岳志安，鄒惠芬，馬云龍

（沈陽(yáng)建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

聯(lián)合國(guó)世界城市化發(fā)展報(bào)告指出，全球范圍內(nèi)有50%以上的人口居住在城市地區(qū)[1]，城市地區(qū)的微氣候?qū)θ藗兊纳詈凸ぷ鞫加幸欢ㄓ绊?；每個(gè)城市都有獨(dú)特的微氣候，微氣候的形成受到地理位置，建筑布局和建筑風(fēng)環(huán)境的影響；伴隨著植物的蒸騰作用、水體等地表覆蓋物的蒸發(fā)及凝結(jié)等，周圍環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)速都會(huì)隨之發(fā)生變化[2]；但隨著城市化進(jìn)程不斷加快，商業(yè)區(qū)面積不斷擴(kuò)大的同時(shí)，原本的自然下墊面占有率逐漸減少，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)加劇，給長(zhǎng)期暴露于室外的人員帶來(lái)了身體負(fù)擔(dān)，同時(shí)氣溫的升高促使越來(lái)越多的空調(diào)設(shè)備投入使用，不僅增加了能耗，無(wú)形中又加劇了城市的熱島效應(yīng)。另外，長(zhǎng)期處于室內(nèi)工作，造成兩大不利：病態(tài)建筑綜合癥疾病增多，亞健康人群比例越來(lái)越多，室外的綠植、水體環(huán)境成了人們理想的活動(dòng)空間。

國(guó)外眾多學(xué)者對(duì)城市熱環(huán)境中不同的下墊面類型對(duì)微氣候的影響展開(kāi)了大量研究，而在這方面我國(guó)起步較晚，在設(shè)計(jì)居住小區(qū)的綠化和景觀方面，對(duì)氣候因素的考慮還不夠全面，居住小區(qū)內(nèi)良好的微氣候條件可以創(chuàng)造舒適的熱濕環(huán)境，為人們的戶外活動(dòng)提供便利，本文選取下墊面中的水體作為主要研究對(duì)象進(jìn)行分析。

1 居住小區(qū)內(nèi)水體與周圍空氣的熱濕作用機(jī)理

下墊面對(duì)城市氣候的形成有重要影響，包括土壤，綠植和水體，三者對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)理和強(qiáng)度各有不同，綠植與周圍空氣的熱質(zhì)交換主要通過(guò)蒸騰作用，光合作用和呼吸作用來(lái)進(jìn)行，土壤主要通過(guò)水分的蒸發(fā)來(lái)進(jìn)行，水體與周圍空氣的熱濕交換較前兩種復(fù)雜一些，下面就水體與周圍環(huán)境的熱濕交換展開(kāi)論述。

空氣與水的熱濕交換發(fā)生在空氣與水體表面接觸或空氣與水滴接觸的過(guò)程中，包括顯熱交換和潛熱交換，而潛熱交換是在濕交換的過(guò)程中發(fā)生的。由于水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在水體表面附近或者水滴的周圍會(huì)形成一個(gè)邊界層，在邊界層與水體之間存在著水分子的運(yùn)動(dòng)，邊界層如圖1所示。

圖1 周圍空氣與水的熱濕交換

該邊界層的溫度與水表面的溫度相同，如果邊界層溫度低于周圍空氣溫度，熱量由水體邊界層進(jìn)入到周圍空氣，若邊界層溫度高于周圍環(huán)境溫度，則熱量由周圍空氣進(jìn)入到水體界層；當(dāng)空氣與水表面接觸時(shí)，顯熱交換量由下式計(jì)算：

式中：dR:空氣與水在微元表面上的換熱量(W)；

μ：顯熱交換系數(shù)【W(wǎng)(m2·℃)】；

t:周圍空氣溫度（℃）；

tb:邊界層的空氣溫度（℃）。

周圍環(huán)境空氣與水體表面或水滴表面邊界層的濕量交換由水體表面或水滴表面邊界層水蒸氣分壓力(水蒸氣分子濃度)與周圍環(huán)境空氣中水蒸氣分壓力的相對(duì)大小決定，當(dāng)水表面邊界層水蒸氣分壓力大于周圍環(huán)境空氣的水蒸氣分壓力時(shí)，水蒸氣分子的運(yùn)動(dòng)特征表現(xiàn)為：由邊界層進(jìn)入周圍空氣的水蒸氣分子數(shù)大于周圍環(huán)境空氣進(jìn)入水表面邊界層的水蒸氣分子數(shù)[3]，最終結(jié)果是周圍環(huán)境空氣中的水蒸氣分子數(shù)增加，反之則減少；當(dāng)空氣與水在一個(gè)微小的表面接觸時(shí)，濕交換量由下式計(jì)算：

