內(nèi)熱環(huán)境的常規(guī)設(shè)計(jì)目標(biāo)[25]，但以中性的無(wú)差別無(wú)刺激的熱環(huán)境為舒適標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有遵循人通過(guò)自然生存進(jìn)化所形成的生理主動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)的特征，對(duì)人體健康不利[26]，也不利于舒適、健康的城市公共環(huán)境規(guī)劃建設(shè)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。在越來(lái)越多的室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)以創(chuàng)造接近自然動(dòng)態(tài)熱環(huán)境的趨勢(shì)下，本身就具有時(shí)空動(dòng)態(tài)性的室外熱環(huán)境，不宜以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱舒適作為氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有必要從利于健康的角度開(kāi)展動(dòng)態(tài)熱舒適研究。

空間因子是在微觀尺度對(duì)小氣候[27]以及熱舒適感受[10]產(chǎn)生影響的主要因素，在人活動(dòng)范圍的小氣候尺度，街道中的風(fēng)景園林要素及其組合結(jié)構(gòu)特征，如植被覆蓋、天空可視因子等會(huì)影響街道小氣候發(fā)生相應(yīng)規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化[10]?，F(xiàn)以動(dòng)態(tài)熱舒適機(jī)理為指導(dǎo)，選擇具有代表性的城市街道為研究對(duì)象，開(kāi)展小氣候?qū)崪y(cè)、熱舒適感受調(diào)查的實(shí)地實(shí)驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)分析、對(duì)比分析、回歸分析等方法探討和驗(yàn)證城市街道動(dòng)態(tài)熱舒適的存在、基于穩(wěn)態(tài)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的熱舒適預(yù)測(cè)模型的適用性，分析小尺度風(fēng)景園林空間中的短期熱經(jīng)歷對(duì)動(dòng)態(tài)熱舒適的影響機(jī)制，討論城市街道動(dòng)態(tài)熱舒適的特點(diǎn)。為更加準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)街道熱環(huán)境、增加室外空間使用、促進(jìn)創(chuàng)造氣候適應(yīng)性的人居環(huán)境提供理論支撐。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

黃金城道步行街位于上海市長(zhǎng)寧區(qū)，于2009年建造完成，西起古北路，東到伊犁南路，長(zhǎng)約700 m，寬約60 m，街道高寬比約1∶1，兩側(cè)建筑為底商加住宅的高層形式。雖然被銀珠路和瑪瑙路這兩條支路穿越分成了3段，但整體景觀層次豐富，使街道的通過(guò)性功能呈現(xiàn)空間的變化性。街道兩側(cè)臨近建筑的步行空間與普通車行道路相似，以銀杏作為行道樹(shù)，其規(guī)格、形態(tài)統(tǒng)一，種植線型位置與兩側(cè)建筑保持了一致的距離，貫穿整個(gè)街道，形成了良好的景觀延續(xù)性；街道中部通過(guò)設(shè)置形態(tài)各異、景觀植物變化的多個(gè)綠地組團(tuán)，既保證整體通過(guò)性功能不受影響，保持了動(dòng)向的延續(xù)，又使街道空間出現(xiàn)豐富的變化層次，不僅有櫻花、香樟、櫸樹(shù)、桂花等植物使四季有景可賞，高大的樹(shù)冠高低錯(cuò)落地相連形成建筑與室外環(huán)境過(guò)渡的自然空間。街道所在社區(qū)居住著來(lái)自50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的居民，具有高使用率的街道公共空間是展現(xiàn)中國(guó)現(xiàn)代城市公共空間品質(zhì)、人民生活幸福感的重要窗口，在社會(huì)上具有較高知名度。同時(shí)，步行街在城市線性空間中的功能活動(dòng)類型最為豐富，可以排除機(jī)動(dòng)車對(duì)熱舒適感受調(diào)查的干擾。因此，選擇黃金城道為研究對(duì)象具有典型性與參考性。

1.2 測(cè)試方案

1.2.1 測(cè)試布點(diǎn)

