首页 > 电子刊物 > 【PR】城市绿色空间热舒适评述与展望
【PR】城市绿色空间热舒适评述与展望
规划师杂志社   2017/5/17 10:56:18
 

 

      作者同济大学建筑与城市规划学院风景园林学科学术委员会主任、同济大学风景科学研究所所长刘滨谊,同济大学建筑与城市规划学院景观学系博士研究生魏冬雪在《规划师》2017年第3期撰文,热舒适的准确评价是城市绿色空间合理评判与优化的关键。文章回顾了已有热舒适评价的文献,指出城市绿色空间热舒适受到气候要素、个人要素和空间要素的综合影响;同时,介绍了相关领域研究的新技术,为城市绿色空间热舒适评价带来新的契机。

[ 关键词 ] 城市绿色空间;热舒适;小气候
[文章编号]1006-0022(2017)03-0102-06 
[中图分类号]TU984.11 + 9 
[文献标识码]B
[引文格式]刘滨谊,魏冬雪.城市绿色空间热舒适评述与展望[J].规划师,2017(3):102-107.

一  城市绿色空间的概念与热舒适评价方法

(一) 城市绿色空间

      城市绿色空间的概念是对“城市开放空间”和“城市绿色开放空间”概念的简明化,它与建筑物所形成的灰色空间形成鲜明对比 。Kabisch等人认为,从景观构成看,城市绿色空间广义上指在城市环境中出现的任何植被,是存在于住宅之外的用于聚会的场所,这些场所为居民提供了相互接触的空间、休闲游憩的机会,为自然界的物种提供了生境,维护了生物的多样性 。有绿色植被的街道、广场、校园、滨水带和城市公园都属于城市绿色空间。近年来,医学、心理学和社会学对城市绿色空间表现出极大关注,从研究绿色空间自身客体转向研究以人为主体的主客体之间的交流与相互影响,从健康、感知、精神需求与受益人群等方面进行广泛分析。在城市绿色空间中,景观元素和空间布局能够形成小气候,影响人们的热舒适感知,城市绿色空间热舒适也日益受到人们重视。

(二)热舒适评价指标与方法

      目前,评估户外热舒适的指标以基于人体能量平衡的机理指标为主。预测平均投票 (PMV)、生理等效温度(PET)、标准有效温度(SET * )和通用热气候指数(UTCI)4种指标在研究中被普遍应用。这四种指标在综合考虑空气温度、相对湿度、风速和太阳辐射4种小气候要素的基础上,兼顾了服装热阻和人体新陈代谢量。在客观评价方法中,一种是使用小型气象站对上述4种小气候要素进行现场实测,进而使用 RayMan软件进行热舒适值计算;另一种是通过ENVI-met、SOLWEIG与COMFA等软件进行数值模拟计算热舒适值。
      现场实测与使用调查问卷直接询问受试者热舒适与热感觉相结合的方法被称为热舒适主观评价方法。问卷通常包含两个部分:第一部分是受访者的个人特征,第二部分是人们对气候要素的感知与偏好评级。常用的热感觉评价指标为ASHRAE的7点标度及其扩展的9点标度,这两个标度为两极对称标尺,0点标度为不冷不热的热感觉状态,被称为热中性,中间的3个标度 —  -1、0、1 被视为令人满意的标度;热舒适评价指标常采用0~3的4级标尺;热偏好评价使用麦金泰尔5级量表。已有大量研究使用问卷调查方法将人们的实际热感觉与 PET、SET* 和 UTCI 等热舒适指标进行回归分析,进而确定不同地区城市绿色空间中实际热中性温度和热舒适范围。表1为常见评价模型与热感觉投票的对应范围。

二   影响城市绿色空间热舒适的因素

      在城市绿色空间中,热舒适应遵从风景园林感受的概念,理解为风景园林客观环境信息被接受、转译,进而成为主观感受信息这样一个信息编码、处理和传输的过程。如图1所示,城市绿色空间热舒适受到气候、空间和个人3 个元素的共同作用。表 2 是根据风景园林三元论对户外热舒适进行的三元解析。

