乔木布局方式对合肥市老旧小区广场热舒适度的影响探究

文／陈宇迪 曹海婴 袁中文

引言

目前大量老旧住区改造以建筑立面改造和道路、停车设施修补为主，较少关注住区绿地改造。研究表明，城市中的植物，特别是乔木，可以改善温度、湿度，保持水土，释氧固氮，可以多方面提高居住区热舒适度[1-3]。文章以此为基础，研究不同的乔木布局方式对夏季合肥老旧住区广场微气候的影响，为老旧小区绿化的改造提供理论支持。

1 研究方法

笔者通过对合肥老旧住区建筑、绿地布局方式进行调研，并且从中提取出合肥老旧住区典型布局平面和绿化布局方式，通过遥感影像分析方法和实地调查方式对老旧住区绿化覆盖率进行调查，通过SPSS 对绿化率进行聚类分析，得出合肥老旧住区典型景观乔木覆盖率。以此为研究基础通过ENVI-met 去模拟不同布局方式对住区温度、风速、湿度、热舒适度的影响进行分析，从而研究不同住区广场布局方式对住区微气候的影响。

2 基础研究

2.1 建筑布局方式

笔者调研合肥市44 个老旧小区的现状，从住区规模上来看，44 个老旧小区中4 个小区属于5 分钟生活圈居住区，其中一个小区仅有52 户居民，规模远不及居住街坊规模，另有39 个小区属于居住街坊规模。由此可知，老旧小区中居住街坊规模住区占绝大多数。

从建筑布局形式来看，44 个小区中，6 个为混合式，38 个为行列式，由此得出，行列式是合肥老旧小区主要的布局形式，所以本研究选择具有典型行列式建筑布局且属于居住街坊规模的蜀山新村部分区域作为微气候的研究对象。

2.2 广场景观乔木布局方式

通过对老旧小区建筑布局形式的调研和合肥住区发展史的研读发现，80 年代前的老旧小区平面如表1左图所示，该平面中，住宅布局是均质的、有秩序的排列，住区中并没有公共绿地，只有宅间绿地。

表1 老旧小区建筑典型布局形式（表格来源：作者自绘）

第二种布局模式是80 年代以后的行列式，类似于邮电新村小区的平面图，该布局绿化主要由公共绿地和宅旁绿地组成，从绿化布局来看，宅旁绿地和80 年代的布局形式相同，公共绿地的布局形式通过对大量老旧小区的公共绿地中乔木布局形式的调研得出。通过对44 个住区的公共绿地乔木布局形式进行统计，得出30 个住区不包含公共绿地，其他19 个含有公共绿地的小区中有6 个集中式、5 个围合式、5 个围合集中式、3 个均匀式，具体布局方式如表2 所示。

表2 老旧小区绿化布局形式分类（表格来源：作者自绘自摄）

2.3 绿化率

《城市居住区规划设计标准》中规定新建居住区绿地率不得低于30%，旧居住区改造不低于25%[4]。而老旧小区由于建造时间久远，且住区没有专业物业管理，导致老旧小区的绿化率、绿化结构、绿化质量参差不齐。

为了研究不同布局方式对老旧住区微气候的影响，笔者通过对合肥市遥感影像图的提取分析以及实地调研等方式对合肥市66 个小区的绿化进行调研分析，笔者在GIS 软件上用GCS-WGS-1984 坐标系进行小区绿化和小区边界的绘制，然后转到平面坐标系中进行小区绿地和小区面积的计算，整理出合肥市老旧小区景观乔木绿化覆盖率分布现状。

然后通过SPSS 软件对乔木绿化覆盖率进行K-means 均值聚类，通过多次聚类结合直方图发现设置分类数为3 较为合理，聚类结果显示：合肥市老旧小区的乔木绿化覆盖率第一聚类有33 个个案，聚类中心为28.9%；第二聚类有24 个个案，聚集中心为40.49%；第三聚类有9 个个案，聚类中心为55.31%。

老旧住区绿化覆盖率多数处在30%左右，所以本文以30%作为样本模型绿化覆盖率取值，去研究广场不同布局方式对老旧住区微气候的影响。

3 软件设置

ENVI-met 是由三维模型和一维大气边界层模型组成的预测非静水模型，它能够再现城市及住区的微气候，考虑到植被、空气和铺装面的相互作用。王振、陈卓伦等学者对软件模拟的可靠性进行了验证，秦文翠、张伟岳、小智等学者运用该软件对城市热环境进行了模拟研究。

3.1 老旧小区典型平面图

取蜀山新村部分平面图作为研究对象，1、2、3、5、6、7 栋的东西长30m，南北长10m，层高六层18m。南北向楼间距为14m，东西向楼间距为9m，广场面积为18m×24m。4 栋东西长18m，南北长10m。