式中: dB: 空氣與水在微元表面上的濕交換量(kg/s)；

α :空氣與水表面的濕交換系數(shù)【kg/(N·s)】；

pq: 周圍空氣的水蒸氣分壓力（Pa）；

pq，b: 邊界層的水蒸氣分壓力（Pa）。

2 水體對(duì)微氣候的影響

由上述分析可知，在夏季，白天的水體和周圍空氣在太陽(yáng)輻射的作用下均會(huì)有溫升，但此時(shí)水體溫度往往低于周圍環(huán)境的溫度，即水表面邊界層的溫度低于周圍空氣的溫度，在邊界層與水之間產(chǎn)生溫度梯度，熱量由空氣進(jìn)入水中，周圍空氣溫度下降，達(dá)到降溫的效果；而在傍晚，空氣和水體接收的太陽(yáng)輻射的熱量大大減少，由于水的比熱容大于空氣，其降溫速率遠(yuǎn)低于空氣，當(dāng)空氣的溫度降至水面溫度以下時(shí)，熱量就會(huì)從水進(jìn)入空氣，表現(xiàn)為對(duì)周圍空氣起到保溫作用[4]。水面和周圍空氣的濕量交換不僅和水蒸氣的分壓力有關(guān)還與水面上方的風(fēng)速有關(guān)，綜合各項(xiàng)因素得出的水面蒸發(fā)量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槭?3)，該模型適用于我國(guó)東北，華北和華南地區(qū)[5]。

式中：E:水面蒸發(fā)量（mm/d）；

β150:水面上方1.5m處的風(fēng)速（m/s）；

e0:飽和水蒸氣分壓力（hpa）；

e150:水面上方1.5m處的水蒸氣分壓力（hpa）。

空氣中的水蒸氣是否達(dá)到飽和可以通過(guò)測(cè)量其干、濕球溫度來(lái)判斷，同一焓值狀態(tài)下的空氣，若干球溫度大于濕球溫度，則為不飽和空氣，二者差值越小說(shuō)明空氣越接近飽和，若干濕球溫度相等則達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為飽和空氣溫度，而此時(shí)對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力為飽和水蒸氣分壓力。

小區(qū)內(nèi)良好的微氣候環(huán)境不僅要滿足景觀的需求，還要結(jié)合人體對(duì)環(huán)境的熱濕反應(yīng)來(lái)評(píng)判，通常利用熱舒適的概念來(lái)評(píng)價(jià)微氣候的質(zhì)量；無(wú)論是室內(nèi)還是室外，最常用的方法是通過(guò)研究人體與外界的熱平衡來(lái)獲得人體熱舒適情況。熱舒適既要考慮生理需求也要考慮心理需求，即人體不需要采取主動(dòng)措施增加或減少散熱，也不需要改變?cè)瓉?lái)的知覺(jué)習(xí)慣就能達(dá)到舒適 (Thermal neutrality)。與室外不同的是，室內(nèi)的熱濕環(huán)境都是可控的，而室外的溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射等環(huán)境參數(shù)的變化很不規(guī)律，所以營(yíng)造良好的室外熱舒適環(huán)境還需要考慮水體與其它綠植的組合，不同的水體綠植組團(tuán)對(duì)環(huán)境的微氣候影響各不相同，一種既滿足經(jīng)濟(jì)性，又滿足熱舒適和美觀的綠植水體組團(tuán)對(duì)將來(lái)的景觀設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了小區(qū)內(nèi)水體對(duì)周圍空氣的作用機(jī)理和作用效果，從傳熱和傳濕兩個(gè)角度進(jìn)行闡述，提出了將來(lái)居住小區(qū)微氣候的研究方向；總之，小區(qū)微氣候是將來(lái)居住小區(qū)景觀綠化設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該考慮的一個(gè)方面，因?yàn)槿藗兇蠖鄶?shù)休閑活動(dòng)都是在這里進(jìn)行，對(duì)舒適的室外環(huán)境的訴求只增不減，良好的室外環(huán)境可以增加人們的體驗(yàn)感和舒適感，進(jìn)而提高工作效率。另外，水體在居住小區(qū)內(nèi)所處的位置和水體表面面積也是景觀設(shè)計(jì)中需要進(jìn)一步探討的。