在開(kāi)展街道小氣候?qū)崪y(cè)、熱舒適實(shí)地調(diào)查時(shí)，不是以城市尺度的整條街道為對(duì)象來(lái)比較不同街道之間的氣候差異對(duì)人的影響，而是在街道內(nèi)部人活動(dòng)的尺度，以街道中被風(fēng)景園林要素分隔的、層次豐富的具體的小尺度風(fēng)景園林空間單元為分析單位。并對(duì)街道中代表性的風(fēng)景園林空間單元按頂面遮蔽程度進(jìn)行空間分類，站在設(shè)計(jì)者角度，各類型不管使用者偏好或不偏好的空間都兼顧，同時(shí)考慮街道斷面不同位置的原則，選擇了12個(gè)空間單元為測(cè)點(diǎn)，架設(shè)儀器進(jìn)行小氣候定點(diǎn)實(shí)測(cè)。測(cè)點(diǎn)平面分布如圖1所示，各測(cè)點(diǎn)空間形態(tài)基本情況如表1所示。

1.2.2 測(cè)試時(shí)間

實(shí)測(cè)日期、時(shí)間在經(jīng)當(dāng)?shù)亟值拦芾聿块T(mén)協(xié)商、許可后，在2018年7月13、14、15日進(jìn)行了3 d實(shí)測(cè)，定點(diǎn)實(shí)測(cè)時(shí)間為7：00—19:00。測(cè)試日虹橋氣象站的平均天氣情況為：平均空氣溫度30 ℃，平均相對(duì)濕度69.7%，平均風(fēng)速3.90 m/s。

1.2.3 小氣候測(cè)試

在小氣候熱、濕、風(fēng)要素中，選擇與建筑學(xué)領(lǐng)域[8]描述熱環(huán)境的物理氣候要素一致的4個(gè)小氣候要素：太陽(yáng)輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速作為街道熱舒適研究的熱物理環(huán)境要素進(jìn)行實(shí)測(cè)。使用Watchdog小型氣象站2000系列，架設(shè)在測(cè)點(diǎn)距離地面1.5 m高度處進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)實(shí)測(cè)，記錄時(shí)間為間隔1 min自記1次。

圖1 測(cè)點(diǎn)平面分布圖Fig.1 Plane distribution map of measuring points

表1 各測(cè)點(diǎn)空間形態(tài)基本情況

1.2.4 熱舒適感受問(wèn)卷

問(wèn)卷內(nèi)容分為兩個(gè)部分：一是包括性別、年齡、體重、身高、著裝等基本信息；二是舒適性感受調(diào)查，包括熱感覺(jué)投票與熱舒適投票。熱感覺(jué)表示人對(duì)周圍環(huán)境冷熱情況感受的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。按照美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)(American society of heating, refrigerating and air-conditioning engineers，ASHRAE)規(guī)范中的7級(jí)標(biāo)度(非常冷、冷、涼、不冷不熱、暖、熱、非常熱，賦值-3～3)來(lái)進(jìn)行熱感覺(jué)投票 (thermal sensation vote，TSV)選擇，熱舒適(thermal comfort vote，TCV)采用 4級(jí)標(biāo)度(極不舒適、不舒適、舒適、非常舒適，賦值-2～2)進(jìn)行選擇。舒適性感受調(diào)查沿設(shè)計(jì)的步行路線在每個(gè)測(cè)點(diǎn)短時(shí)停留3～5 min感受體驗(yàn)后進(jìn)行問(wèn)卷填寫(xiě)，以獲取熱感覺(jué)、熱舒適在整個(gè)步行路線中如何變化及其如何受小氣候條件和空間變化的影響。

1.2.5 熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

選擇生理等效溫度PET為熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)。PET被定義為在某一室內(nèi)外環(huán)境中，可以等效于人體在維持體內(nèi)和體表溫度達(dá)到人體熱量平衡時(shí)相對(duì)應(yīng)的典型室內(nèi)環(huán)境中的空氣溫度[12]。PET值越高表示天氣越熱，僅能提供氣候影響人體熱狀態(tài)的評(píng)價(jià)，常用于戶外熱舒適評(píng)價(jià)[28-29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 沿步行路線各測(cè)點(diǎn)空間小氣候?qū)崪y(cè)結(jié)果