(一)气候要素的影响

      城市绿色空间小气候受城市气候的影响,在城市气候中,空气温度和相对湿度较难改变,但这两种气候要素容易受到临近场地的影响;风和太阳辐射能够通过风景园林规划设计策略发生改变。单独的气候要素不能揭示人们的户外热感觉,城市绿色空间热舒适是空气温度、相对湿度、风速和太阳辐射4种小气候要素综合作用的结果,但某一种气候要素可能成为影响人体热舒适的主导。Mazhar等人使用COMFA模拟比较了巴基斯坦拉合尔市两个户外空间的小气候与热舒适,一个是 16 世纪建造的夏利玛花园,有很多树木和水景,另外一个是当代阿罕布拉艺术中心,全部是硬质庭院。研究发现,尽管两个场地有着相似的空气温度和湿度,但是阿罕布拉艺术中心的太阳辐射值远高于夏利玛花园,夏利玛花园高大的树木提供了更为舒适的热环境 。在干热地区,城市绿色空间能够降低太阳辐射,促进户外热舒适。
      Nikolopoulou等人对欧洲5个国家的 7 个城市共计 14 个开放空间的调研发现,热感觉与综合小气候要素的相关性在 0.27 ~0.68 之间 。基于人体能量平衡的 PMV、PET、SET * 和 UTCI 等户外热舒适评价指标与居民的实际热感觉产生偏离,对于不同的研究地点有必要结合当地人的感知建立热适应模型。例如,PMV 只能在舒适范围内与实际热感觉投票反应一致,在过冷或过热的状态下,PMV 预测值不能反映人们的实际热感觉。Ruiz等人将 PET、PMV等6 个热舒适指标与受试者的实际热感觉进行比较,认为这些指标的预测能力不足 25%  。表 3 为不同地区实验地结合当地人热感知的 PET 舒适范围。户外空间人体热舒适不完全由环境物理中的气候要素决定,还与个人的物理、生理、心理和行为等因素相关。

(二) 个人要素的影响

      在个人物理与生理方面,性别、年龄影响热舒适感知。女性对于热不舒适较男性更为敏感;相同性别的人,年纪越轻,对于热不舒适的敏感性越高,老年人对热感觉的敏感性较低,但老年人更易受热压力的威胁;Pantavou等人提出体重、身高和体表面积等个人物理要素与热感觉的相关性较低,新陈代谢这一生理要素对于热感觉的影响也不显著。
       在个人心理方面,人们的记忆、期望和文化态度等影响热舒适感知。Nikolopoulou 最早提出,心理因素在主观热舒适评价中起着重要的作用。他和同伴认为空间的自然性、人们的期望、经历、暴露时间的长短、对于环境的感知控制及环境刺激等因素影响着人们的热感知。人们的热经历和热历史影响热感知及热期望,对于相同的户外温度,长期处于空调环境中的人比生活在自然通风环境中的人有更高的热感觉,空调使用者热应力的年度百分比显著上升 ;早先的居住地也影响人们的热期望,在城市绿色空间中,城市居民比乡村居民期望更低的风速。一些研究者也相继验证了季节和气候影响了人们的经历与期望,在冬季人们偏好温暖,在夏季则偏好凉爽;热带城市的人们对于高温有较高的容忍性。Kenz和Thorsson等人关注于文化、环境态度对于热感知的影响,在城市绿色空间具有相同的PET值,不同的文化背景和生活习惯的人的户外活动与热感知具有显著差异 。
      在个人行为方面,户外暴露时间、感知的控制及活动水平等影响热舒适感知。长期的户外暴露可能帮助人们适应热环境并对热条件有更多的容忍性。感知的控制也影响人们的热感知,人们选择打伞、带遮阳帽和减少衣物等行为来调节热舒适 ;当人们感觉热时,走到树荫或构筑物阴影下,就会感觉相对舒适。此外,当人们对环境刺激的需求大于热不舒适的限制,即人们主动去交往、锻炼、参与时,已经准备好了去适应环境,也就避免了过度的热压力。

