缓解热岛情绪健康危害的商业步行街优化设计研究

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随着城市快速发展,城市建筑和构筑物增多,自然地表向硬化地面转化,使城市热岛效应不断加剧,导致热环境恶化,加大了能源的浪费,严重危害了城市居民的身心健康。因此,缓解城市热岛,改善微气候,节约能源的绿色优化设计成为城市规划领域至关重要的一部分。目前国内外缓解城市热岛效应危害的研究尚有需要补充的地方:微气候研究主要聚焦于挖掘城市热环境影响因素,提升人群热舒适度,对高温易感人群的情绪健康关注较少;在节约能源方面的研究多在城市层面和建筑单体层面上开展,街区层面的案例研究较少。而室外人群最密集、功能最集中的商业步行街区,是城市中高温热浪危害最严重、能耗最高的区域之一。鉴于此,研究商业步行街区中高温易感人群的情绪健康状况对街区优化设计具有典型意义。本研究在夏季高温热浪灾害严重的南京市选取8处区域,对40岁以上的中老年人进行情绪健康问卷调查,通过MATLAB数据处理工具拟合温度与情绪健康的问卷数据,得到温度对易感人群的情绪健康影响机制。采用ENVI-met微气候模拟软件和基于Energy Plus引擎的Openstudio能耗模拟软件,进行街区热环境与冷负荷模拟,探索城市物理环境对人群热舒适、情绪健康和街区冷负荷的影响机制,提出街区降温节能策略并评估其效果,为商业步街区优化改造设计方案提供参考,得出以下结论:(1)情绪健康危害随温度升高而加剧,呈波动上升的趋势。综合负向情绪指数在35℃最低,而后随温度升高快速上升,40℃后,随体温调节的增强,综合负向情绪得到缓解。在各单一情绪因子中,心烦情绪受温度影响最大,易怒情绪受温度影响次之,敌意和紧张情绪受温度影响较小。综合负向情绪受心烦情绪的影响最大,且二者变化趋势最为相近。(2)不同城市物理环境会影响街区人群的热舒适和情绪健康。一方面,对比分析新街口商业步行街区和老门东商业步行街区的热环境发现,街区高宽比、外立面材质和绿化覆盖率影响着街区温度与人群热舒适。要改善热环境,应选择粗糙度和黑度较高的外立面材质,提升街区高宽比,增加绿化覆盖率。另一方面,街区物理环境对热环境的作用会改变人体热负荷,影响情绪健康。随着人体热负荷的不断增加,情绪健康危害程度先上升,后保持平稳,在PMV(Predicted Mean Vote)为3.6时,人体的热负荷达到生理和心理所能承受的极限,人体开始集中精力寻求改变环境以避免高温热浪对人体机能造成损害。(3)提升绿化覆盖率能有效改善热舒适,缓解情绪健康。在老门东商业步行街区PMV>4的高温危险区布置乔木以提升绿化覆盖率,能增加商业步行街区的阴影区域,减少太阳辐射,优化热环境。模拟结果表明,研究区气温平均下降了0.98℃,服装温度平均下降了0.97℃,平均辐射温度平均下降了1.40℃,PMV平均降低了0.26,在12:00-14:00人群的热舒适从“热”改善为“微热”,心烦、易怒、敌意、紧张和综合负向情绪均得到缓解。(4)设置风幕机对冷负荷的降低效果优于提升绿化覆盖率。在商铺外门处设置风幕机,形成空气幕,阻隔了大部分室外热空气渗透,有效降低了商业步行街区的冷负荷,其节能率为37.2%-44.6%,且随着热环境加剧,节能率升高;然而提升绿化覆盖率对街区冷负荷的降低效果有限,通过减少室内外温差,减缓围护结构的传热效率的节能率不足4%,且随热环境的加剧,节能率下降。
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