微气候研究综述

微气候环境综述

1.国内外研究现状综述

1.1国外研究现状

1.1.1 微气候舒适度的内涵

随着现代气象学的发展，南兹博格(Landsburg)认为，微气候是指地面边界层部分，其温度和湿度受地面植被、土壤和地形影响[4]。阿兰·米诺(Alan W. Meerow)和罗博特·杰克(Robert J. Black）认为，微气候是指小范围地方性区域的气候，其气候特征一致并可改善[5]。山塔莫瑞斯(M. Santamouris)和阿斯曼克剖勒斯(D.Asimakopoulos认为微气候是指“在几千米里特定区域内，由于气候的偏差形成的不同地块的小尺度气候形式)[6]。表述不一，但都认可小尺度特征，是研究一个有限区域内的气候状况。南兹博格强调微气候的垂直小空间是地面边界层部分。正因为微气候受地面植被、土壤和地形影响，所以阿兰·米诺等强调微气候的可改善性，山塔莫瑞斯等强调微气候的偏差性。美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）对热舒适度的定义：“在热环境中感到满意的状态。”尽管对微气候舒适度还没有确切定义，但可从以上表述中推断其内涵：微气候舒适度是人在所处小尺度范围的气候环境中感到满意的状态，这种小气候可根据人体舒适度来评价，并可采取相关技术、方法和措施来改善。 1.1.2 微气候舒适度评价

国外关于舒适度的研究经历了3个阶段，从最初的定性描述或采用经验公式进行讨论，到定量化研究人在环境中的舒适度，再到近几年探讨微气候舒适度。对微气候舒适度只是描述性的表述，因此对微气候舒适度评价的研究就尤为重要，这也是国外近几年研究的热点。研究者结合实际情况，对微气候舒适度进行定量化探索评价方法与指标。（1）提出评价微气候的方法和模型；应用较广的是“Comfa”法和“TS-Givoni”法。“Comfa”（比较粒子立场分析法）法用来计算人在户外能量平衡值。探讨人的个体差异、文化背景等因素对微气候舒适度的不同反映。如伊格·内扎（Igor Kneza）等结合问卷调查和物理气候指标的实地测定，分析不同文化背景下的日本人和瑞典人在气候指标大致相同的公园中对舒适度的不同评价[7]。结合前人的研究不断探讨新的评价模型，从“Comfa”法、TS-Givoni法到RayMan模型、CFD法等。（2）研究方法方面都运用田野调查法，

哈尔滨工业大学硕士学位开题报告 进行大量-的实地调查和问卷调查，取得真实可靠的第一手资料。参与RUROS项目的研究通过实地调查或实测取得第一手数据资料，力求保证数据的客观真实。建立或根据实地情况修改已有的模型参数进行评判[8-9]。充分利用跨学科的技术与手段进行模拟研究，例如应用3D技术对环境进行评价。（3）选择的评价因子也从早期的气温、风速、湿度等环境物理特征因子到衣服热阻值室外活动时间及方式、性别、年龄、地理特征、文化背景等，选择的因子关注人的物理舒适度、生理舒适度、心理舒适度，体现人性化。

奥戈亚(Olgyay)在1963年出版的《设计结合气候:建筑地方主义的生物气候研究》中提出“生物气候地方主义”的理论，注重研究当地地域、气候、生物感觉之间的关系，以满足生物舒适感作为设计的出发点。西姆.范.德.莱恩的EDI研究所，集中了建筑师，规划师、专业设计师、工程师、艺术家、以及工匠等多学科人才，力图将设计与自然生态结合，提出《生态设计》，主要原则是：