黃金城道夏季進(jìn)行熱舒適問(wèn)卷調(diào)查時(shí)4個(gè)小氣候要素的實(shí)測(cè)數(shù)值如表2所示。與虹橋氣象站的測(cè)試日平均氣象數(shù)值比較，各測(cè)點(diǎn)的平均空氣溫度比氣象站平均空氣溫度高2.65 ℃，平均相對(duì)濕度比氣象站低了21.53%，平均風(fēng)速不到氣象站平均風(fēng)速的22%。量化了城市街道風(fēng)景園林空間的小氣候與城市氣候的差異性。

表2 黃金城道夏季問(wèn)卷調(diào)查時(shí)的小氣候?qū)崪y(cè)數(shù)值Table 2 Measured microclimate data during the summer questionnaire survey on Golden City Road

圖2 步行路線各測(cè)點(diǎn)小氣候均值Fig.2 Average value of microclimate at each measuring point of walking route

按設(shè)計(jì)的步行調(diào)查路線，計(jì)算的問(wèn)卷調(diào)查時(shí)間范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)小氣候均值如圖2所示。圖2中各數(shù)值的變化波動(dòng)性體現(xiàn)了街道風(fēng)景園林空間單元的變化對(duì)小氣候改變的重要性。如圖2(a)所示，太陽(yáng)輻射波動(dòng)幅度最大，最小值為37.33 W/m2，在樹(shù)蔭全遮蔽的常綠桂花樹(shù)下的8號(hào)測(cè)點(diǎn)，最大值為800.17 W/m2，在街道中部開(kāi)敞區(qū)的9號(hào)測(cè)點(diǎn)。如圖2(b)所示，步行路線各空間測(cè)點(diǎn)間的平均空氣溫度相差0.27～1.73 ℃，在開(kāi)敞區(qū)較高，樹(shù)蔭全遮蔽區(qū)較低?？諝鉁囟茸钚≈禐?1.43 ℃，位于樹(shù)蔭全遮蔽的落葉樹(shù)櫸樹(shù)下的7號(hào)測(cè)點(diǎn)，最大值33.17 ℃，位于開(kāi)敞區(qū)街道十字交叉口的6號(hào)測(cè)點(diǎn)，其中臨近水邊的樹(shù)蔭全遮蔽區(qū)香樟樹(shù)下的12號(hào)測(cè)點(diǎn)空氣溫度并不是最低，說(shuō)明靜態(tài)水體面積較小，對(duì)相鄰測(cè)點(diǎn)空氣溫度沒(méi)有顯著降低影響。如圖2(c)所示，步行路線各空間測(cè)點(diǎn)間的平均相對(duì)濕度相差0.98%～9.5%，其中最大值為54.4%，位置與空氣溫度最小值測(cè)點(diǎn)一致，在樹(shù)蔭全遮蔽的7號(hào)測(cè)點(diǎn),最小值為44.9%，與太陽(yáng)輻射最大值測(cè)點(diǎn)一致，在開(kāi)敞區(qū)9號(hào)測(cè)點(diǎn)，在水邊的樹(shù)蔭全遮蔽的12號(hào)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度也較高，水體對(duì)相對(duì)濕度的影響比空氣溫度明顯。如圖2(d)所示，整個(gè)步行路線各空間測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速變化性明顯，風(fēng)速最大值為1.48 m/s，在街道中部開(kāi)敞區(qū)的9號(hào)測(cè)點(diǎn)，最小值為0.37 m/s，與太陽(yáng)輻射最小低測(cè)點(diǎn)一致，在樹(shù)蔭全遮蔽的8號(hào)測(cè)點(diǎn)。

