高校校园环境不同灰空间夏季小气候及舒适度

杨芳绒，任 娟，杜 佳，苏 芳

（河南农业大学林学院，河南 郑州 450002）

大学校园是不同年级学生户外活动的第一空间，由于学生多层次、分类别交流的需求，半开敞的小空间利用率最高，在空间分类中，它属于环境灰空间的范畴。“灰空间”的概念最初由日本建筑师黑川纪章提出来，一方面指色彩，另一方面指室内外的过渡空间。一般来说，就是半室内、半室外、半封闭、半开敞、半私密、半公共的中介空间。对校园灰空间的研究，是校园空间定量化研究的主要问题之一。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

郑州大学新校区位于郑州市区西北方向的高新技术开发区，周边高楼较少。郑州市位于河南省中部偏北，112°42′～114°14′E，34°16′～34°58′N，北临黄河，西依嵩山，东南为广阔的黄淮平原。郑州地区属暖温带大陆性气候，四季分明，年平均气温14.4℃。7月最热，平均27.3℃；1月最冷,平均0.2℃；年平均降雨量640.9 mm，无霜期220天，全年日照时间约2 400 h。

1.2 样点选择

以典型性、代表性和可行性为原则，选择郑州大学新校区5种典型的灰空间，即底层架空空间、室外连廊、屋顶花园、庭院、校园边界各一个点作为研究对象，以入口开阔的启明广场作为对照点。考虑到学生经常活动的场所需求，研究地选择了以下6个样地：①样地A：屋顶花园——南核心教学区内逐级退台式屋顶花园。此花园大概有2/3为硬化铺装，绿化结构单一，为学生晨读的主要场所。②样地B：室外连廊——北核心教学区内连接教学楼之间的4层室外连廊。连廊的主要作用是交通，还可以作为课余学生休息交谈的场所。连廊两侧有丰富的植物群落。③样地C：庭院——北核心教学区内围合的庭院空间。此庭院有丰富的景观要素，有利于师生们在此放松紧张疲劳的神经。④样地D：底层架空空间——南核心教学区的底层架空空间。它作为核心教学区的入口休憩广场，既是人们进行交往和休息的重要场所，又能增加校园空间的层次感。⑤样地E：校园边界——东入口以南的校园边界。这是一个围墙融入植物中的校园边界，用景观植物减弱硬质边界，使校园边界变成一个感受到阳光、空气和自然的充满记忆的灰空间。⑥样地CK：启明广场——图书馆前的启明广场。此广场主要为硬质铺装，功能更多的是礼仪性，也是校园与城市间的过渡空间。

1.3 测定指标及方法

使用便携式气象计Kestrel NI4000测定空气温度(℃)、相对湿度(%)，其中空气温度、相对湿度的测定高度距地面1.5 m。对每个空间利用1/2十字中点法，在2010年7月25～31日晴朗无风的情况下，连续7 天在10:00～15:00每隔1小时测定每个样点的温度、相对湿度等小气候指标。

采用Microsoft Excel与DPS3.01软件，绘制研究区5种灰空间的温度、相对湿度，进行统计分析及方差显著性检验，得出不同灰空间的主要空间特征与小气候生态效应的关系，以及各空间类型对小气候的影响效果。

1.4 人体舒适度评价方法

人类的健康受气候、天气因素的影响非常大，当周围的温度、湿度、风、太阳辐射、气压等气象因子发生显著变化时，对一些人的身体健康就会产生影响。国内外许多研究表明，在所有的气象要素中，温度、湿度对人体的感觉影响最大。

人体舒适度最早起源于国外，随着计算机技术的发展，学者们又提出了更复杂的热量平衡模型，广泛应用到室内气候适宜度研究、人体舒适度预报和城市规划指导等方面。为综合考虑温度和湿度对人体舒适度的影响，该研究选用美国国家气象局用于夏季舒适度以及工作时数预报的温湿指数（Thermal Hum idity Index,THI）,即小环境人体舒适度的指数，其计算公式如下：

式中，THI指温湿指数，T为环境空气温度（℃），RH为空气相对湿度(%)。THI与人体舒适度的划分标准如表1所示。

2 结果与分析

2.1 不同灰空间类型的温度比较

由图1可以看出，郑州大学新校区5种灰空间类型间的夏季温度差异较明显，屋顶花园的温度最高，为（35.95±1.25℃，底层架空空间的最低，仅为（32.81±1.31）℃，室外连廊、庭院和校园边界的平均温度分别为（33.53±1.37℃、（33.83±1.32℃、（34.28±1.82℃，而对照启明广场的温度为（36.33±1.22℃。屋顶花园的温度与启明广场无显著性差异（P＞0.05），底层架空空间、室外两廊和庭院的温度都与启明广场存在显著差异（P＜0.05）。由此可见，在炎热的夏季，这3类灰空间的降温效果极明显，而屋顶花园的降温效果则不明显。