(三) 空间要素的影响

      已有一些研究提出了空间环境感知和热舒适之间有紧密的关系。这些猜想来源于现象学、多感官研究和热感知的研究。Knez 等人提出的概念模型中将场地的形态(结构、开阔度)、材料(表面性质)、自然性(人工化的程度)及位置 ( 空间维度 ) 等物理属性看作是影响人们的感知、认知、情绪、适应和行为的间接因素 ,同时认为空间环境感知影响着人们的环境热舒适。Lenzholzer等人批评了当人们的“瞬时”的热感觉与在场地“真实”测量的数据不相匹配时,研究者们定性的将这种差异归结为人们的适应能力。已有研究所关注的人们的衣着、停留时间、热历史、个人居住地和天气状况等因素不能被规划设计直接干预,人们瞬时体验的实际热感觉不能被转译为空间环境,而空间的形态、维度等物理属性作为小气候感知的视觉线索影响人们的舒适感知。Klemm等人认为由于人们的视觉感知偏好,热舒适感知与空间自然性、美感和环境的积极体验相关,城市绿色空间设计对于热舒适感知具有积极的影响。
      Lenzholzer等人对荷兰3个城市广场进行实证研究发现,广场空间的宽度、开阔度和材料影响人们热舒适的体验与感知。在荷兰,城市广场的高宽比最好大于0.25,太宽的广场被认为是热不舒适,这个比值大于视觉感知视角所限定的高宽比下限值0.17 。Klemm等人使用问卷调研了3个荷兰城市居民热舒适的长期感知,与建筑环境相比,人们评估绿色空间具有更好的热感知,该研究同时调研了乌特勒支市内的13个公园,发现公园的热变化受到公园内树木遮阴覆盖和上风向植被覆盖的显著影响,与公园大小的关系不显著 。Klemm 等人在荷兰选择了 3 种类型的街道进行了夏季热环境感知分析,分别是类型1 —— 没有绿化的街道,类型2 —— 两侧有大行道树的街道,类型 3 —— 两侧有花园和小行道树的街道。尽管类型2的平均辐射温度值高于类型 3,但是人们评估类型 3 的热舒适感知高于类型 2。Klemm 等人认为视野里丰富的植被类型和高度变化促使人们获得了更好的热舒适感知。Wang 等人在荷兰格罗宁根大学校园选择春夏两季分析人们对5 个场地的热舒适感知及偏好,指出自然、安静等因子比实际的热条件对于热感知更为重要 。