1)设计结果应该来自环境本身《Solutions From Place》，设计应当从了解基地开始。2)评价设计的标准——生态开支《Ecological Accounting》，必须对设计进行评估，确定其对环境的影响，以此确定生态设计的可行性。3)设计结合自然4)公众参与设计5)为自然增辉1993年美国景观建筑师协会、美国建筑师协会、生态旅游协会、国家公园与保护协会、国家海洋与大气管理局以及绿色和平组织通过国家公园出版社出版的《可持续设计指导原则《Guilding Principles of Sustainable Design》中提出在项目的设计运作过程中将尊重基地的生态系统以及文化脉络最为首要因素，要能够体现正确的环境意识，增强对自身对于自然环境的理解，由此制定行动标准。在措施上结合功能要求，针对当地气候采用被动式能源策略，采用可以更新的本地材料，采用简单适用技术。 1.1.3 微气候舒适度的应用研究

露天环境空间的精心设计可刺激环境的使用，研究微气候舒适度的目的就是实现和维持提升微气候舒适度，可持续开发露天园林，为更多人所用。微气候可通过人为设置风障、阴凉、降低辐射热等措施改善[10]。

城市微气候的现场实测相关研究:Koichi(1996)通过对日本Osaka商业区室外热环境测试和问卷得出人们对室外热环境的满意程度与暴露时间等因素有关的结论[11];MARIALENA(2001)在剑桥的市中心进行实测指出室外不同的热环境区域影响着人们对室外空间的使用频率，表现在不同的时间段内使用某个区域的人数差异[12];Peter Matiasovsky(l996)室外热环境对建筑热反应过程进行研究后，强调室外的太阳辐射和空气温度对建筑热过程的影响[13];Oliveti过实验测试对地面与天空的热辐射进行研究并评估各种条件下水平地面与天空的热辐射[14];Simos、Rallnas(2001)研究了影响城市规划和室外热环境的城市微气候参数，并从

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哈尔滨工业大学硕士学位开题报告 London，Dhaka和Athens的大量实例研究中提出了改善室外热环境的建议。以上针对室外微气候环境的研究建立在现场实测的基础上，其研究方法及结论对本文街区层峡微气候研究有参考意义。城市微气候的数值模拟相关研究:美国普渡大学M.H.Halstead早在1979年就运用计算机对城市微气候进行了模拟研究[15];美国麻省理工学院运用CFD技术进行室外风环境模拟研究[16];美国卡内基一梅龙大学建筑性能研究中心对建筑室内外进行了大量环境控制方面的模拟研究[17];英国剑桥大学建筑系马丁建筑与城市研究中心Koen Steeers等运用照明及热能计算方法(LT法)与Matlab图象处理技术相结合，开发出LT一Urban程序对建筑群体进行综合能效建筑区域规划，并总结出能效建筑规划设计方法[18];英国诺丁汉姆大学建筑环境学院和北京清华大学合作开展了城市微气候评价及其对当今欧洲和中国城市新发展的影响的系列研究[19];法国巴黎一马拉盖建筑设计学校Francis Miguet应用SOLENE软件工具对气候环境和城市形式之间关系进行系列研究[20];德国弗莱堡大学Helmut Mayer对室外热环境进行了大量数值模拟及实测研究[15];悉尼大学建筑与环境学院的Trevo Lee、Dirkschwede等人进行了整合太阳能利用体系和低能耗住区、环境舒适感的物理过程模拟和建筑能源的有效利用等研究[21];新南威尔士大学的可持续建筑环境中心，原澳大利亚太阳能建筑研究组织

“SOLARCH”发展而来)Deo Prasad、RobertS等人在改善建筑能源的有效利用和城市设计的环境影响方面进行大量研究[22];日本东京大学生产技术研究所对城市环境资源和城市环境保护方面的模拟实测研究[23];新加坡国立大学N.HwONG、R.PRn DARS等人通过CFD技术模拟改变城市街道和建筑群几何尺度对城市热岛效应的影响[24]。以上国际院校的相关研究实现了室外微气候环境的数值模拟，对本文CFD数值模拟研究部分具有参考意义。总结国外研究现状可以发现，从研究的尺度来看，房间和单体建筑等小尺度的气候适应性及节能研究已经相当成熟，而中尺度模式如城市街区的研究虽然近些年明显增加，但总体上看研究量较少。这反映了研究内容的从简单到复杂的规律。

