周 越

鮑沁星*

張敏霞

由熱島效應引起的極端天氣頻發(fā)，導致了一系列生態(tài)、健康、社會問題[1]，改善城市熱環(huán)境已迫在眉睫。城市綠色空間常被視為城市冷源，具有調(diào)節(jié)局部氣溫功能[2]，但現(xiàn)階段中國風景園林行業(yè)熱環(huán)境標準暫缺，常常會出現(xiàn)場地內(nèi)部空間熱舒適度不佳的情況。遮陽是應用最廣泛的溫度調(diào)節(jié)措施，城市環(huán)境的直接熱源是太陽短波輻射，通過遮擋和反射太陽輻射就能夠有效降低空氣溫度[3]，因此相關(guān)的標準也尤為重要。當前，國內(nèi)外已出臺多部涉及室外的熱環(huán)境設(shè)計標準、評價條例，包括遮陽、綠化、通風等多個方面。本文選取其中的遮陽標準，通過比較異同，分析存在差異的主要原因，以期為我國風景園林熱環(huán)境設(shè)計專項標準的制定研究提供參考。

1 中國城市綠色空間熱環(huán)境遮陽標準現(xiàn)狀

目前，我國風景園林領(lǐng)域熱環(huán)境設(shè)計專項標準尚未出臺，相關(guān)內(nèi)容僅在《城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計標準》(JGJ 286—2013)與《中國綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)2部國家級標準中有所涉及，并且上述居住區(qū)與綠色建筑標準中的熱環(huán)境規(guī)范主要針對建筑周邊綠地。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2013年頒布《城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計標準》(JGJ 286—2013)，意為規(guī)范并改善城市居住區(qū)熱環(huán)境，提高居住區(qū)環(huán)境的熱舒適性，降低建筑能耗[4]。該標準要求居住區(qū)采取規(guī)定性設(shè)計或評價性設(shè)計，在規(guī)定性設(shè)計中單列“遮陽”一節(jié)，共含5條具體標準，對戶外綠地空間的遮陽設(shè)計做出明確規(guī)定。作為強制性條文，目的是有效控制環(huán)境受到的太陽輻射，保證戶外活動場所的熱安全性。鼓勵采取喬木類綠化，或以庇護性景觀亭、廊或固定式棚、架、膜結(jié)構(gòu)等的構(gòu)筑物遮陽方式，或采取綠化和構(gòu)筑物混合遮陽等方式[4]，并結(jié)合我國建筑氣候區(qū)劃分和場所特定功能設(shè)置不同的遮陽覆蓋率限值。

綠色建筑將生態(tài)環(huán)保作為最主要目標，在適應氣候和節(jié)約能源方面有詳細要求。2019年頒布的最新版《中國綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)將綠色建筑的室外熱環(huán)境標準列入考評范圍，新增“采取措施降低熱島強度，提高環(huán)境舒適度”[5]等規(guī)定，其中包含日照、遮陽設(shè)計標準和具體指標。該遮陽標準僅針對位于建筑陰影區(qū)外的戶外活動場地，包括步道、庭院、廣場、游憩場所和非機動車停車場(不含機動車道和機動車停車場)，必須布置遮陽設(shè)施且面積占比達到規(guī)定數(shù)值。

標準化能為設(shè)計實踐提供科學的指導，推動提升風景園林從業(yè)人員的專業(yè)理論知識，是實現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑與“觸點”。當前我國不僅專項標準缺乏，而且相關(guān)標準數(shù)量較少、涉及要素不完善，沒有形成一套全面、成熟的評價體系。其中，量化指標主要有遮陽覆蓋率、有效遮陽面積占比等，但對于如何控制這些指標沒有給出明確的指導。

2 國外城市綠色空間相關(guān)熱環(huán)境遮陽標準

國外對于城市綠色空間熱環(huán)境的研究起步較早，現(xiàn)已積累了較多理論研究結(jié)果與設(shè)計規(guī)范，主要集中于風景園林可持續(xù)評估與綠色建筑評估體系，其中遮陽標準數(shù)量較多也最為主要，且這些國家在如何保障場地遮陽上各不相同。美國、澳大利亞、日本等國的氣候差異使熱環(huán)境中遮陽標準設(shè)置各有側(cè)重，處于熱帶、亞熱帶的國家更加著重于夏季的遮陰防曬，而地處溫帶的國家在保證夏季遮陰防曬的同時，冬季也需有足夠的光照。這些國家雖與我國在氣候、社會文化等客觀條件上有所差異，但探究其標準主體思路與制定方式對我國開展熱環(huán)境標準研究仍具有啟示作用。

