基于室外环境热舒适调控机理的居住区景观要素优化配置研究

Optimum landscape design in residential areas could effectively improve the quality of outdoor thermal environment and create a healthy and comfortable living space for citizens. Unfortunately, the current residential landscape only considers the function of beauty, and there are few principles for design criteria to improve outdoor thermal environment. Moreover, urban planners often design landscape empirically, only based on conventional design concepts. This project will combine field experiment, thermal comfort survey and numerical simulation conducted by Computational Fluid Dynamics, to study the landscape elements and their combinations (including spatial division of green land, proportion of plant community, square of facilities, forms and square of water features and proportion and materials of pavement, etc.) in Beijing and Xi’an cities. Discover the influence characteristic of landscape elements and their combinations on outdoor thermal environment, coupled of outdoor heat, moisture and air transfer and regulation mechanism of outdoor thermal comfort. Put forward the evaluation index of outdoor thermal comfort in cold area of China, and obtain the optimum combinations of landscape elements and quantitative guide criteria for landscape design. The achievement of this project will support experimental and theoretical research on uncovering the regulation mechanism of outdoor thermal comfort exerted by landscape elements and their combinations, and offer technical support and science basis for landscape design to improve the outdoor thermal comfort in residential areas.

合理的居住区景观设计可以有效改善室外热环境，给居民提供健康、舒适的室外活动空间。但当前的居住区景观只是单方面考虑美化功能，设计导则中从改善室外热环境方面考虑较少，设计往往凭经验和传统的设计手法。本项目将采用实地测试、系列行人热舒适调研和计算流体力学(CFD)数值模拟等方法对西安和北京地区城市住区不同建筑密度下的景观要素及其组合形式（绿地格局、植物群落搭配比例、景观设施布局、水景形式和面积、铺装比例和材料等）进行研究，探索景观要素对室外热环境的影响特征、室外空间热湿和空气耦合传递以及景观要素及其空间组成对室外环境热舒适的调控机理，提出我国寒冷地区全年室外环境热舒适评价指标，得到景观要素优化配置形式和指导景观园林设计的定量指标。项目成果为确定景观要素对室外环境热舒适的调控机理提供理论和实验支撑，为改善住区室外环境热舒适的景观园林设计提供技术保障和科学依据。

居住区室外空间是居民主要的室外活动单元，也是城市中人口密度最大，人员停留时间最长的区域。如何合理优化居住区景观设计，改善室外热环境，是构建健康城市的重要内涵。但其中若干重要的机理问题尚未解决，如：不同建筑密度下，景观要素及其空间组合对居民热舒适的调控机理尚未清楚；基于热舒适调控机理的景观优化设计策略有待深入研究。本项目采用气象因子实测、热舒适问卷调研以及CFD数值模拟等方法，开展了西安、北京地区典型居住区室外热环境的实测研究，阐明了居住区开放空间中景观要素和热环境因子之间的作用规律。建立了多样景观类型下的室外环境热湿耦合传递模型，开展了系列室外热环境的数值模拟比对分析，摸清了景观要素及其空间组成对室外热舒适的调控机理。探明了居住区公共空间中居民活动强度、热环境特征以及不同空间中居民对热舒适的感知特征之间的关系。对气象参数与热舒适评价因子进行多元回归分析，探究了气象因子对室外空间热舒适的影响特征，构建了我国寒冷地区全年室外环境热舒适评价指标。归纳了可应用于指导寒冷地区居住区景观设计的定量指标，总结提炼了居住区室外空间的景观提升设计策略。. 研究表明：1）空气温度（Ta）和黑球温度（Tg）是影响寒冷地区居民室外热舒适的主要气象因素。2）西安地区冬季居民中性UTCI最高（17.3℃），其次是北京（17.0℃）和哈密（6.4℃）地区。西安地区冬季居民的中性 UTCI 范围（7.9‒26.7℃）略大于北京地区（8.7‒25.4℃），而哈密地区居民的中性 UTCI 范围最窄（1.5‒11.3℃）。3）西安地区中性PET、中性PET范围和可接受PET范围分别为19.7℃、12.4–26.9℃和9.8–30.7℃。. 以上研究成果为探明景观要素对室外热舒适的调控机理提供了理论和实验支撑，为改善住区室外热舒适的适宜性设计提供了技术保障和科学依据。课题组顺利完成了预定的目标任务（研究范围有所增加，研究成果超过预期）。已发表学科领域高水平期刊论文6篇，培养硕士研究生5人。