城市户外热环境舒适性研究

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1、城市户外热环境舒适性研究 作者： 日期：1 个人收集整理 勿做商业用途摘 要户外热环境舒适性极大的影响人们的身体健康和精神状态 随着人们生活水平的提高 在人口稠密的城市户外环境中 热舒适性显得越来越重要 但目前城市规模的扩大 使得城市热岛效应日趋显著 城市户外热环境变化趋势不容乐观很多户外建筑环境设计 还缺乏对热环境舒适性的认识和考虑 另一方面 室内空气污染使人们愿意花更多的时间呆在户外 以便呼吸新鲜空气 感受自然气息 此外 健康 舒适的住区户外环境已被列入建设部公布的小康住宅十大标准之中 成为一个重要的买房热点 因此 展开户外热环境舒适性研究具有现实意义本文介绍了国内外城市大气候研究和城市微

2、热气候研究的发展 现状 总结了这方面的研究成果 比较 分析了城市热环境舒适性的评价指标 人作为热感受主体 其自身热感觉标准不论是在室内还是室外都是一致的鉴于预测平均反应 PMV 在评价人体热舒适感上的优势 本文以 PMV 为理论基础来推导出户外热环境舒适性评价模型 OTCD 该模型包含了基本的热环境参数 即环境辐射温度 空气温度 空气相对湿度 空气流速 其中环境辐射温度通过黑球温度间接表征 由于黑球温度可以综合反应太阳辐射 地面散射辐射 环境长波辐射等热辐射情况 因此 OTCD能客观 全面的反映户外热环境的舒适性本文对户外热环境舒适性进行了理论研究 探讨了人体热感觉的形成机制详细分析了影响户外

3、环境热舒适的因素 同时在微机上运用 VB 软件 开发了户外热舒适评价窗口应用软件 为户外热舒适评价提供了直观方便的工具 根据对受试者户外热感觉投票值与 OTCD 值的比较 提出了修正热感觉投票 CSV 为更精确的评估户外热感觉打下了基础广场具有典型的户外热环境气候 它作为人们活动 休闲 交流的必要场所越来越受到人们的重视 因此 本文建立了广场热环境的数值模型 开发了广场热环境预测和评估软件 运用该软件对重庆人民广场进行了热环境模拟及热舒适评价 并将模拟值与实测值进行了对比分析 结果表明 模拟结果与实际测量结果整体趋于一致 应用该软件进行数值试验以探讨广场热环境形成因素间相互作用的机制或规律是可

4、行的 此外 还运用该软件分析了草坪 树荫 周围环境立面温度对广场热环境的影响本文对学校 生活小区 广场进行了实测研究 在实验的基础上全面分析了影响热舒适的因素 提出了通过建筑环境设计改善户外热环境的有效措施前 言1。1 课题的意义随着近年来城市迅速发展 城市基础设施建设扩大 城市热岛效应越来越显著 城市的地理位置和地形也直接影响到其夏季户外的炎热程度 比如重庆,它位于四川盆地东南缘 因四周环山 冬季寒潮不易入侵 夏季焚风现象显著 夏季炎热而漫长 最热月平均气温为 25 29 极端最高气温在 38 40 之间记录的最高气温曾达 44 为我国著名的 三大火炉 之一1城市夏季户外热环境状况与城区人民

5、的生活息息相关 对人们的精神面貌以及工农业生产和旅游业的发展有着不可忽视的影响1.1。1 户外热环境质量对人的影响户外热环境质量直接影响着人们户外活动的安全性和舒适性 一个具有潜在危险的热环境是很不舒适的 这会形成一个强烈的刺激使人采取行动以防止热应力 人体通过皮肤热感受器将外界环境温度变化的信息通过末梢神经传到下丘脑核 它是人体温度控制中心 是大脑的一部分 在食物摄入 水分平衡 温度调节等一些自主功能中起着主要作用 Vogt 等人发现下丘脑含有微量的正肾上腺素肾上腺素 5 羟色胺 5 HT 和儿茶酚胺 下丘脑通过这些激素调节人体温度热作用可影响以下生理过程21 激素分泌功能 使垂体 抗利尿素

6、 促甲状腺素 性激素等 甲状腺肾上腺 胰岛素的分泌以及血糖水平受到影响2 血液 白蛋白 球蛋白和血细胞成分发生改变3 影响电解质平衡和肝脏功能4 由于 1 3 的改变而影响人体其他生理过程无论是由于活动量增强还是由于环境温度升高的缘故 当体内热度增高时则体温调节系统总是力图保持体内的热平衡 可资利用的最重要的机能便是出汗但随之会引起体内水分和盐分的过量损失 如果环境温度太高 以至超过了温度调节系统的调节范围 体温将升高到危险的程度 这时就产生了生理失调 由此引起的各种热失调病症见表 1。13只要有可能大多数人都愿意选择一个舒适的环境 以便在此环境下从事体力劳动或脑力劳动 而且可以预料在非常热和

7、非常冷的环境中 他们的工作效能将会下降 一篇报道驻扎在东印度群岛的澳大利亚皇家空军地勤人员在炎热气候下的工作效率和健康状况的作者作过如下描述 人们是烦躁的 较之在其他气候下中文摘要2更不愿尽力和尽责 他们慢慢吞吞地工作 不是步行而是懒洋洋地漫步 衣服邋遢 住处很不整洁 不讲礼貌 并且缺少活力和热情 麦克弗森 Macpherson（1949）4 一项在新加坡居民中进行的调查得知 大多数人对炎热气候的怨言是缺乏精力和不能全神贯注表 1。1 热病的国际统计分类法 世界卫生组织 1967Table 1.1 International statistical classification of heat

