文/北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 戴 儉 閆曉光

1 背景

近年來，人們越來越重視氣候環(huán)境問題。傳統(tǒng)村落微氣候作為微氣候研究中的重要一環(huán)，其舒適度影響村民對村落空間品質(zhì)的感受。微氣候研究以村落和街區(qū)為重點，重視傳統(tǒng)村落保護。山水理念的興起對傳統(tǒng)村落微氣候環(huán)境保護具有重要作用。

研究通過構(gòu)建理想山水景觀格局，對不同主山高度變化模型進行模擬，得出主山高度變化與理想山水景觀格局的量化關(guān)系，為未來傳統(tǒng)村落的規(guī)劃與保護提供依據(jù)。

2 概念

2.1 理想山水格局

理想山水格局以山水理念為基礎(chǔ)，經(jīng)過人類長期生活與實踐積累，選擇最適宜生活的理想居住環(huán)境。負陰抱陽，背山面水是理想山水格局的基本布局形式。我國受季風(fēng)氣候影響較大，理想山水格局的村落可在冬季避開寒冷的西北風(fēng)，夏季迎接?xùn)|南風(fēng)帶來的雨水。最佳傳統(tǒng)村落選址布局形式為基址四周被山環(huán)抱，北面為主山，東西兩面為次山，南面為案山，河流繞基址而過，形成山水環(huán)抱格局[1]（見圖1）。

圖1 最佳村址選擇

2.2 氣候因子

目前，對室外環(huán)境微氣候有影響的氣候因子包括空氣溫度、相對濕度及風(fēng)速等。本研究以1.5m水平高度作為人體最適宜的感受高度，通過軟件模擬收集數(shù)據(jù)，對比分析各類指標數(shù)值。

1）空氣溫度 是反映室外微氣候環(huán)境冷熱程度的指標，是對人體熱舒適度影響最大的因素。

2）相對濕度 是反映室外空氣干濕程度的指標，與人體熱調(diào)節(jié)過程密切相關(guān)。

3）風(fēng)速 是反映室外空氣流動速度的指標，是風(fēng)環(huán)境中最主要的氣象因子。在其他條件一定時，皮膚表面與環(huán)境間的換熱程度隨風(fēng)速的增加而提高，汗液蒸發(fā)速度加快。

2.3 熱舒適度指標

熱舒適度是反映人體與室外環(huán)境微氣候熱感覺程度的指標。由于個體差異，人體對熱舒適環(huán)境要求不同。

研究以目前應(yīng)用廣泛的PMV-PPD作為熱舒適度指標，是國際標準組織公認的熱舒適評價指標。PMV-PPD不僅將外部環(huán)境中的相關(guān)氣象因子如太陽輻射、空氣溫濕度及風(fēng)速等納入評價指標，還考慮人體因素如人體新陳代謝、衣著情況等。如表1所示，PMV-PPD指標分為7級，0為最理想舒適值[2]。

表1 PMV-PPD熱舒適度指標區(qū)間

3 模型建立

3.1 ENVI-met

1998年，德國美因茨大學(xué)MICHEAL教授團隊設(shè)計研發(fā)三維流體非靜力模擬軟件ENVI-met，其通過對不同條件下的太陽輻射、風(fēng)、建筑物和其他影響因素間的相互作用進行模擬，反映環(huán)境微氣候中的物理熱工性能，以及植物、土壤和微氣候環(huán)境間的內(nèi)在聯(lián)系，被廣泛應(yīng)用于物理熱工環(huán)境、風(fēng)環(huán)境和熱舒適評價等領(lǐng)域。

3.2 模型簡化

傳統(tǒng)村落的基本模型以門頭溝區(qū)典型村落為依據(jù)，并進行合理簡化。

基本模型通過對理想山水格局選址的分析，得到村落與外部空間形態(tài)布局、體量之間關(guān)系。在總結(jié)高云飛等[3]經(jīng)驗和綜合考慮模擬運行速度基礎(chǔ)上，模型經(jīng)過合理簡化[4]，得到最佳選址簡化模型。

3.3 基本參數(shù)設(shè)置

3.3.1 地形、網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置

模型經(jīng)過簡化，基本尺寸設(shè)置為長252m、寬248m、高60m的矩形地形。為提高模擬結(jié)果的精確性，地形邊界四周12m范圍內(nèi)不另建模型，模型頂部邊界高度設(shè)置為模型最高高度的2倍及以上；垂直網(wǎng)格方向上增加底層細分等距網(wǎng)格和第n層放大不等距網(wǎng)格的形式。根據(jù)模型中主山、次山、案山、河流及村落建筑的具體尺寸，最終建立ENVI-met模型。

