陳嘉穩(wěn),徐志安,黃 媛,張 蕓,李小梅

(湛江科技學(xué)院 建筑工程學(xué)院,廣東 湛江 524094)

1 引言

小氣候，一般指近地面幾米氣層內(nèi)、土壤表層和植被層內(nèi)的氣候，也指由于下墊面性質(zhì)以及人類和生物活動(dòng)而形成的較小范圍內(nèi)的特殊氣候[1]。

影響小氣候變化的因素多種多樣，在宏觀方面可能來自自然界的內(nèi)部進(jìn)程，也可能外部強(qiáng)迫[2]。而隨著現(xiàn)代城市化不斷發(fā)展，人們對高品質(zhì)的居住、學(xué)習(xí)、工作環(huán)境有著更高的追求。高校作為高密度人群聚集的空間，校園環(huán)境質(zhì)量、氣候特征對師生的生活和學(xué)習(xí)有著極其重要的影響，通過校園內(nèi)7個(gè)密集的較高的空間環(huán)境氣候數(shù)據(jù)的比較，基于校園小氣候環(huán)境的熱舒適性提出規(guī)劃設(shè)計(jì)理論與方法。同時(shí)可作為該校區(qū)周圍地區(qū)未來的發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)的小氣候參考資料，對未來該片區(qū)城市空間規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)與實(shí)踐意義[3]。

2 試驗(yàn)實(shí)測

2.1 實(shí)測場地簡介

湛江科技學(xué)院新湖校區(qū)位于廣東省湛江市麻章區(qū)湛江教育基地，地處東經(jīng)110.253292°,北緯21.172004°，熱帶北緣季風(fēng)氣候，終年受海洋氣候的調(diào)節(jié)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。校園綠地率約為36%，主要空間由校園生活建筑區(qū)、教育建筑區(qū)、水域區(qū)、廣場區(qū)、綠化區(qū)組成。本次試驗(yàn)根據(jù)研究目的，主要圍繞人流集中和途徑人流量大的活動(dòng)空間——穗園、北湖、圖書館廣場、鐘樓、樂收快遞點(diǎn)、操場、南湖七大活動(dòng)空間為實(shí)驗(yàn)場地。

2.2 樣地的選擇

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)，以上7個(gè)活動(dòng)空間作為本次實(shí)驗(yàn)的7個(gè)測點(diǎn)，分別為穗園側(cè)門(樣地2)、以水域?yàn)橹鞯男@北湖中心(樣地3)、人流量最大的鐘樓(樣地4)、樂收快遞點(diǎn)(樣地5)、足球場與籃球場之間的空間(樣地6)、南湖亭(樣地7)，與基本無植被覆蓋的圖書館廣場(樣地1)作對照。選取試驗(yàn)樣地綠化覆蓋不一，但均為人流量大的主要途徑要道或滯留場所。以上7處校園代表性試驗(yàn)樣地的基本特征如表1所示。

表1 樣地基本特征

2.3 測量時(shí)間與方法

數(shù)據(jù)測量時(shí)間由秋轉(zhuǎn)冬季開始，分3個(gè)時(shí)間日進(jìn)行，分別是2020年11月15日、2020年11月29日、2020年12月13日。從7：00～18：00每隔1 h對每個(gè)樣地進(jìn)行溫度、相對濕度、太陽輻射和風(fēng)速的實(shí)測記錄，進(jìn)而對不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析。

3 不同指標(biāo)的結(jié)果分析

3.1 空氣溫暖效應(yīng)分析

氣溫是大氣層中氣體的溫度,是氣象學(xué)常用名詞,直接受日射所影響[4]，根據(jù)對新湖校區(qū)校園內(nèi)的人流量較大的不同場地、不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的溫度測量，獲取校園內(nèi)空間的氣溫情況，從而進(jìn)行對人體舒適度的初步判斷。通過Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所得實(shí)測的數(shù)據(jù)反映如圖1、圖2、圖3。

圖1 11月15日各樣地空氣溫度日變化

圖2 11月29日各樣地空氣溫度日變化

圖3 12月13日空氣溫度日變化

以上三組數(shù)據(jù)都在當(dāng)日多云天氣下測量所得。通過圖1可了解到，每個(gè)試驗(yàn)樣地溫度變化基本一致，大概在當(dāng)天下午13：00開始溫度逐漸轉(zhuǎn)為下降趨勢，且溫差最大約為3 ℃；從圖2數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)日樣地5在11：00～12：00已經(jīng)達(dá)到最高，達(dá)到29.1 ℃，在處于冬季的湛江依然使人體感不適，處于偏熱的氣候；而從圖3可得，氣溫又再度上升，南湖氣溫更是在午時(shí)12：00～13：00時(shí)段達(dá)到峰值31.3 ℃，各樣地總體呈下降趨勢，最終在18：00～19：00時(shí)段依然處于23 ℃左右。