2.2 各空間測(cè)點(diǎn)熱舒適調(diào)查結(jié)果

熱舒適感受問(wèn)卷篩選的在上海生活超過(guò)一年的人群為調(diào)研對(duì)象，夏季共獲得有效問(wèn)卷540份。TSV調(diào)查結(jié)果如圖3所示，其中熱感覺(jué)為熱(TSV=2)的比例最高，達(dá)到58.97%，熱感覺(jué)為中性(TSV=0)的比例是15.1%。如圖4所示，各測(cè)點(diǎn)TSV值在大于O的情況下波動(dòng)變化，顯示出“熱”的不同程度變化，各測(cè)點(diǎn)平均熱感覺(jué)投票值達(dá)到了1.42，介于曖和熱之間。TCV調(diào)查結(jié)果如圖5所示，舒適和較舒適的占比達(dá)到 55.95%。如圖6所示，TCV數(shù)值隨著步行路線的空間移動(dòng)，在-1.5～1.0波動(dòng)變化。對(duì)比圖3～圖6可知：在夏季熱感覺(jué)高于中性的熱不平衡狀態(tài)下也能獲得熱舒適感受，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)熱舒適不是以達(dá)到熱平衡為舒適標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 熱感覺(jué)投票占比Fig.3 Thermal sensation voting ratio

圖4 各測(cè)點(diǎn)熱感覺(jué)投票Fig.4 Thermal sensation perception in space measuring points

圖5 熱舒適投票占比Fig.5 Thermal comfort voting ratio

圖6 各測(cè)點(diǎn)熱舒適投票Fig.6 Thermal comfort perception in space measuring points

2.3 各空間測(cè)點(diǎn)熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)PET計(jì)算結(jié)果

將各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)的小氣候數(shù)值帶入計(jì)算機(jī)模擬RayMan軟件，計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的PET數(shù)值，如圖7所示，PET隨著步行路線的空間移動(dòng)，在28.57～48.87 ℃波動(dòng)變化，各空間測(cè)點(diǎn)間PET相差范圍為1.05～20.216 ℃。PET值的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)隨著樹(shù)蔭頂面遮蔽程度越大值越小的變化規(guī)律，驗(yàn)證了街道空間的頂面遮蔽程度能對(duì)舒適性產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化影響，且植物覆蓋程度越高，影響越顯著。

圖7 各測(cè)點(diǎn)平均PET值Fig.7 Average PET value in space measuring points

2.4 各測(cè)點(diǎn)間小氣候要素、熱感覺(jué)、熱舒適投票結(jié)果顯著性分析

顯著性檢驗(yàn)常用于比較組間差異，以分析不同分組數(shù)據(jù)間是否有顯著性差異，將各空間測(cè)點(diǎn)的小氣候?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)、熱感覺(jué)與熱舒適調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)代入SPSS23.0軟件進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)后，數(shù)據(jù)都不符合正態(tài)分布，不適宜采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，再加上是多組比較，選用秩和檢驗(yàn)的方法進(jìn)行按空間類型分組的顯著性檢驗(yàn)。如表3所示，通過(guò)秩和檢驗(yàn)，黃金城道夏季的相對(duì)濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、熱感覺(jué)(TSV)、熱舒適(TCV)顯著性值小于0.05，拒絕原假設(shè)，各空間測(cè)點(diǎn)間有顯著性差異。明晰了在夏季高溫環(huán)境下：空氣溫度的空間差異性不明顯；雖然各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速遠(yuǎn)小于氣象站平均風(fēng)速，但依然是夏季街道各測(cè)點(diǎn)空間產(chǎn)生顯著差異的重要小氣候要素；植物覆蓋程度高且空間層次多變性使得黃金城道夏季相對(duì)濕度也能呈現(xiàn)各空間顯著差異；心理感受能在各空間變化中形成靈敏的感受差異。

表3 黃金城道夏季各空間測(cè)點(diǎn)小氣候要素、熱感覺(jué)、 熱舒適顯著性檢驗(yàn)

圖8 PET和TSV的空間變化Fig.8 Comparison of spatial changes between PET and TSV

3 討論

3.1 PET和TSV的空間變化對(duì)比

因?yàn)榉€(wěn)態(tài)傳熱模型的舒適標(biāo)準(zhǔn)與熱感覺(jué)相對(duì)應(yīng)，所以將各測(cè)點(diǎn)PET均值與TSV均值進(jìn)行空間變化對(duì)比，探討黃金城道夏季實(shí)地?zé)岣杏X(jué)的空間變化特點(diǎn)。