3.2 树木的设置

乔木的原型取自槐树，槐树一般冠幅在4.7m，高度为7.6m，冠层高为3.2m。叶面积指数为0.9m2。乔木的设置采用envvi-met 软件中Albero 对乔木进行建模，乔木的冠幅为4×4m，高度为8m，冠层高为4m，叶面积指数为0.9/m2。树叶短波透光率为0.1。树叶的短波反射率为0.12。叶重为100g/m2。

3.3 计算域和网格大小设置

计算域的尺寸为100m×62m×72m。该区域划分为50×31×36 个网格。网格分辨率为2×2×2m。最下面一层网格会被均匀分成五份，每份为0.4m。三个网格的高度为1.4m，这里把1.4m 的高度设为行人感受温度和风速的高度。为了提高模型的稳定性，在模型四个方向分别向外增加了一个网格。

对每种情况，ENVI-met 运行24 小时。夏季从2019 年6 月25 日早上7 点开始至2019年6 月26 日早上7 点结束。模拟参数设计如下，10m 高处风速为3m/s,风向为东南风，平均风速为2.2m/s,地面粗糙度取0.1，最高温度为30℃，最低温度为21℃，2 米处相对湿度为65%。

4 研究结果

4.1 乔木布局方式

模拟空间分为巷道空间和广场空间，巷道空间采用相同的两棵乔木连植的方式，广场空间根据2 棵、3 棵乔木连植，以及横向、纵向排列一共分为如下12 种布局方式，其中1-4 为围合式、4-8 为围合集中式，9-11 为集中式布局、12 为均匀式（图1）。

图1 乔木布局方式（图片来源：作者自绘）

4.2 对温度的影响

通过对12 张温度分析图之间对比得出不同的布局方式对温度的影响较小，总体来说围合式、集中式夏季温度较高，均匀式和围合集中式温度较低，由此可以发现适当的聚集乔木可以降低广场的温度，但是乔木过度集中温度反而会升高。

4.3 对风速的影响

合肥夏季盛行东南风，在广场的东北角易导致空气的滞留，风速降低。下图为不同布局方式对应的风速布局（图2—图4），由此可看出，四种布局方式在广场的东北角均形成了大面积的低风速区，风速仅为0.26m/s。围合式布局（图1）广场在东北角、东南角形成了低风速区。围合集中式（图2）由于中部乔木栽植密集，导致中部风速的急剧下降。集中式（图4-9、10、11）低风速区主要分布在广场的东北和东南角。均匀式树木均匀地分布在广场中，形成了严密的挡风林，所以均匀式（图4-12）的低风速面积最大。

图2 围合式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

图3 围合集中式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

图4 集中式和均匀式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

由以上对比可以得出，夏季广场乔木采用均匀式布局风速最低，集中围合式次之，集中式和围合式风速最大。

4.4 对湿度的影响

通过图1 和图2 的对比可以发现，随着乔木布局方式由围合式向围合集中式靠拢，空气湿度会增加。整体上来看集中式的相对湿度最低，均匀式和集中式大致相同。

4.5 对热舒适度的影响

通过围合式的四种布局方式PMV 数值分布图（图5）、围合集中式的四种布局方式PMV数值分布图（图6），集中式和均匀式布局方式PMV 数值分布图（图7）对比可以发现围合式、围合集中式整体热舒适度相同，细致对比之下，在乔木的布局方式由围合式变成围合集中式的过程中，热舒适度均发生了降低。研究得出，在绿化率相同的情况下，夏季住区广场采用围合式布局的热舒适度优于围合集中式。

图5 围合式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

图6 围合集中式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

图7 集中式和均匀式布局风速分布图（图片来源：作者自绘）

9、10、11 为集中式布局，12 为均匀式布局。由围合式、围合集中式与均匀式对比，可明显看出，广场南边粉色面积最大，PMV 大约在1.4，属于暖的范畴。研究发现相对于围合式和围合集中式，均匀式夏季的热舒适较差，成片厚实的树林大大阻碍了广场空气的流通，降低了夏季热舒适度。

由围合式、围合集中式与集中式对比发现，集中式图中大红色所占面积较大，不仅巷道空间热舒适度有所提升，广场西北角和广场中部红色（PMV 为1-1.14）区域明显增加，且广场南面粉色（1.27-1.4）区域明显降低。由此得出，集中式热舒适度最好。

结语

由以上实验可以看出，不同的布局方式对居住风速影响较大，温度次之，湿度最小。围合式集中式、均匀式有利于住区广场的降温，但是同时具有较强的消减风速的效果。集中式、围合式有利于广场的通风，降温效果较为逊色，但是整体的热舒适度较好。不同的居住区可以根据各自的需求去选择相应的广场布局方式。