表1 温湿指数（THI ）与人体舒适度对照

研究表明，环境温度与人体生理功能密切相关，当环境温度高于28 ℃时，人们就会有不舒适的感觉，温度再高时就易导致中暑、烦躁、精神紊乱；频繁持续的高温还可引发一系列的疾病，特别是导致脑血管、心血管和呼吸系统疾病的发生率增加。在炎热的夏天，中午温度大多超过35℃，这严重影响到了学生的户外运动，而底层架空空间、室外连廊和庭院却有着较低的温度，成为学生户外活动和学习的较佳选择。主要原因是三者的建筑格局改变了周围环境的日照、风向和空气湿度，形成独特宜人的小气候环境；同时其本身又通过周围地面及墙面等特定地点的风、阳光、辐射等条件改变着该处的微气候，周围的乔木也具有较高的绿量，乔木不仅有较好的遮阴作用，而且还通过蒸腾作用吸收大量的太阳辐射热量，从而降低了周围的空气温度。这些灰空间类型还给广大师生提供了交通、交流和活动的场所，这一点在建立人—建筑—自然环境相互和谐的整体自然观时应充分加以考虑。

2.2 不同灰空间类型的湿度比较

由图2可以看出，郑州大学新校区5种灰空间类型中，底层架空空间的平均相对湿度最高，为(47.33±2.05)%，屋顶花园的平均相对湿度最低，为(42.22±2.83)%，室外连廊、庭院和校园边界的平均相对湿度分别为(46.55±2.13)%、(44.95±1.18)%、(45.78±1.13)%，而对照启明广场的平均相对湿度为(41.82±2.12)%。底层架空空间、室外连廊、校园边界的相对湿度与启明广场存在显著性差异（P＜0.05）。其主要原因是它们都有建筑或乔木的遮荫，在距离地面十几米的高空形成一个类似隔离层的界面，有效阻挡了下垫面接受的太阳辐射量，可以保持林下空间有着较高的湿度；这3种灰空间周围都有大量的植物，植物吸收的太阳辐射能大部分用于蒸发散热，可增加空气中的水蒸气，同时绿色植物对降水具有明显的截留作用，从而也增加了地面和空气的湿度。屋顶花园的相对湿度与启明广场无显著性差异（P＞0.05），这是因为屋顶花园采用逐级退台的形式，硬化铺装多，绿地结构单一，大量非透水性硬质地面材料，使得地表湿度较低；加之只有1/3的屋面种植低矮灌木，上方无乔木覆盖，直接接受太阳辐射，使得低矮灌木的蒸腾水汽迅速被蒸发。这说明底层架空空间、室外连廊、校园边界都有极好的保湿增湿效果。

2.3 不同灰空间的人体舒适度

根据温度、相对湿度的统计，以及用温湿指数公式计算得出：底层架空空间、室外连廊、屋顶花园、庭院、校园边界、启明广场等空间的人体舒适度指数分别为27.5、27.9、29.1、28.0、28.3和29.3。

可以看出，在试验的时间段，不同类型灰空间的THI值大小排序为：启明广场＞屋顶花园＞校园边界＞庭院＞室外连廊＞底层架空空间。但是，这些灰空间的人体舒适度指数（THI）均高于26.7（很热），人体感觉很不舒适，其中启明广场的舒适度指数接近29.5（酷热）。在炎热天气条件下，这5种灰空间的THI与启明广场的比较结果表明，屋顶花园的THI值略低于启明广场的THI值，相对于上部无遮挡的启明广场而言，屋顶花园可在一定程度上改善人体舒适度；其他4种灰空间类型则远低于启明广场的THI值，说明这4类灰空间的人体舒适感觉佳，可见这4类灰空间在酷热条件下仍能有效地调节小气候，提高人体舒适度。

3 结论与讨论

（1） 郑州大学新校区不同灰空间类型对区域小气候产生明显的影响。降温效果顺序为：底层架空空间＞室外连廊＞庭院＞校园边界＞屋顶花园＞铺装广场（启明广场）；增湿效果顺序为：底层架空空间＞室外连廊＞校园边界＞庭院＞屋顶花园＞铺装广场（启明广场）。

（2） 通过自测数据进行整理分析，采用温湿指数方法对比分析了这几种灰空间人体舒适度，得出其舒适度顺序为：底层架空空间＞室外连廊＞庭院＞校园边界＞屋顶花园＞铺装广场（启明广场），这将为炎热夏季师生的学习生活提供有益的参考。

（3） 空间的温度、相对湿度、舒适度除了受建筑布局和植物影响外，还受建筑层数以及周边水体等的影响，在此未做详细探讨。在今后的相关研究中，还可以引入太阳辐射、风速、行为心理学、美学等，完善舒适度的评价指标体系，以更好地指导人们的生活实践。

[1] 郑时龄. 黑川纪章[M].薛 密，译. 北京：中国建筑工业出版社，2002. 35-36.

[2] 杨春艳，马 辉.浅谈灰空间与人的心理[J]. 华中建筑，2004，22（2）：52-54.

[3] 彭智谋，朱 丹. 城市灰空间对城市生活品质的作用[J]. 规划师，2007，23（9）：39-41.

[4] 王远飞，沈 愈. 上海市夏季温室效应与人体舒适度[J]. 华东师范大学学报，1998，3：60-66.

[5] 周后福，欧阳志云，李伟峰，等. 城市热岛的生态环境效应[J]. 生态学报，2005，25（8）：2055-2060.

[6] 高建峰，庄大方，何玉琴，等. 城市建筑格局对小气候的影响[J]. 地球信息科学，2007，9（5）：14-17.

[7] 吴 菲，李树华，刘娇妹. 树下广场、无林广场和草坪的温湿度及人体舒适度[J]. 生态学报，2007，27（7）：2964-2971.