各測(cè)點(diǎn)的TSV分布于0.5～2.5，以0.5為變化單位將TSV設(shè)置了4個(gè)等級(jí)，同時(shí)將PET值也分為4個(gè)等級(jí)，各分級(jí)數(shù)值如圖8所示。從圖8可以看到PET和TSV沿步行路線的空間變化：兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)分布不完全一致；TSV和PET最高測(cè)點(diǎn)一致：在開(kāi)敞區(qū)的9號(hào)以及十字交叉口的6號(hào)測(cè)點(diǎn)，PET值都高于48 ℃，也是TSV最高的空間；最低點(diǎn)不一致：PET最低點(diǎn)位于街道北側(cè)樹(shù)蔭部分遮蔽的5號(hào)測(cè)點(diǎn)，而TSV最低的是街道南側(cè)樹(shù)蔭全遮蔽的8號(hào)測(cè)點(diǎn)。

探討PET和TSV等級(jí)分布不一致的原因：一方面，通過(guò)與小氣候要素的相關(guān)性分析可知，影響PET和TSV的小氣候要素有所區(qū)別，如表4所示。PET主要受熱要素，即太陽(yáng)輻射和空氣溫度影響，其中太陽(yáng)輻射影響最為顯著，而TSV主要受空氣溫度和相對(duì)濕度影響。一方面，在步行路線的空間變化中，即使短暫停留，人體熱感覺(jué)也對(duì)有顯著空間差異的小氣候產(chǎn)生了靈敏、顯著的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

表4 熱感覺(jué)、生理等效溫度與小氣候要素相關(guān)性

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)短時(shí)間熱感覺(jué)的空間變化特點(diǎn)如下。

(1)在都不是樹(shù)蔭全遮蔽的空間移動(dòng)對(duì)比中，即熱感覺(jué)差異不是最顯著的情況下，短時(shí)間的熱感覺(jué)會(huì)受到上一個(gè)空間熱感覺(jué)滯后影響。從1號(hào)到2號(hào)測(cè)點(diǎn)的PET差值增幅達(dá)到了18 ℃，可是TSV增幅不大，只有0.2；從開(kāi)敞的4號(hào)測(cè)點(diǎn)到樹(shù)蔭部分遮蔽的5號(hào)測(cè)點(diǎn)，PET值降低了兩個(gè)層次，減少了16 ℃，可TSV減少了0.85，變化幅度只降低了一個(gè)層次；從樹(shù)蔭部分遮蔽區(qū)的10號(hào)測(cè)點(diǎn)移動(dòng)到開(kāi)敞區(qū)的11號(hào)測(cè)點(diǎn)，PET增加了6.3 ℃，可是TSV基本沒(méi)有差異，增幅只有0.05。

(2)在熱感覺(jué)會(huì)發(fā)生顯著變化的開(kāi)敞與全遮蔽對(duì)比的情況下，從樹(shù)蔭全遮蔽變化到開(kāi)敞區(qū)的TSV變化幅度，略高于從開(kāi)敞區(qū)變化到樹(shù)蔭全遮蔽，而PET從開(kāi)敞到樹(shù)蔭全遮蔽的變化幅度略大于從樹(shù)蔭全遮蔽變化到開(kāi)敞區(qū)，說(shuō)明在短時(shí)間的熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化中，對(duì)大幅度增熱的感覺(jué)比減少更為敏感：從樹(shù)蔭全遮蔽的8號(hào)到開(kāi)敞的9號(hào)測(cè)點(diǎn)，熱感覺(jué)增加了1.51，從開(kāi)敞的6號(hào)測(cè)點(diǎn)移動(dòng)到樹(shù)蔭全遮蔽的7號(hào)測(cè)點(diǎn)，熱感覺(jué)減少了1.1。