美國SITES(The Sustainable Sites Initiative)用以界定和強調(diào)場地開發(fā)的可持續(xù)性，衡量景觀績效，評估環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益[6]，以降低城市熱島效應為目的制定熱環(huán)境標準。其遮陽標準規(guī)定路面表面材料的太陽反射率(SR)，保證材料有良好的太陽反射效果，并且要求建設(shè)方至少每2年對這些表面清潔一次，保證其在運營周期內(nèi)始終具有良好的反射功能。同為美國標準的LEED-ND《綠色建筑標準》規(guī)定，路面材料SR值與SITES規(guī)定保持一致。

澳大利亞的GSC-Communities(Green Star Certification Communities Rating Tool)同樣限制遮陽材料周期性，它是由澳大利亞政府機構(gòu)制定的綠色建筑評估標準(Green Star Certification)針對城市社區(qū)尺度的分冊，其遮陽標準規(guī)定了遮陽結(jié)構(gòu)(含建筑屋頂)表面材料的太陽反射指數(shù)(SRI)，傾斜角越小，受太陽輻射越多，越易聚熱，其材料SRI也隨之升高[7]。新加坡綠色建筑評價標準(BCA-Green Mark)同樣引入這一指標衡量場地內(nèi)路面和構(gòu)筑物的遮陽能力。

日本綠色建筑標準CASBEE(Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency)從環(huán)境品質(zhì)和環(huán)境負荷2個方面對建筑物進行綜合評價，要求設(shè)計中充分考慮建筑外部熱環(huán)境及對周邊熱環(huán)境影響，在遮陽部分限制場地遮陽措施面積占比。通過種植高大喬木及設(shè)置亭子、屋檐或棚架位等結(jié)構(gòu)為建筑陰影區(qū)外的場地提供遮陰，綠化投影面與非綠化投影面盡量不重疊，使總投影面積之和占總面積20%及以上[8]；景觀亭、棚架頂部與建筑外表面建議使用反射性良好材料或者綠植覆蓋，且比例達20%，以上2條標準是必要項。

3 中外遮陽標準比較

中外遮陽標準雖然在評價對象的尺度、類型和所屬行業(yè)類別上有所差異，但均以降低熱島效應影響、實現(xiàn)可持續(xù)性為目標，并且無論是規(guī)范條例還是評價標準，都需要落實到一定區(qū)域，以量化指標作為評估依據(jù)，實現(xiàn)可操作性，因此標準之間具有一定可比性。

3.1 評價方式

標準評價方式基本可分為2種類型，即評級型和非評級型(表1)。前者是采取計分方式完成評價，根據(jù)得分評定等級；后者則沒有對各方面設(shè)置分值和權(quán)重，也不對評價項目進行等級劃分，僅包含規(guī)定性和評價性標準。

表1 標準性質(zhì)分析

3.1.1 評級型

評級型的每一條標準對應不同分值(得分項)，項目必須要達到最低要求(必要項/控制項)，累加所有分值的綜合成績獲得對應等級認證。多數(shù)的綠色建筑評估標準均采用此種評價方式，如《中國綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)中“住宅建筑周圍綠地遮陽措施面積占比30%、公共建筑10%可得2分；住宅建筑周圍綠地遮陽措施面積占比50%、公共建筑20%可得3分”[5]，設(shè)有控制項與評分項(含提高與創(chuàng)新加分項)，控制項評定結(jié)果為達標或不達標；評分項和加分項的評定結(jié)果為分值，最終計算多項總分。當滿足全部控制項要求時，等級為基本級；當總得分分別達到60、70、85分且應滿足基本要求時，等級分別為一、二、三星級。LEED是最早采取此類評價方式的標準體系，從目前其在可持續(xù)領(lǐng)域獲得的認可度看，影響力廣且已經(jīng)形成一套成熟的評價模式。這種評分分級的方式有利于項目之間進行比較，有助于發(fā)揮優(yōu)秀項目的示范作用和激勵效應[9]。

3.1.2 非評級型

非評級型標準則不對項目進行評分，僅依據(jù)項目各方面是否符合既定標準而做出評判。我國《城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計標準》(JGJ 286—2013)的規(guī)定性標準分為4個方面：通風、遮陽、滲透與蒸發(fā)、綠地與綠化，為強制性條文，在項目詳細規(guī)劃設(shè)計階段使用，需依照標準嚴格執(zhí)行。本文所述的遮陽標準均屬此類，詳細規(guī)定了各單項應達到的量化標準，因此對于單項指標的評價結(jié)果只有“合格/不合格”，不存在評級的中間狀態(tài)。評價性標準依據(jù)濕球黑球溫度指數(shù)(Wet Bulb Globe Temperature，WBGT)和平均熱島強度計算公式對項目熱環(huán)境進行評估，但執(zhí)行時仍需同時符合部分規(guī)定性標準。該標準只有單項評價指標，缺乏系統(tǒng)的評估體系。

