湿热地区步行商业街夏季室外热环境实测分析/王艺 倪阳 何江 等

South Architecture - - Contents - 1 2 3 4 王艺 倪阳 何江 韦进Wang Yi Ni Yang He Jiang Wei Jin

The Measurement and Analysis of Outdoor Thermal Environment of Pedestrian Commercial Block in Summer in Hot and Humid Areas

摘要 我国湿热地区夏季空气温度和湿度相对较高,太阳辐射强烈,人们在此种气候条件下的室外步行商业街区活动可能会造成身体不适,甚至是中暑。因此,高品质的室外热环境既对于步行商业街区在吸引人流方面扮演了重要角色,同时也为城市公共空间提供活力。通过对南宁市典型步行商业街区夏季室外热环境变量进行测试,从而得出热环境与周围材质和建筑类型有关,遮阳形式是决定人在步行通道空间中是否感到舒适的重要因素。

关键词 湿热地区;步行商业街区;夏季热环境;现场测试

ABSTRACT In hot and humid areas of China, air temperature and relative humid were relatively high in summer, as well as the solar radiation. Hot and humid weather conditions may cause pedestrians uncomfortable and even heat stroke walking on the urban pedestrian streets. So, the thermal quality of outdoor environment on urban pedestrian streets not only plays an important role to attract business around these pedestrian streets, but also provides vitality for urban public space. In this paper, the field measurement of outdoor thermal environment on the typical pedestrian streets in Nanning in a typical summer day. The measurement results reveal characteristics of the thermal environment on the investigated pedestrian passages due to different surrounding materials and building forms. It is concluded that effective sun-shading is the key factor to determine whether the pedestrians feel comfortable on the pedestrian passages in the hot-humid climate.

KEY WORDS hot and humid area; pedestrian commercial block; summer thermal environment; field measurement

中图分类号 TU-111文献标识码 A

DOI 10.3969/j.issn.1000-0232.2017.04.120 文章编号 1000-0232(2017)04-0120-04

*2016年广东省教育厅省级改革项目,项目编号:粤教高函[2016]236 号文);2016广东工业大学大学生创新创业训练项目。

作者简介 1 华南理工大学建筑学院,博士研究生,电子邮箱:aryi.wang2011@mail.scut.edu.cn;2 华南理工大学建筑设计研究院,研究员;3广西大学土木建筑工程学院,教授;4华南理工大学建筑学院,博士研究生 ;1&2&3&4 亚热带建筑科学国家重点实验室 引言

随着城市无序的扩展,热岛现象等热环境问题正在加剧,尤其是我国南方湿热地区。恶劣的室外热环境制约了人们在室外的活动时间,使得人们倾向在室内活动。城市环境的逐步恶化不仅增加了行人在室外的热应力,也增加了建筑的能耗,以此恶性循环。目前,中国仍有大量的步行商业街在建设中,这些步行商业街区的步行通道空间的热环境是否舒适也未知。在现有研究中,已有学者对骑楼步行街室内外热环境进行研究[1、2],却仍然 缺乏对城市步行商业街区室外步行通道空间热环境的研究。另一方面,本文提供了可用于湿热地区城市环境管理的室外热环境的实测调研结果。

本研究的主要目的是调查中国南方湿热地区步行商业街区的室外热环境。本文通过在炎热的盛夏对场地进行实测,了解令行人和当地居民满意和不满意之处[3],以及影响步行商业街区室外热环境的重要因素[4],从而指导人行步道空间的热环境设计。

1研究对象概况

1.1 测试区域

研究对象所在地是广西的首府——南宁市。南宁夏季5~9月日最高气温均为35℃左右,其中5~8月是雨季,月平均降雨量高达200mm。显然,由于多雨,这4个月的月平均相对湿度达到了80%(图1)。综合上述分析结果得知南宁的气候特点是,夏长湿热少风。