3.3.2 地理、氣候參數(shù)設(shè)置

模擬地點位于北京市門頭溝區(qū)。比較門頭溝區(qū)往年氣候條件數(shù)據(jù)，選取大寒日和大暑日2個典型日期作為數(shù)據(jù)模擬日期進行研究。將門頭溝區(qū)大寒日和大暑日氣象參數(shù)輸入設(shè)置。文中未提到的參數(shù)按默認數(shù)值輸入。將模擬地形中砂壤土、水泥路、水面、建筑、植被等下墊面材質(zhì)輸入模型。

3.4 不同方案設(shè)置

在其他條件一定的情況下，對已建立的基本模型主山高度進行設(shè)置。選取模型中村落4條主要街巷為樣本點S1，S2，S3，S4，如圖2所示。

圖2 樣本點選取

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 室外溫度

經(jīng)過ENVI-met軟件模擬，研究選擇中午12:00的數(shù)據(jù)進行分析。冬季，主山高度變化對空氣溫度影響較大。從主山高度變化看，街巷內(nèi)部空氣溫度隨主山高度的增加逐漸升高。從樣本點選取看，主山擋住西北風(fēng)，村落東北部S2，S3的溫度升高趨勢明顯大于西南部S1，S4；距主山位置越近，對溫度變化的影響越明顯，樣本點S2處溫度升高趨勢明顯大于S4處。夏季，主山高度變化對空氣溫度的影響較小，主山高度增加對室外溫度升高的影響不明顯（見圖3，4）。

圖3 冬季大寒日不同主山高度室外溫度

圖4 夏季大暑日不同主山高度室外溫度

4.2 相對濕度

冬季，主山高度變化對相對濕度的影響較大。從主山高度變化看，街巷內(nèi)部相對濕度隨主山高度的增加逐漸升高。從樣本點選取看，由于主山擋住西北風(fēng)，村落東北部S2，S3的相對濕度升高趨勢明顯大于西南部S1，S4；距主山位置越近，對相對濕度變化的影響越明顯，樣本點S2處相對濕度升高趨勢明顯大于S4處。夏季，主山高度的變化對相對濕度基本沒有影響（見圖5，6）。

圖5 冬季大寒日不同主山高度室外相對濕度

圖6 夏季大暑日不同主山高度室外相對濕度

4.3 風(fēng)速

冬季，主山高度變化對風(fēng)速有一定影響。從主山高度變化看，東西向街巷風(fēng)速隨主山高度的增加逐漸降低，南北向街巷風(fēng)速變化不明顯。從樣本點選取看，由于主山擋住來自西北的風(fēng)向，距主山位置越近，風(fēng)速變化影響越明顯，樣本點S2處風(fēng)速降低趨勢明顯大于S4處。夏季，主山高度變化對風(fēng)速基本沒有影響（見圖7，8）。

圖7 冬季大寒日不同主山高度室外風(fēng)速

圖8 夏季大暑日不同主山高度室外風(fēng)速

4.4 熱舒適度

冬季，主山高度變化對熱舒適度影響較大。從主山高度變化看，街巷內(nèi)部熱舒適度隨主山高度的增加逐漸升高。從樣本點選取看，主山擋住西北風(fēng)，村落東北部S2，S3的熱舒適度變化趨勢明顯大于西南部S1，S4；距離主山位置越近對熱舒適度變化的影響越明顯，樣本點S2處相對濕度升高趨勢明顯大于S4處。夏季，主山高度變化對熱舒適度影響較小，熱舒適度隨著主山高度的增加而降低。

5 結(jié)語

理想山水格局中主山高度對傳統(tǒng)村落的微氣候產(chǎn)生影響。從季節(jié)看，主山高度的變化對冬季環(huán)境微氣候影響較大，對夏季環(huán)境微氣候影響較小。原因是主山阻擋了來自西北方向的寒風(fēng)。從氣候因子看，冬季主山高度的變化對空氣溫度和相對濕度的影響較大，對風(fēng)速影響較小?？諝鉁囟群拖鄬穸葘Υ迓鋿|北部變化趨勢的影響明顯大于西南部，且距主山位置越近，變化趨勢越明顯。風(fēng)速對東西向街巷影響較大，對南北向街巷影響較小。從熱舒適度看,主山高度變化對冬季熱舒適性影響較大，對夏季熱舒適性影響不明顯。

研究通過ENVI-met軟件模擬，基于量化數(shù)據(jù)闡述理想山水格局中主山對村落環(huán)境微氣候帶來的積極影響，發(fā)現(xiàn)主山高度變化與環(huán)境微氣候間的量化關(guān)系及規(guī)律，為未來傳統(tǒng)村落的規(guī)劃與保護提供指導(dǎo)。