中国传统园林营造微气候的因素

周 耀

(河南工业大学土木建筑学院，河南 郑州 450001)

·园林·绿化·

中国传统园林营造微气候的因素

周 耀

(河南工业大学土木建筑学院，河南 郑州 450001)

以苏州艺圃为例，运用气候因素分析方法对传统园林中的微气候进行了分析研究，进而对中国传统园林在营造微气候中的因素有了新的认识与思考，对改善城市微气候与城市环境建设有着直接的借鉴意义。

传统园林微气候，人体热舒适，气候因素

0 引言

中国传统园林从古至今一直经久不衰，以其营造的宜居的微气候辅以中国特有的含蓄内敛的文化为最为突出的特点和优点之一，在国内外一直享有盛誉。本文针对气候因素在传统园林中营造微气候的重要影响，以苏州艺圃为例，运用气候因素分析方法对传统园林中的微气候进行分析研究，进而对中国传统园林在营造微气候中的气候因素有了新的认识。

1 苏州艺圃简介

艺圃位于苏州古城西北，原为文微明曾孙，明天启年状元，大学士文震孟所建。园内水池居中，池北大型水阁延光阁横跨水面，厅堂居阁后。池南以山景为主，假山土石相间，小亭古树，高低相间。山下东、西各有水湾，石板古桥，低平贴水。池东南乳鱼亭为明代遗构，池西南庭院精雅优美。全园景色自然开朗，亲切可人，具有明代江南园林风貌。2000年被列入《世界遗产名录》[1]。艺圃平面图见图1。

2 微气候

微气候是由地形，地貌，当地气候特征，及利用地表水系，植物等综合作用的结果，微气候在艺圃中无处不在，甚至在几米的距离都会发生明显的变化，在不同的地方，如小桥，水边，树下，人对温度，湿度，气流的速度，空气的质量都有明显不同的感受，微气候的调节对提升园林品质有着重要的作用。

调节微气候因素的目的是使人体的热舒适状态达到最佳，人体与环境之间热平衡关系如：当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热量的25%～30%，辐射散热量占45%～50%，呼吸和无感觉蒸发散热量占25%～30%时，人体才能达到热舒适状态，能达到这种适宜比例的环境便是人体热舒适的充分条件[2]。从微气候因素中的空气气温，空气湿度，气流速度(风速)，热辐射条件状况等入手，通过对地表水，地表植物/筑山，建筑空间与布局等园林要素来分析人体热舒适状态的程度，并且分析园林要素对微气候的四个因素进行调节的方法与原理，进而得出园林要素与气候因素的关系。

3 园林要素对微气候因素的调节

艺圃中的园林要素有筑山，理池，植物，建筑，书画，但与气候因素密切相关的是地表水，地表植被/筑山，建筑空间与布局，以下将分别阐述园林要素对气候因素的调节。

3.1 对空气气温的调节

图2 苏州参考气象资料[3]

苏州地处温带，四季分明，气候温和，雨量充沛。属北亚热带湿润季风气候，1月均温3.7 ℃，7月均温27.8 ℃,最高温度达到31.6 ℃，如图2所示。总体看苏州的气候比较宜居，但7月,8月的最高温度可能达到30 ℃以上，根据人体热舒适公式及原理，温度超过28 ℃时，如果其他条件仍然不变的情况下，人体的热平衡开始变化，产生不舒适的状态。但在7月,8月份进入艺圃仍然不觉得热和不舒适，甚至明显感觉比园外的温度要低，这是因为影响温度最主要的因素是来自太阳的直接辐射和随后间接辐射，温度的高低主要考虑辐射的吸收和散热问题，原因如下：

1)地表水的作用。

艺圃的中间部分是一个较大的人工水面，占了整个艺圃相当一部分(见图3)，这等于是一个巨大的蓄热池，水的传热系数为0.58 W/(m·K)，比热容为4.186 8 kJ/(kg·K)，比热容在所有液态和固态物质中是最大的，能快速的吸收大量的太阳直接辐射和间接辐射，并且在水蒸发气化的过程中，能带走大量的热，随着热空气的上升，冷空气的下降，形成对流，产生风，带走大量热的同时降低了温度。