3.2 單項指標

各標準在指標選取和設(shè)置上基本按遮擋與反射太陽輻射分為2類，每類標準都選取了2種及以上的量化指標。其中，遮擋覆蓋指標中應用最廣的是遮陽覆蓋率和綠化遮陽覆蓋率，反射指標較常見的是材料太陽反射指數(shù)(SRI)和太陽反射率(SR)。

3.2.1 遮擋覆蓋指標

遮陽覆蓋率是指設(shè)有遮陽設(shè)施(含綠化)的面積占場地總面積的比值，是被采用頻率最高的量化指標。近年來，隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，遮陽手法種類繁多，除了基礎(chǔ)的綠化遮陰，還充分利用亭、廊、假山和固定式棚、架、膜結(jié)構(gòu)，景觀小品等構(gòu)筑物，一般的城市綠地項目比較容易達到標準所設(shè)指標(表2)。國內(nèi)的2部標準均考慮了場地的特殊功能，分別設(shè)置了不同限值，而美、日的標準則未對功能區(qū)有所區(qū)分，只規(guī)定了一個場地平均值。從限值方面來看，戶外綠地的遮陽覆蓋率閾值為10%～50%，美國與中國均受季風和海洋影響，氣候條件大致相似，其量化指標略高于我國；日本與中國北方地區(qū)緯度位置、氣候相似，其指標與我國I、II、VI、VII建筑氣候區(qū)基本一致；遮陽能在夏季起到有效的局部降溫作用，氣候越炎熱降溫效果越明顯，因此我國南部夏熱冬冷地區(qū)和溫和地區(qū)的閾值高于寒冷、嚴寒地區(qū)，此外人群使用頻率高的戶外場地，夏季遮陽的要求愈高。

表2 各標準遮擋量化指標比較

綠化遮陽覆蓋率是指采用綠化形式進行場地遮陽的面積占比。綠化植物不但能有效阻擋太陽輻射，還兼具美化、凈化環(huán)境功能。植物葉片的蒸騰作用吸收表面熱能，減少了太陽輻射量；植物的遮擋特性，使得到達地面及樹冠下的日照強度大大減弱。綠化遮陽可以帶來明顯的降溫效應，植物覆蓋的地面、墻面、屋面能形成次級氣候梯度，可以減少圍護空間與周圍空氣的熱交換，維系環(huán)境熱濕平衡，營造舒適的熱環(huán)境[10]。各標準的指導說明中也明確提出，場地應種植高大喬木、攀緣植物等能為場地提供陰影的植物種類。我國居住區(qū)熱環(huán)境標準規(guī)定了植物的葉面積指數(shù)必須大于3.0[4]，美國LEEDND中提出喬木的冠幅≥20英尺(約6m)[11]，方可認為其真正具有遮陽效果。

3.2.2 反射指標

各標準中衡量材料反射效果的指標為太陽反射指數(shù)(SRI)①和太陽反射率(SR)②(表3)。到達地面的太陽輻射主要是短波輻射，其中紅外線是導致溫度升高的主要原因，所以若想降低表面溫度，應著重選擇在紅外線部分反射率高的表面材料或涂層材料[3]。太陽反射指數(shù)(SRI)是一種材料反射率和發(fā)射率的綜合度量，太陽反射率(SR)受顏色影響，顏色越淺，反射率越大，但太淺會導致眩光現(xiàn)象，一般宜采用淺灰或褐色作為表面顏色。材料發(fā)射率(TE)③也對溫度有一定影響，路面材料發(fā)射率一般在80%或更高[12]。澳大利亞GSC中對不同傾斜角的屋頂設(shè)置了不同的SRI限值，當傾斜角大于15°時，其材料SRI至少為34；而當傾斜角小于15°時，其材料SRI則至少為64[7]。新加坡BCA-Green Mark對屋頂和路面作了區(qū)分，規(guī)定屋頂SRI不得低于40，路面SRI不得低于39[13]?！吨袊G色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)則是采用太陽反射率(SR)，規(guī)定路面和建筑表面SR大于0.4。美國SITES也采用了相同指標，路面SR至少為0.33，且3年后至少為0.28[6]，從材料的使用周期性方面也做出限制。日本CASBEE雖未規(guī)定特定表面的反射率指標，但給出了一些常用材料的SR值，供設(shè)計者參考，并對有效反射率材料的覆蓋率設(shè)定分級：至少應該為15%，超過45%則為最高等級[8]。SRI和SR具體數(shù)值的差異受氣候和設(shè)施位置影響，地處低緯度帶的新加坡和中國南部地區(qū)全年接收的太陽輻射較高，其反射參數(shù)也高于地處高緯度帶的日本與北美國家標準；屋頂材料的反射指標參數(shù)高于路面和其他表面。