3.2 實(shí)地TCV和PET的相互關(guān)系

直接使用基于穩(wěn)態(tài)傳熱模型的各熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方便，并可以對(duì)舒適性做出預(yù)判，給出預(yù)測(cè)值。基于實(shí)地調(diào)查的體現(xiàn)各地適應(yīng)性動(dòng)態(tài)特點(diǎn)的舒適性評(píng)價(jià)不能預(yù)測(cè)。根據(jù)適應(yīng)性熱舒適研究方法[30]，將穩(wěn)態(tài)熱舒適評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型PET與基于實(shí)地調(diào)查的動(dòng)態(tài)熱舒適主觀問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立二者之間的回歸方程，得到室外熱舒適評(píng)價(jià)適應(yīng)模型，作為當(dāng)?shù)責(zé)崾孢m范圍計(jì)算的參考。

夏季街道各空間測(cè)點(diǎn)PET值都高于28 ℃，不管是采用PET官方舒適標(biāo)準(zhǔn)9～26 ℃[31]，還是中西歐學(xué)者提出的PET舒適標(biāo)準(zhǔn)18～23 ℃[32]，根據(jù)PET模型計(jì)算結(jié)果的各測(cè)點(diǎn)都不舒適，驗(yàn)證了PET基于熱感覺(jué)中性的穩(wěn)態(tài)舒適標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確反映上海城市街道夏季的熱舒適。

為了探討PET模型熱舒適范圍的適應(yīng)性，將受訪者的熱舒適投票TCV值與相應(yīng)時(shí)點(diǎn)的PET值建立回歸方程為

TCV=-0.050PET-1.555，

R2=0.506，P<0.001

(1)

通過(guò)式(1)可以計(jì)算出當(dāng)TCV=0， 即人們開(kāi)始有舒適感受時(shí)，黃金城道夏季的PET值為31.1 ℃。當(dāng)TCV在-0.5～0.5時(shí)，計(jì)算出PET熱舒適范圍，夏季是21.1～41.1 ℃。這個(gè)適應(yīng)性舒適范圍比基于實(shí)地?zé)岣杏X(jué)調(diào)查計(jì)算的上海城市廣場(chǎng)夏季熱中性舒適范圍15.6～25.5 ℃[28]還要寬?？勺鳛榛诋?dāng)?shù)厝巳洪L(zhǎng)期生理心理適應(yīng)性的動(dòng)態(tài)熱舒適范圍參考。

3.3 實(shí)地TCV和TSV的相關(guān)性

如圖9所示，各測(cè)點(diǎn)的平均TSV和TCV值呈高度負(fù)相關(guān)，說(shuō)明整體上夏季熱舒適受瞬態(tài)熱感覺(jué)影響，與熱感覺(jué)呈顯著反比關(guān)系。將每一級(jí)熱感覺(jué)TSV與熱舒適投票TCV平均值建立擬合方程為

TCV=1.086-0.677TSV，

R2=0.757,P<0.001

(2)

基于本次問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果計(jì)算，當(dāng)TSV<1.60時(shí)，就能獲得舒適感受。驗(yàn)證了即使在平均空氣溫度高于30 ℃的夏季室外熱環(huán)境中，在熱感覺(jué)偏離中性，且以曖到熱為主的情況下，依然可以通過(guò)與變化的熱感覺(jué)對(duì)比產(chǎn)生相對(duì)的、動(dòng)態(tài)熱舒適。且熱舒適結(jié)果并不固定，對(duì)比圖4、圖6可以看出，熱感覺(jué)變化差異越大，熱舒適的變化也越大。

對(duì)比在上海南京東路夏季的熱舒適實(shí)地調(diào)查結(jié)果[33]：南京東路夏季實(shí)地調(diào)查時(shí)的平均空氣溫度比黃金城道低1.16 ℃，平均相對(duì)濕度高9.78%，平均太陽(yáng)輻射低148.12 W/m2。根據(jù)南京東路夏季TCV和TSV調(diào)查結(jié)果建立的擬合方程[33]，即

TCV=1.06-0.7TSV，

R2=0.746，P<0.001

(3)