2)地表植物/筑山的作用。

艺圃中有大面积的植物/筑山(见图4)，同样占了整个园区相当一部分，通常是依水而置，也有单独成林。园中的植物在南区比较高大，树下是一片筑山区，较为高大的树木在7月份,8月份也正值枝繁叶茂，茂密的树叶能有效的阻挡太阳的直接辐射，同时茂密的树木枝叶由于含有大量水分，比热容也较大，能有效的吸收间接辐射，使在树下，筑山区活动的人不被炎热所困，相反，还很凉爽。太湖石形成的筑山，由于太湖石的蓄热系数为18.3 W/(m2·K)，比较大，能吸收大量的太阳直接辐射，同时导热系数为2.04 W/(m·K)，也较大，加之在水边，或者在较为湿润的土地，热量迅速传导到水中和地下，达到降温的效果，且筑山形成的山洞(见图4a))，直接辐射无法到达，也是一个凉爽的小气候。

3)建筑空间与布局的作用。

建筑空间与布局通过遮挡太阳的直接辐射来达到降温的作用，在7月,8月，由于太阳高度角和方位角的原因，建筑南向和西向面临最大化的太阳直接辐射，同时面临间接辐射的影响，如图5所示，这些廊道除了联系交通外，它的遮阳效果也非常明显，并随时有来自水面的凉风吹来，达到降低温度的作用。

3.2 对空气湿度的调节

空气湿度是指空气的干湿程度，分为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度(f)：每立方米空气内所含的水蒸气的质量(kg)。相对湿度(φ)：某气温、压力条件下空气的水蒸气压强与相同温度、压力条件下饱和水蒸气压强的百分比(%)。空气的相对湿度过大或过小，都会影响人体的热平衡，引起不舒适，适宜的环境相对湿度为40%～60%，为了达到这个适宜的值，要调节水蒸气的输入和输出，即输入大了，要调节输出，输入小了，要调节输入和输出，主要可以通过地表水，地表植被，建筑空间布局来调节水蒸气的输入和输出。

1)输入调节。a.地表水的作用：水的比热容和传热系数都很大，在太阳直接辐射的作用下很容易从表层水面蒸发，在蒸发的同时把大量的水蒸气带入底层空气，并随空气流动而向周围扩散，艺圃的地表水面相对较大(见图1)，蒸发量相对也很大；同样，水在流动中，静能转化成动能的过程中也会有大量水蒸气进入空气底层，重量较大的带有水蒸气的空气在空气底层随气流运动(如图6所示)。b.地表植被的作用：植物的枝干和枝叶含有大量的水分，也容易保存大量的水分，在光合作用下，极易产生大量的水蒸气，由于带有水蒸气的较重空气在底层随气流运动，而底层恰恰是树荫下，相对湿度较高的空气在树荫下流动，且不易被蒸发，进一步气化。地表植物起到了制造和保存水蒸气的作用。

2)输出调节。地表水和地表植被产生了大量的水蒸气，植被下的树荫还起到了保存水蒸气的作用，空气的相对湿度在增大，但过大的相对湿度同样不适宜，需要适当的输出调节，达到适宜的相对湿度。a.地表植被/筑山的作用：植被的树荫下由于空气的相对湿度较大，树荫外的空气相对湿度较小，相对湿度大的空气的质量要大于相对湿度较小空气的质量，导致空气的大气压不一样，质量大的空气往下运动，质量小的空气往上运动，形成了对流，即风，加之相对湿度的空气的吸湿过程，达到饱和的相对湿度的空气的释放过程，外来的气流进入树荫下，对流形成的风和外来的风把空气中水蒸气源源不断的带走，起到了调节相对湿度的作用。同样，筑山形成的多种空间，山洞也能形成不同的大气压，形成抽风的作用(见图4a))，原理同“烟囱效应”，调节的大小由地表植被和筑山面积大小决定，这就需要恰当面积的地表植被和筑山，艺圃的地表植被和筑山面积以及形式似乎恰到好处(感受判断)。b.建筑空间与布局的作用：同树荫下和筑山相似的原理，建筑的空间布局，同样起到了输出空气中水蒸气的作用，主要体现在廊道的设计和布置上(如图5所示)，南向和西向的廊道受到最强烈的太阳直接辐射和间接辐射，廊道下的空气相对湿度较小，向上升，廊下的水面产生大量水蒸气，相对湿度较大，由于大气压的不一样，形成对流——风，加之外来的大气流，廊道里将会有规律的风，加之空气的吸湿和释放的过程，空气中的水蒸气将被源源不断带走，进而调节了空气湿度。

3.3 对气流速度(风速)的调节

气流速度是指空气的流动速度(m/s)，适当的空气流动能带走人体产生的多余热量，能够调节人体的温度，达到舒适程度，如上阐述的，在树荫下，筑山里，廊道里，由于空气质量不同的大气压产生的对流，及外来的风，形成了有规律的空气流动，特别是人活动频繁的地区，如树荫下，筑山里，廊道里，产生的风能带走人体产生的多余热量，达到热平衡。