由上可得，校園氣溫在冬季依然變化不定，冬季12月依舊處于30 ℃高溫，高于11月。在同時(shí)段不同溫度的樣地中，又因?yàn)椴煌瑯拥氐闹参锱渲?、鋪磚種類、綠植覆蓋、水域差別而有不同。

3.2 相對濕度效應(yīng)分析

空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，為相對濕度。在冬天，相對濕度較大時(shí)，就會(huì)加速人體與外界環(huán)境的熱傳導(dǎo)，使人體感覺抑郁、陰冷，因此根據(jù)專家研究認(rèn)為，相對濕度的上限值不應(yīng)該高于80%，下限值也不應(yīng)該底于30%[5](圖4～6)。

圖4 11月15日各樣地相對濕度日變化

圖5 11月29日各樣地相對濕度日變化

圖6 12月13日各樣地相對濕度日變化

從圖4～6可知，在測得的7個(gè)樣地中，除12月13日多個(gè)樣地在9：00之前相對濕度高于80%外，其余每個(gè)時(shí)段的相對濕度都符合冬季人體感受，基本感覺舒適。在11月29出現(xiàn)于14：00～15：00段的高相對濕度，根據(jù)太陽輻射值來看，是由于那個(gè)時(shí)段處于陰影天氣導(dǎo)致的濕度變化。三次測量所得的相對濕度數(shù)據(jù)總體符合其在一天中的變化，符合高-底-高的規(guī)律，出現(xiàn)的極端變化或因鋪磚反射熱量所得。

3.3 太陽輻射效應(yīng)分析

太陽輻射，是太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，也是地球光熱能的主要來源，人體能明顯感受到太陽輻射的強(qiáng)弱，同時(shí)是人體熱舒適度的重要指標(biāo)[6](圖7、8)。

圖7 11月15日各樣地太陽輻射日變化

由圖7可知，各樣地太陽輻射達(dá)到峰值均在13：00～15：00段，之后呈下降趨勢，并且比較大，然后趨于平穩(wěn)狀態(tài)；圖8樂收與鐘樓兩處樣地峰值分別在11：00～12：00段和13：00～14：00段達(dá)到最高，約為1200 W/m2，各樣地不同時(shí)段變化較明顯，但總體使人不適，處于較高狀態(tài)。圖9各樣地太陽輻射基本均在10：00開始上漲，在12時(shí)左右到達(dá)峰值后下降，最終在15：00處于平穩(wěn)狀態(tài)。由以上可得，穗園由于建筑與行道樹遮擋原因，處于熱舒適最高評價(jià)，在空曠空間，如操場，鐘樓，圖書館多個(gè)等廣場空間由于缺乏植被與建筑遮擋，太陽輻射數(shù)值處于較高點(diǎn)，除特殊情況外學(xué)生滯留時(shí)間較短。

圖8 11月29日各樣地太陽輻射日變化

圖9 12月13日各樣地太陽輻射日變化

3.4 風(fēng)速效應(yīng)分析

風(fēng)無處不在，空氣時(shí)刻都在不停的流動(dòng)，包括水平流動(dòng)和垂直流動(dòng)。氣壓差、空氣溫度差、空氣相對濕度差都會(huì)引起空氣的流動(dòng)，即產(chǎn)生了風(fēng)。風(fēng)速，是指空氣相對于地球某一固定地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率。風(fēng)速?zèng)]有等級(jí)，風(fēng)力才有等級(jí)，風(fēng)速是風(fēng)力等級(jí)劃分的依據(jù)[7](圖10～12)。

圖10 11月15日各樣地風(fēng)速日變化

圖11 11月29日各樣地風(fēng)速日變化

圖12 12月13日各樣地風(fēng)速日變化

由圖10～12三次數(shù)據(jù)對比分析可以明顯發(fā)現(xiàn)校園不同樣點(diǎn)風(fēng)速變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律。首先按測量時(shí)間分析，根據(jù)三次數(shù)據(jù)顯示，同一地點(diǎn)，每日11：00～13：00與15：00～16：00這兩個(gè)時(shí)間之間風(fēng)速為全日最大，而從7：00～10：00與16：00之后風(fēng)速穩(wěn)點(diǎn)在低速水平，有些樣點(diǎn)還處于無風(fēng)狀態(tài)。另從測量地點(diǎn)出發(fā)，可以得出同一時(shí)間不同樣點(diǎn)風(fēng)速存在差異，而樣點(diǎn)風(fēng)速差異與各樣點(diǎn)的空間開敞性、環(huán)境植物配置、群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜性息息相關(guān)。對不同地點(diǎn)的風(fēng)速進(jìn)行分析：操場>圖書館>南湖>北湖>樂收>鐘樓>穂園。