表3 各標準反射量化指標比較

4 國內(nèi)外遮陽標準差異原因分析

4.1 氣候地理

外部氣候條件是影響熱環(huán)境的最主要因素，也是標準制定過程中必不可少的參考要素。由于地理位置的差異，各個國家的主要氣候也各不相同(表4)。在氣候類型上，中國、美國和澳大利亞幅員遼闊、地形地貌豐富，造就了國土范圍內(nèi)氣候類型多樣，在遮陽標準中體現(xiàn)為：量化指標閾值范圍較大，各區(qū)域有較大的選擇、調(diào)整空間；針對不同的建筑氣候區(qū)分別制定適合各自氣候特征的指標體系與參數(shù)，目的是為了保證標準的適用性。日本和新加坡國土面積較小，氣候類型單一，只需制定統(tǒng)一標準就可適用于全國城市。在氣候特征上，中國和美國由于受到季風影響，夏季和冬季氣候差異大，在標準中還需考慮到不同季節(jié)的影響，夏季需有效遮陽，冬季則要保證陽光照射。此外，新加坡、澳大利亞中部地區(qū)及中國的南部地區(qū)地處熱帶，全年太陽輻射大、氣溫較高，對遮陽要求也相應提高，相關(guān)指標數(shù)值明顯高于中高緯度地區(qū)的標準。

表4 各國氣候類型特征

4.2 社會背景

標準的制定基于各國的社會背景，國家政體國情、民眾生活習慣、文化等都影響著標準的實施和內(nèi)容。政府標準更加具有權(quán)威性，執(zhí)行力度大，更便于管理；行業(yè)標準則靈活性強，更加關(guān)注行業(yè)特點[14]，也涵蓋更多鼓勵性、創(chuàng)新性條例。生活習慣上，大多數(shù)歐美人喜歡曬太陽，其所規(guī)定公共區(qū)域遮陽覆蓋率值并不高，且受審美偏好和設(shè)計習慣影響，采用構(gòu)筑物遮陽多于綠化；有研究表明，日本人更喜歡露天無風的戶外環(huán)境，而瑞典人偏愛半開放且通風的空間[15]，人群對于環(huán)境的偏好也會作為當?shù)貥藴手贫ǖ囊罁?jù)。

4.3 研究發(fā)展程度

標準差異與各國對城市綠地熱環(huán)境研究所處的階段與發(fā)展程度密切相關(guān)。中國遮陽標準大多是從遮陽覆蓋面積大小、比例來衡量場地的實際遮陽效果，采納的量化指標較為宏觀，著眼于整體環(huán)境，主要以環(huán)境效益為導向；而美國和日本遮陽標準更多注重材料特性和設(shè)計手段，如表面材料反射率、綠化規(guī)格等，量化指標更加微觀，且更易人為控制，在制定理念上也側(cè)重對綜合效益的考量，鼓勵使用可再生能源結(jié)構(gòu)。相比之下，我國的標準在指標體系構(gòu)建、制定理念、理論研究等方面還有待進一步發(fā)展提升。

5 對我國風景園林行業(yè)熱環(huán)境遮陽標準制定的啟示

標準化將理論與研究成果轉(zhuǎn)化為實踐導則，科學指導設(shè)計、解決實際問題，但標準的制定是一個漫長而復雜的過程，需要綜合考慮多方面因素。比較分析和借鑒其他國家、領(lǐng)域的成果、經(jīng)驗，對我國風景園林行業(yè)熱環(huán)境標準的制定研究具有重要意義。

5.1 豐富本土化指標體系與框架

構(gòu)建標準體系和框架時，內(nèi)容應盡可能豐富和全面，以有效保障熱環(huán)境舒適度。從研究情況可見，多數(shù)遮陽標準只將遮擋和反射其中之一的相關(guān)指標納入內(nèi)容，傳統(tǒng)遮陽措施只涉及硬景觀遮擋材料的反射率和系數(shù)，而城市綠地中更應考慮綠色植物對太陽光線的遮擋和反射、吸收作用，研究不同植物種類、群落組合等的差異化遮陽效果。此外，CASBEE中部分遮陽標準從綠地分布形式、構(gòu)筑物形式、組合方式等角度考慮，將設(shè)計策略轉(zhuǎn)化為指標，為指標體系構(gòu)建拓展了思路，可供我國借鑒。