从研究的区域看，对于建筑与城市气候适应性及节能方面的研究较多，但由于城乡地域性、物理环境差异性等诸多问题，村镇规划设计中城市微气候理论将不能给出准确的指导，因此对于村镇住区域微气候状况的研究存在重大有意义。

1.2国内研究现状

在我国，城市设计于20世纪80年代成为热门领域，但城市规划和建筑设计专业范围的研究和设计人员关注的问题主要是基于视觉效果的城市空间形态、城市公共空间功能、城市色彩、城市交通、城市景观等。研究手段往往局限于城市视觉秩序分析、街道及广场图底关系分析、城市意象分析、交通系统分析等，关注形象及景观的研究多，关注气候适应性及城市整体节能的研究少。而一些在交通、农业和机械等领域进行的城市环境方面的研究，虽然拥有城市局部问题量化

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哈尔滨工业大学硕士学位开题报告 深入研究的手段和方法，但在气候适应性及城市整体节能与城市设计策略的整合方面仍是差强人意。

国内对微气候舒适度的研究始于20世纪90年代，主要是改进国外WGBT指标，建立室外环境的物理参数直接计算WBGT的方法来分析城市室外热环境的安全性和舒适性。这一研究结果不能直接应用于村镇微气候舒适度规划设计中，两者的自然因素和使用者的期望值都不同。微气候舒适度用于村镇规划设计的研究在国内是新课题，对国内在微气候理论应用及微气候舒适度的评价研究做出初步整理：

近些年来，中国部分建筑院校有部分建筑技术方向的研究学者开始从事关注城市微气候的量化研究。关于实验测试方面的量化研究有:香港大学R.Giridharan、杨峰等对中国湿热地区城市环境中高密度居住区的热环境进行了相关实测研究[25][26];清华大学建筑技术科学系朱颖心、林波荣、李晓锋等结合室外微气候进行的实验研究[27];西安建筑科技大学钟坷，亢燕铭等通过实测对街谷大气环境和声环境进行相关研究[28];华南理工大学孟庆林教授对湿热气候条件下室外热环境进行大量实测研究[29][30];重庆建筑大学唐鸣放教授等对植被与微气候之关系进行实测研究并建立室外热舒适度评价模型[31];东南大学柳孝图教授在可持续发展与城市物理环境方面结合大量实测数据的系统研究[32][33]34];中南林学院的刘翁劫，刘克旺等对株洲城市街区进行了夏日空气温度分布与街道特征关系的实测研究[35][36]。关于数值模拟方面的量化研究有:香港中文大学建筑学院吴恩融教授利用CFD技术以及日照物理模型模拟分析高密度城市中不同天际线方模式对于全天日照、自然通风之间的作用和影响以及高密度城市中建筑相互尺度关系对于空气质量的影响[37][38];香港中文大学中国城市住宅研究中心邹经宇等人利用多尺度环境模拟的方法对城市不同尺度上的城市形态、资源和环境三者之间的关

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系进行系列相关研究;清华大学建筑技术科学系朱颖心、林波荣、李先庭等运用多种模拟技术对室外不同的热环境进行了大量相关研究[40][41][42];华南理工大学孟庆林教授对湿热气候条件下的室外热环境进行多方面的数值模拟研究[43][44][45];重庆建筑大学罗庆、刘俊以实测和数值计算相结合的方式对城市建筑群室外热环境进行数值模拟研究[46][47];华中科技大学余庄教授、张辉、陈丽等将CFD模拟技术应用在城市规划与城市气候关系，进行大尺度城市地域模式相关研究[48][49][50][51]

;华中科技大学陈宏博士利用CFD祸合技术对小区室外热气候进行分

析，并使用SET*评价室外热环境对行人的热舒适性的影响[52][53];长安大学建筑学院赵敬源博士和西安建筑科技大学刘加平教授根据西安的气象数据对街道在不同街道高宽比及不同绿化形式条件下的热环境进行数值模拟[54][55][56][57]。

目前尚未见到关于严寒地区村镇住区环境和村镇生态系统之间、村镇住区形态和村镇微气候之间基于气候适应性以及村镇整体节能目标的量化研究。

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