根據(jù)式(3)計(jì)算可得，當(dāng)TSV<1.51時(shí)，就能獲得熱舒適感受。通過(guò)對(duì)比，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)熱舒適的變化特點(diǎn)：夏季熱環(huán)境條件相對(duì)越差，獲得熱舒適的熱感覺(jué)值相對(duì)遠(yuǎn)離中性。

圖9 TSV與TCV線性關(guān)系Fig.9 Linear relationship between TSV and TCV

4 結(jié)論

在城市熱舒適研究中，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱舒適不能準(zhǔn)確反映夏季室外活動(dòng)空間的熱舒適，為探尋城市街道小尺度風(fēng)景園林空間的動(dòng)態(tài)熱舒適機(jī)制，以上海黃金城道步行街作為代表性街道，開(kāi)展夏季小氣候要素的物理實(shí)測(cè)、大眾熱舒適感受問(wèn)卷調(diào)查、熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)PET計(jì)算相結(jié)合的實(shí)地實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比、數(shù)理分析等研究方法，總結(jié)了街道小尺度風(fēng)景園林空間、小氣候要素與人體熱舒適感受三者之間的密切關(guān)系，結(jié)論如下。

(1)驗(yàn)證了當(dāng)人體熱感覺(jué)中性不冷不熱時(shí)，是符合人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，從而直接獲得熱舒適感受的一種途徑。同時(shí)，在街道整體走向、建筑高寬比不變的情況下，被風(fēng)景園林要素分隔的街道小尺度空間中，還存在一開(kāi)始不符合人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，但通過(guò)動(dòng)態(tài)生理調(diào)節(jié)及動(dòng)態(tài)心理調(diào)適，與之前空間環(huán)境的熱感覺(jué)對(duì)比有改善，就可以獲得舒適感受的另一種途徑。

(2)影響PET的主要小氣候要素是太陽(yáng)輻射和空氣溫度，而影響夏季黃金城道TSV和TCV的主要小氣候要素是空氣溫度和相對(duì)濕度。穩(wěn)態(tài)的PET熱中性舒適標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確反映街道在熱感覺(jué)偏離中性還能獲得舒適感受的結(jié)果，在使用PET進(jìn)行熱舒適評(píng)價(jià)時(shí)，需要建立PET模型和實(shí)地?zé)崾孢m調(diào)查結(jié)果關(guān)聯(lián)的熱舒適評(píng)價(jià)適應(yīng)模型。

(3)短期的熱經(jīng)歷體驗(yàn)可以影響參與者的熱感覺(jué)。雖然在步行路線變化中，每個(gè)測(cè)點(diǎn)短期熱體驗(yàn)的時(shí)間只有3～5 min，但會(huì)通過(guò)隨空間變化與之前的熱感覺(jué)進(jìn)行不自覺(jué)的對(duì)比而形成對(duì)新環(huán)境的熱感覺(jué)評(píng)價(jià)，熱感覺(jué)有隨空間變化而出現(xiàn)相應(yīng)變化的動(dòng)態(tài)性，從而影響熱舒適產(chǎn)生相應(yīng)變化。

(4)短時(shí)熱感覺(jué)在步行移動(dòng)隨空間變化的過(guò)程中，可能出現(xiàn)受之前熱感覺(jué)滯后的影響，體現(xiàn)出對(duì)變化的環(huán)境條件的適應(yīng)；短時(shí)熱感覺(jué)從全遮蔭變化到開(kāi)敞區(qū)顯著增加比減少更加敏感，體現(xiàn)了對(duì)變化的環(huán)境條件忍受的程度差異。驗(yàn)證了上海城市街道夏季動(dòng)態(tài)熱舒適的變化特點(diǎn)：橫向上隨空間變化與熱感覺(jué)對(duì)比產(chǎn)生；縱向上舒適范圍比穩(wěn)態(tài)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)更寬；夏季熱環(huán)境相對(duì)越差，獲得熱舒適的熱感覺(jué)越遠(yuǎn)離中性，體現(xiàn)出感知控制對(duì)夏季惡劣熱環(huán)境的容忍性。研究成果可以為未來(lái)的城市健康設(shè)計(jì)提供基于動(dòng)態(tài)熱舒適的理論支撐與參考。