5.2 提升遮陽評價數(shù)據(jù)可獲得性

選擇可獲得性高的定量指標納入標準體系，不斷推進研究進程，提升更多參數(shù)的可獲得性。定量化評估是更加科學直觀地評測熱環(huán)境的方法，定量化的評估是否可以完成、評估結(jié)果是否專業(yè)和準確，均與數(shù)據(jù)的可獲取性緊密相關(guān)，尤其是與熱環(huán)境效益相關(guān)的評估。除了遮擋和反射指標外，還可從材料屬性、場地規(guī)劃設(shè)計指標、其他微氣候條件等方面深入研究，將綜合性分析和定量化研究相結(jié)合。因此，在不同領(lǐng)域和不同層面，應積極構(gòu)建開放共享的多類型數(shù)據(jù)平臺；全球定位系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、遙感和無人機航拍等新技術(shù)的應用，不但能滿足多尺度城市綠地項目評估的需求，還大大提高了獲取數(shù)據(jù)的可靠性和便捷性。同時，每個參與項目無須完全統(tǒng)一指標，應鼓勵和認可創(chuàng)造性的指標和靈活的測量方法。

5.3 采用開放性評估方式

采用開放性評估方法，各地區(qū)基于地區(qū)特征選擇、構(gòu)建或完善符合地區(qū)特征的評估標準體系。我國幅員遼闊、氣候類型豐富，不同地區(qū)之間差異大，總體的園林綠地分布和規(guī)劃情況復雜多樣，無法構(gòu)建普適性標準，且熱環(huán)境受外界因素影響較大。因此，標準制定應根據(jù)氣候建筑區(qū)劃分、場地特性、季節(jié)變化分別制定適時適地的本土化標準，形成多種評估方式，更具有針對性和科學性。我國夏熱冬冷、夏熱冬暖及溫和地區(qū)，首要保證夏季遮陽，避免高溫，而嚴寒和寒冷地區(qū)則要以滿足冬季日照要求為前提，合理設(shè)計遮陽布局。構(gòu)建開放性、適地性的評估方式能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計策略和實踐成效之間更好地連接與反饋，發(fā)揮標準的指導作用。

5.4 保證遮陽反射周期性與實效性

標準制定應考慮在項目整個運營周期內(nèi)都進行監(jiān)測，并依據(jù)階段性的最新研究結(jié)果及時對標準進行補充更新。SITES和LEED除了規(guī)定項目初始遮陽指標外，還涉及維護周期內(nèi)容，對建成后使用周期內(nèi)的遮陽條件都提出了具體要求，以便控制和管理建立長效機制。定時更新和及時修正以保證標準時效性，建議每3～5年將階段性理論成果、實踐經(jīng)驗納入標準體系，以符合社會、行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，持續(xù)不斷促進科技成果轉(zhuǎn)化、補充標準體系，既激勵設(shè)計實踐的創(chuàng)新，也是推進可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

當前國內(nèi)風景園林設(shè)計對場地實際科學技術(shù)問題的深入研究與思考仍需提升[16]，應認真審慎地借鑒和分析現(xiàn)有的最可靠的科學研究證據(jù)，從而對設(shè)計問題做出正確的決策，真正完善“循證設(shè)計”所需的標準體系。應鼓勵新技術(shù)應用于評價標準中，尤其在過程反饋等環(huán)節(jié)[17]。要重視理論到實踐的設(shè)計過程，更需關(guān)注實踐到理論的研究過程。由于當前中國對于城市綠地熱環(huán)境標準制定尚有很大的發(fā)展空間，筆者主要通過對比國內(nèi)外城市綠色空間相關(guān)熱環(huán)境的遮陽標準，結(jié)合我國實際情況提出一些粗淺的思考，供風景園林相關(guān)的行業(yè)管理人員、專家學者參考。

注釋：

① 太陽反射指數(shù)(SRI)：一種材料反射率和發(fā)射率的綜合度量。SRI值越高，材料在太陽照射下的升溫幅度就越小。

② 太陽反射率(SR)：材料反射的輻射能量占總輻射能量的百分比。SR值越高，材料反射效果就越好。

③ 材料發(fā)射率(TE)：在同一溫度下，材料表面所輻射的熱能和黑體所輻射的熱能的比值。TE值越大，表面溫度就越低。