8、 illness WHO(1967）992 热影响 不包括烧伤和晒伤992。0 中暑 取代日射病和发热992.1 热昏厥 热虚脱992.3 汗闭性热衰竭992.4 缺盐引起的热衰竭992。5热衰竭 没有其他说明992.6 短暂热疲劳992。7 热浮肿992.9 其他热影响1.1。2 城市热环境的变化趋势由于城市区域人口密度高 频繁的经济活动消耗大量矿物燃料 以及人工构筑下垫面 出现了在大的气候背景条件下城市区域的特殊气候 即热环境诸因素产生显著变化 主要表现为大气透明度差 削弱了太阳辐射 气温较高 形成 热岛 风速减小 风向随地面而异 蒸发减弱 湿度变小 雾多 雨多 能见度差5表 1.2 为苏

9、州 无锡 常州 镇江 南京 5 城市及分别与该 5 城市邻近的 5 县在过去30年里热环境诸因素的变化趋势及比较 由表可见城镇平均气温逐年上升风速 湿度逐年下降 城市比邻近县变化趋势更大 城市的热环境舒适性需要改善 以利人们健康 舒适的生活表 1.2 。 1961 1992 年苏南 5 市 5 县热环境诸因素的变化趋势及比较Table 1.2 Thermal environmental factors variation trend of Sunan 5 cities and 5 counties from 1961 to 1992各时期 11 12 1 2连续四个月平均温度（ )Averag

10、e temperature各时期全年平均风速m/sAverage air speed各时期全年平均相对湿度Relative humidity各时期全年平均雾日数 天Fog days年份Year5 市 5 县 5 市 5 县 5 市 5 县 5 市 5 县1961 1971 5.5 5.5 3。31 3.59 78。3 80.0 22。5 21.51972 1982 5.7 5。6 3。36 3.15 77.7 80.0 26.2 29.81983 1992 6.0 5.8 2。68 2.63 76.7 79.3 31。2 42.8中文摘要31。1。3 改善城市户外热环境的必要性改善城市户外热环

11、境 让人们在休闲时更多的选择户外空间 不仅可以缓解建筑能耗的紧张 而且使人们可以呼吸到新鲜的空气 感受到自然的气息 在经历了 煤烟型 光化学烟雾型 污染后 人类社会已进入以 室内空气污染为特点的第三次污染时期 在新建成 未装修的住宅以及装修不久的房屋中 室内污染的主要污染物是甲醛 甲醛和其他挥发性有机化合物 VOC 的检出率为100 室内空气污染已经成为对公众健康危害最大的五种环境因素之一 户外休闲已经成为人们的必然选择改善城市户外热环境是每个城市居民的需要 即使在炎热的夏季 人们也不能始终呆在空调房间 户外活动是人们心理和生理的需要 五天工作制的推行留给人们更多的户外活动的时间 城市居民生活

12、区 广场 街道 公园以及其他户外休闲娱乐场所是人们在社会交往和休闲时选择最多的户外空间 而目前这些城市户外空间的热环境还有待改善 例如 一些城市过分强调广场规模 照搬其他城市广场模式 大面积采用硬质地砖 缺乏合理配置树木 草地 水体 在夏季势必导致广场的生态环境 物理环境恶化 造成广场的使用功能受到限制 因此研究这些区域热环境 分析影响其热环境的因素 探索评价和改善热环境的方法具有及其重要的意义改善城市户外热环境也是社会的需要 我国住宅业经过 20 年来每年以 20的高速发展 群众住房需求正从生存型向舒适型转变 改革开放后 国家把房地产业作为一项重要产业加以扶持和发展 使住宅业进入了一个高速发

13、展时期 中国建设部公布小康住宅十大标准中就有 住宅区环境舒适 社区内绿化好 景色宜人 体现出节能 节地的特点 有利于保护生态环境 居民住房从原来为生存需要而追求有屋住 住得下 到现在追求宽敞 舒适 讲究社区环境良好 舒适富有魅力的住区户外环境已成为一个重要的买房热点改善城市户外热环境也是城市户外建筑环境设计的要求 绿地可调节社区微热环境 使社区热舒适性得到改善 但绿地往往缺少必要的供居民交往 游戏的开阔空间 一些小区单一以草坪为主的平面绿化形式 使小区失去了绿荫和应有的趣味 而某些小区过于营造园林意境和构图形式的设计 又往往陷入造价昂贵却不实用的境地 因此 我们需要寻找综合利用草坪 树荫 水体

14、 立面绿化建筑阴影 建筑布局等这些户外建筑环境设计的方法 改善城市户外热环境 给城市居民创造一个舒适的生活空间综上所述 研究城市户外热环境 寻求评价和改善环境热舒适的方法具有现实意义中文摘要41.2 文献综述对城市热环境的研究至少已有 170 多年的历史 自 1818 年 L。Howard 根据对伦敦城市温度场的观察出版了 伦敦气候 一书后 英 法 美 日 德 加拿大以及后来的中国 印度 马来西亚等许多国家陆续出版了有关这方面的研究成果的论著 从 100 多年的发展现状来看 对城市热环境的研究大致可分为城市大气候研究和城市微热气候研究两大类1.2。1 城市大气候研究城市大气候的研究分为三个阶段 第一阶段是城市热环境研究的初期 这一时期的研究特点可以归纳为以下两点6（1） 研究工作仅仅是以特定的城市为对象 以城市内外几个有代表性观测点的观测数据为代表 比较城市内外的温度变化 因此 在观测范围上受到限制 并且是静态的观测（2） 往往仅研究热环境的某一因素 给出的一般是城市温度的逐月 逐季或逐年的平均值或累计值 不能从建筑学的角度讨论建筑气候20 世纪的 20 年代末 城市气候研究的要素越来越多 研究的地区也日益扩大奥地利人施密特于 1