三  相关领域技术进展给热舒适评价带来的新契机

      传统的户外热舒适评价方法在取得大量实践成果的同时,也受到了质疑。一方面,Kantor 和 Johansson 等人先后提出户外热舒适主观评价的工具与方法需要标准化;另一方面,有研究者认为在户外环境人体不总是处于热平衡状态,基于此,Metje 等人质疑了基于能量平衡的预测指标对人体热舒适的评价,探讨了主观人体户外热舒适与客观气象参数及人体温度客观测量三者之间的关系,并提出皮肤温度 ( 前额和手 ) 能够作为决定人体户外舒适的替代参数,为客观地评价户外热舒适水平提供了可能。
      在稳态环境下,借助近年来神经科学、心理科学与医学等多个学科研究的最新技术进展,一些生理指标可以辅助以问卷为主要数据收集手段的传统心理感受研究。在人工气候室内,受自主性体温调节活动影响的生理参数(如人体皮肤温度、心率变异性、新陈代谢率、脑电波、排汗率)与人体热舒适具有较好的生理相关性,并在人体处于热舒适与不舒适状态时差异显著,具备作为人体热舒适客观评价指标的生理基础。生理指标与热舒适的关联已被广泛验证。Huizenga等人对受试者在局部或整体受冷时的 21 个部位的局部皮肤温度进行了测量,结合热舒适与热感觉主观调查的结果,发现当人体处于热中性状态时,手部及手指的皮肤温度有显著波动 。上海交通大学连之伟的团队对此也作了较为深入的研究,叶晓江的研究成果表明受试人员在稍冷环境(自然通风)和舒适环境(空调)内的心率变异性有显著不同 。刘蔚巍提出,人体平均皮肤温度与人体热感觉、热舒适关系密切,可作为一个有效的客观指标来评价稳态热环境下的人体热舒适程度 。潘黎则提出生理参数的变化能够反映人体在当前环境的舒适程度及相应生理状态:①不同的生理参数可评价不同的环境;心率变异性和血氧饱和浓度可评价热湿环境;呼吸率可评价新风量;指尖血流量和皮肤电可结合起来评价光环境;心率变异性、指尖血流量和呼吸率可结合起来评价声环境。②清醒状态下,可采用生理参数准确评价热舒适和热感觉;心率变异性、心率和呼吸率可用来评价热舒适;血氧饱和度、皮肤电和指尖血流量可评价热感觉。表4是与热舒适相关的生理指标。

      在室外环境中,人体生理参数的变化受环境因子的影响也得到了验证。冷寒冰等人通过比较不同植物环境下人体主观舒适度及客观生理参数的变化,发现生理参数能从一定程度上反映人体在环境中的舒适状态,其中心率变异性与环境舒适度的相关性最为明显 ;武锋等人研究了红树林环境的舒适度,分别测量了 30 个被试者的血压、心跳频率和呼吸频率的生理参数,发现心跳频率分别与环境参数中的光照强度和空气负离子浓度相关,表明了人体生理参数的变化受环境因子的影响;Schnell等人使用心率变异率(HRV)结合热舒适指标计算和主观问卷验证了城市公园在热压力、空气质量方面为市民提供了更为健康的环境,即便是小尺度的公园,也能为市民提供更为舒适的、有助于心情放松和精神恢复的户外坏境。这些研究对于热舒适的客观评价具有启发。

四  总结与展望

      大量的实地研究为各个地区乃至不同的风景园林空间提供了可供参考的舒适阈值,验证了城市绿色空间能够从物理、心理方面促进人们户外热舒适感知,对于人们的身体健康和幸福生活具有重要作用。与此同时,应该注意到人们在户外空间中的热舒适是气候要素作用,人体物理、心理、行为和生理作用,以及空间要素作用三者耦合的结果。
      以问卷结合实测的户外热舒适研究在当前户外热舒适研究领域成为主导,结合人体生理指标的研究也应该逐渐受到人们的关注,尝试采取新的研究方法揭示热舒适的生理机制,其目的在于直接判断风景园林空间对于人体热舒适感知的影响。基于已有的人体基础热感觉与关键热生理参数的定量关系,在城市绿色空间中获得生理与心理热反应的规律,分析出城市绿色空间物理形态、元素与特征对于热舒适的影响机制,将为准确评价及预测不同城市绿色空间的热舒适提供可靠的理论依据。
      热舒适应该成为评价城市绿色空间的重要方面,它将推动风景园林规划专业人士从环境物理角度出发,从人的物理需求、心理需求、行为需求和生理需求角度进行空间的规划设计探索,这必将不再是普适性的规划设计标准,也终将创造出适宜人类生存、生产和生活的,有益于人们健康并具有特色的城市绿色空间。

文章全文详见《规划师》2017年3期《城市绿色空间热舒适评述与展望》


 


[返回]
Copyright (C) 2013 All Rights Reserved 版权所有 规划师杂志社 桂ICP备05013918号 桂公网安备 45010302000195号
地址:广西南宁市青秀区月湾路1号南国弈园6楼 邮编:530029
电话:0771-2438012 传真:0771-2436269 E-mail:planner@21cn.net