鑒于這只是三次測量的結(jié)果，沒有大量的數(shù)據(jù)對比分析，也不能排除一定的季節(jié)、天氣影響，故以下僅提出幾點(diǎn)有關(guān)引起這種現(xiàn)象的原因判斷。

(1)日照導(dǎo)致地面升溫，繼而大氣溫度隨之升高，底層熱空氣上升，上層冷空氣下降，引起垂直方向的空氣對流，而這一過程發(fā)生在日出到日落之間，在11：00～13：00與15：00～16：00這兩個(gè)時(shí)間之間最為明顯，故會(huì)產(chǎn)生如表所示數(shù)據(jù)。

(2)建筑對風(fēng)的阻力，在相同時(shí)間不同樣點(diǎn)分析中，因?yàn)榄h(huán)境布局不一樣，建筑也可能對樣點(diǎn)風(fēng)速測量造成一定的影響，數(shù)據(jù)中環(huán)境比較空曠的樣點(diǎn)風(fēng)速在不同時(shí)間多數(shù)比其他樣點(diǎn)大。

(3)植物配置影響，植物無時(shí)無刻都行進(jìn)行光合作用和蒸騰作用，在此過程中兩個(gè)作用會(huì)導(dǎo)致局部活動(dòng)較為劇烈，由于植物光合作用于蒸騰作用在日光較強(qiáng)的條件下進(jìn)行的比較劇烈，會(huì)引起較為明顯的空氣流動(dòng)現(xiàn)象，表現(xiàn)為風(fēng)速增加。

因此可了解到風(fēng)速的大小在一定程度上影響人的風(fēng)感覺，而在猜測中影響風(fēng)速大小的可改變因素中，適宜的植物配置與建筑分布對人的活動(dòng)舒適性極為重要。

3.5 校園熱舒適度調(diào)查問卷分析

根據(jù)對四大指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果，可初步為后期需改善的校園區(qū)域設(shè)計(jì)提出較合理的校園環(huán)境改造意見，有利于提高我校師生對校園環(huán)的滿意度和舒適度。

本次隨機(jī)調(diào)查共收集162份有效的問卷，其中教師10位，學(xué)生152名。男生比例為32.26%，女生比例為67.74%。總體來說我校師生對校園環(huán)境舒適度的評分較低，對環(huán)境的感受認(rèn)為氣溫較高的人數(shù)占總?cè)藬?shù)83.61%，認(rèn)為風(fēng)力較強(qiáng)，且是熱風(fēng)占63.93%，此外9.68%人員對校園環(huán)境感到不滿意，38.71%的人員表示校園環(huán)境感到滿意，而其余51.61%人員表達(dá)可以接受。

4 結(jié)論與討論

基于以上三次測量結(jié)果，校園環(huán)境溫度、濕度、太陽輻射與風(fēng)速對人體舒適度都有著一定的影響，而以上四種因素?cái)?shù)據(jù)的變化基于校園測量樣地的類型、群落結(jié)構(gòu)、空間開敞性以及植物配置。結(jié)合以上測量結(jié)果，進(jìn)而改善影響舒適度的因素，以環(huán)境設(shè)計(jì)改善校園綠色空間秋季小氣候?；谡拷貐^(qū)秋冬季較為炎熱，提出以下校園環(huán)境改善意見。

(1)設(shè)計(jì)可遮陰校園景觀設(shè)施，合理增加校園遮陰。針對秋冬季的校園仍然處于較為炎熱的情況，在校園內(nèi)多設(shè)置遮陰設(shè)施，大幅度阻擋太陽輻射的通量，從而降低遮陰點(diǎn)環(huán)境溫度，從而提高人體舒適度。

(2)合理增加校園植被群落結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)可行性校園環(huán)境植物配置。不同植被對環(huán)境濕度、溫度、太陽輻射等會(huì)產(chǎn)生一定程度影響，結(jié)合樣地類型合理搭配植被群落，改善局部小氣候，從而改善人體舒適度。

(3)目前針對沿海城市濕度相對比較高的湛江地區(qū)校園環(huán)境熱舒適度研究相對較少，本文實(shí)驗(yàn)所得理論依據(jù)可供環(huán)境相似的城市參考，從而營造更加舒適的人與自然相適應(yīng)的校園生活環(huán)境。