测试区域为南宁市中心步行商业街区(图2),其中三种类型的行人通道休憩处被选择作为测量目标,每个步行通道选取4个测试点。本次测试分为A、B、C三组: A组主要测试区域在南宁市万达广场外围;B组主要测试区域为南宁市万达广场内部步行街,沿街建筑主要外表皮材质以玻璃幕墙为主;C组主要测试区域为南宁市民生 -兴宁路商业步行街,该步行街沿街建筑承袭岭南地区传统骑楼式建筑。

行人休憩空间主要有3类,树荫,建筑物阴影以及人工搭建的临时遮阳棚如:小吃餐饮棚,商家促销活动棚等,测量前经过实地考察确定了3组测点。A组测点位于南宁市万达广场外围,A1处为大榕树树荫下,A2处为西侧树荫,A3南侧树荫,A4为南侧人工搭建遮阳棚; B组测点位于万达广场内部步行街,B1处为北向建筑物雨棚下阴影,B2处西朝向人工搭建遮阳棚,B3处为南侧人工搭建遮阳棚,B4为东向建筑物阴影;C组测点位于南宁市老步行街,测点均布置在骑楼建筑挑台下,为与 B组形成对比组,北向测点C1,西向测点C2,南向测点 C3以及东向测点C4。

其中 A1 与 B1测点构成树荫与建筑物阴影下的热环境比较;A2与 B2测点构成树荫与人工遮阳棚下热环境比较;B组与C组构成不同建筑物形成的步行街的热环境比较。

1.2 热环境测试与分析

每个测量点(图3)(主要距离地面1.2m)得出以下参数:空气温度,相对湿度,黑球温度和风速。所用测试仪性能参数如表1所示。

2测试结果与分析

2.1 测试日气候条件

笔者于 2013 年 8 月 13日对南宁市中心步行商业街区进行室外热环境测试。图4显示了8 月 12~13 日的空气温度和总太阳辐射量,数据的记录点位于广西大学。学校与测试对象之间的距离不小于10km。测试日(2013年 8 月 13日)是周二,如图3所示,测试前一日(8月12日)晴,天气状况稳定。同时,可观察到,测试日日最高空气温度高达37℃。其 12:00 ~ 15:00,总太阳辐射值超过900W/m2。通过对测试日气象数据分析得出,该日天气稳定,为南宁夏季典型的一日,得出的测试数据具有一定的参考意义。

2.2 空气温度测试结果与分析

空气温度测试时间为测试日 10:30 ~ 17:00。如图5所示,测点A2(树荫下)和B2(人工雨棚下)的空气温度值分别为最低和最高,它们之间温差达到最大值1.5℃。这一结果表明,树荫相比人工雨棚更有利于创造凉爽的环境。相比测点 B1-4,C1-4 处(骑楼通廊内)大部分时间处于更低的值。C3的空气温度在 14:45 时超过了B3(图 5-c),这是由于 C3在此时暴露在阳光下(图6热成像仪C3)。如图5d所示,在 15:00 时之前, B4的空气温度比A4 低了1℃,原因如下:B4的建筑遮荫有利于降低空气温度,而A4离开建筑物,其从地表吸收到的太阳辐射和长波辐射导致温度升高。因此,可得出步行休憩空间有树荫相比人工雨棚更有利于降低空气温度,最大差值为1.5℃(通过图5-b,A2 和B2对比);骑楼人行通道相比于普通步行商业沿街遮蔽物下更有利于降低空气温度,最大差值为2℃(通过图 5-c,B3 和C3对比)。

2.3 表面温度和辐射热测试结果与分析

为了对测试地点的热环境有更加全面的认识,笔者在测试点使用红外成像仪观察表面温度。如图6所示,红外成像仪安放在测量点(A1、B2、B3、C2、C3),测试时间为 13:42~16:09。A1 在大树的树荫下,阴影处表面温度(包括草地)在 13:43 时为34℃,此时,周围的空气温度超过34.5℃。换句话说,阴影处的表面温度均低于周围空气温度。