3.4 对热辐射条件状况的调节

热辐射是指物体在绝对温度大于0 K时的辐射能量。热辐射是一种红外线，它不能加热气体，但能被周围物体所吸收而转变成热能，从而使物体升温，成为二次辐射源。人体也向外界辐射热量。当周围物体表面温度超过人体表面温度时，周围物体向人体辐射热能使人体受热，称为正辐射；反之，称为负辐射。热辐射强度是指热辐射体单位时间、单位面积上所辐射出的热量(J/(cm2·min))[2]。

对热辐射条件状况的调节主要是针对二次辐射源的控制，这就要求材料的蓄热系数不能太大，热量要求及时的排出，比热容和传热系数要比较大，吸收能力要比较弱，二次辐射源危害是很大的，蓄热系数大，传热系数小的时候，它会不断的释放热量，加热周围的物体，包括人，在夏天，这种情况对于保持人体的热平衡是十分不利的，在材料的选取上必须考虑到这个因素。艺圃主要使用的是石材和木材。如石灰岩(太湖石)的导热系数为2.04 W/(m·K),蓄热系数为18.3 W/(m2·K)，比热容为0.92 kJ/(kg·K)；木材的导热系数为0.17 W/(m·K),蓄热系数为4.90 W/(m2·K)，比热容为2.51 kJ/(kg·K)。石材的导热系数较大，蓄热系数较大，比热容不大，说明石材能蓄积大量热量，但是释放热量的途径是通过热传导，而不是通过热辐射，因为比热容较小；木材的导热系数较小，蓄热系数较小，比热容大，说明木材不能蓄积大量热量，但是释放热量的主要途径是通过热辐射，而不是通过热传导，因为比热容较大。

现在看看艺圃的运用(见图5)，石材布置在水边，或在湿润的土地上，水和土都能吸收大量的热量，且通过直接的热传导，石材的热量通过热传导到水和土中；木材布置在建筑和廊道中，木材不能蓄积大量的热，且传热系数较小，由于比热容大，它的释放热量的方式主要是热辐射，在廊道中，由于能产生规律的风，能迅速的将木材释放的热量带走，避免二次热辐射(见图5)。

4 传统园林在营造微气候中运用气候因素的方法对城市微气候与城市环境建设的借鉴意义

艺圃在运用地表水，地表植物/筑山，建筑空间与布局等园林要素来调节空气气温，空气湿度，气流速度(风速)，热辐射条件状况等气候因素，进而塑造良好宜居的微气候，使人达到热平衡状态，确实有很多经典的可以借鉴的地方，特别是针对现在处理的不太完善，对有些开始恶化的城市微气候和环境地区，能有很好的借鉴意义：1)运用地表水，地表植物/筑山，建筑空间布局对空气气温进行调节。2)运用地表水，地表植物，建筑空间布局对空气湿度的输入和输出进行调节。3)运用地表植物/筑山，建筑空间布局对气流速度(风速)进行调节。4)运用对材料的选择对热辐射条件状况进行调节。

通过上述四个方面的相互综合作用考虑，将会营造宜居的微环境，这对建设良好的城市环境有重要的意义。

5 结语

通过对艺圃中微气候因素的研究，发现传统园林中控制气候因素其实是贯穿整个园林的始终，始终强调以人为本，从人的热平衡状态，人的视角，心理角度，全方面的综合考虑，全面塑造适宜的微气候，强调与自然融为一个整体，真可谓“虽由人做,宛自天开”。参考文献:

[1] 艺圃园中文字资料[Z].2014-11-09.

[2] 建筑物理[M].广州：华南理工大学出版社，2002.

[3] 香港天文台[Z/OL].2014-11-09.http://www.hko.gov.hk/wxinfo/climat/world/chi/asia/china/suzhou_c.htm.

[4] 杨 柳.建筑气候学[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[5] 朱钧珍.园林理水艺术[M].北京：中国林业出版社，1998.

[6] 朱建宁.中国传统园林的现代意义[J].广东园林，2005(4):28.

ThefactorsofChinesetraditionalgardenmicroclimatecreation

ZHOUYao

(ArchitectureSchool,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China)

Taking the Suzhou garden as an example, this paper analyzed and researched the traditional garden microclimate using climate factor analysis method, then had new understanding and thinking to the factors of Chinese traditional garden microclimate creation, had direct significance to improve the urban microclimate and urban environmental construction.

traditional garden microclimate, human body thermal comfort, climate factor

1009-6825(2014)33-0200-03

2014-09-12

周 耀(1979- )，男，在读硕士

TU986

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