本次测试中,如图7所示,硬质地面暴露下阳光下与树荫下表面温度的最大温差为11℃,可以看出,表面温度的明显差异:硬质地面(暴露于阳光下)>硬质地面(树荫下)>草地(树荫下)。B2点在人工遮阳棚下,遮阳棚由膜材料构成,其表面由于太阳辐射温度达到40℃。B3点在人行通道上,此时地表温度超过40℃。

很明显的是靠近商场门口的地面温度由于室内空调

因素而降低。C2和 C3测点分别在西向和南向的骑楼人行通道上,C3在 16:00后由于太阳辐射,柱廊的表面温度达40℃。表面温度一方面影响着周围的空气温度,另一方面也会对人员热感觉产生影响,表面温度高则向外的热辐射多,在其附近活动的人员将会感觉不舒适[5]。2.4 WBGT指标测试结果与分析

本文采用国际标准 ISO7243 推荐的 WBGT 指标描述南宁市中心步行商业街区室外的综合热环境水平[6]。图 8表示各测试点的WBGT 值。B3点由于处在人工遮阳棚下(暴露下阳光下),其WBGT值较高,在 13:45时达到峰值 31.5℃。B3 相比 B1点(人工遮阳棚下,并不暴露下阳光下),WBGT值最大差值为2.5℃。而在骑楼步行街人行通道内,所有点的WBGT 值均在27.7℃ ~29.2℃。

ISO7243规定了人员在不同状态下所处环境的WBGT 限值 (人员在静坐时的新陈代谢率为58.2 W/m2,则 WBGT上限值为32℃ [7-9])。测试结果如图 8所示:测试时间段内,骑楼人行通廊内、人工遮阳棚下以及建筑遮蔽物下的WBGT值均小于32℃,处于热安全范围。骑楼人行通廊内的WBGT值均基本小于其余两种遮阳形式,热环境更为安全与舒适。

结语

本文通过实测并讨论了以南宁为例的我国南方湿热地区步行商业街区夏季室外热环境的测试结果。笔者根据实测结果可得出以下结论:

(1)太阳辐射作为空气温度上升的热量来源,是室外下垫面表面温度和上方空气温度显著上升的重要因素,室外步行环境遮阳是降低地面温度和空气温度的有效措施。本文的测试表明,有遮阳与无遮阳区域地面温度和空气温度最大相差11 ℃和2 ℃。

(2)种植遮阳树应被视为改善热环境的有效手段,优于人工遮阳棚与建筑遮蔽物[10]。本次测试中,种植遮阳树与人工遮阳棚和建筑遮蔽物阴影下的最大空气温度差值分别为2℃和 2.5℃。

(3)骑楼式步行街相比于普通步行街更适于在湿热地区推广,其人行通廊内的热舒适度较为突出。骑楼人行通道相比于普通步行商业沿街遮蔽物下以及人工遮阳棚下更有利于降低空气温度,最大差值为2℃;骑楼人行通廊内的WBGT值相较于另两种遮阳形式也更为安全与舒适。

(4)测试过程中发现人行通道下垫面表面温度过高,可考虑采用减低人行通道下垫面表面温度过高的技术措施,如可渗透型路面(保水性铺装)、反射型路面或引

入绿地与水体等来有效降低路面温度 [11-14]。

图、表来源

文中图、表均由作者绘制。

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图 1南宁年气象变化概要

图 2南宁市中心步行商业街区测试区域图 3各测试点分布图

图 4南宁气象站室外空气温度和总水平太阳辐射记录图 5测试日白天空气温度测量结果(8月 13 日)

图 6下午时分拍摄热像图和实景图

图7下午同时分拍摄热像图(树荫下和暴露于阳光下)图 8 WBGT值白天测试结果(8月 13 日)

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