基于热时间常数(CTTC)模型的绿化对商业区热环境影响研究

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目前,城市化速度与日俱增,城市环境与生态也随之被影响,其中城市热环境也随之恶化。城市建成区局地热环境恶化问题正逐渐受到多方关注。城市热环境备受关注背景下,热岛效应是其重要研究问题之一。而商业区作为城市中人类聚集活动空间中最复杂最多元的公共空间,拥有着高密度的人群、建筑集聚,其室外热环境的生态化和可持续发展应当高度重视。绿化是改善城市局地热环境的主要途径之一,然而对商业区绿化的量化研究以及绿化对商业区热环境影响的研究比较缺乏。因此,本文从气候适宜性、生态可持续发展的角度探讨绿化对商业区热环境的影响及改善。本文通过选取典型商业区绿化规模和绿化结构量化指标,以DUTE(Design Urban Thermal Environment)为模拟平台建立模型,基于数值统计,从平均热岛强度、WBGT、CTTC三个方面探讨不同绿化规模和绿化结构对商业区热环境的影响。其中涉及到的问题有绿化量化指标的选取与定义、指标体系的建立、模拟软件的实测分析与验证、典型商业区数值模拟方案设计、模拟结果的数据整理与分析。主要工作及研究结论如下:(1)首先,在理论层面介绍了局地热环境的研究方法和评价方式,通过文献综述研究确定本文使用基于热时间常数(CTTC)的集总参数法计算模型,并建立热环境评价与商业区绿化规划设计两个方面评价指标体系,其中采用平均热岛强度与WBGT作为热环境评价指标;分别从绿化规模指标与绿化结构指标两个方面评价量化商业区绿化,其中绿化规模指标包括绿地率、绿化遮阳覆盖率、屋顶绿化率三个指标,绿化结构指标包含复层绿色量一个指标。为后续评价绿化对商业区热环境影响的研究做铺垫。(2)其次,选取广州天河区万菱汇商业区作为典型商业区,通过对商业区的微气候24小时监测的实测数据与数值模拟验证,得到基于集总参数法的DUTE(Design Urban Thermal Environment)模拟软件的准确性,为后文模拟研究提供依据。实测验证表明,从各测点平均温度来看,DUTE的模拟数值接近于实测数值,因此,DUTE数值模拟可以更好地反映商业区空气温度的整体情况。(3)再次,定性描述与定量研究相结合,归纳分析了全国相关商业区规划管理文件中绿化指标的概况,并进一步选取全国四个气候区,共11个典型商业区进行DUTE数值模拟分析,统计目前典型商业区建设现状及热环境现状。研究表明:1)我国各城市的商业区绿化规划管理文件针对商业区绿化的规划指标中,各地对绿地率仅有一个简单的下限控制,对绿化规模(绿化覆盖率、屋顶绿化等)相关指标也仅有个别城市有较为模糊的规定,大多以“鼓励建设”为主。绿化结构相关指标甚至尚无体现,部分指标亟待被关注到;2)通过对典型商业区绿化现状统计发现,商业区大多以集约高强度开发建设为主,绿化总体结构单一,主要以地面绿化为主,绿地率与绿化覆盖率的建设情况也良莠不齐,少数商业区绿地率并未达到城市商业区的规划指标要求,个别商业区存在屋顶绿化的的形式,因此需要加大鼓励建设,商业区的绿化形式还需进一步优化;3)通过对典型商业区热环境数值模拟可以看出,11个典型商业区CTTC大多处于8.5以上有较高的蓄热能力,平均热岛强度大多在2-3℃之间,明显高于已有的居住区热岛强度指标(≤1.5℃);不过尚且满足已有研究对WBGT数值要求(≤33℃)。(4)在此基础上,针对绿化规模,即绿地率、屋顶绿化率、绿化遮阳覆盖率三个指标,选取五个典型商业区作为模型原型,并在合理的前提下改变指标设计模型,共建立三组72个模型进行对比分析;针对绿化结构,从垂直结构方面对商业区绿化结构进行量化,即复层绿色量一个指标构建单一结构、草灌结构、乔灌草结构三方面模型,选取一个典型商业区作为模型原型,采取控制绿化规模不变的前提下,进行不同方案设计,共建立三组59个模型进行对比分析。进一步进行DUTE数值模拟分析,比较平均热岛强度、CTTC等参数,探讨绿化规模对商业区热环境的影响。研究表明:绿化规模的增加对商业区热环境有积极的改善作用,绿化遮阳覆盖率的改善效益最大,其次是绿地率,最后是屋顶绿化率;绿化结构的改善是商业区热环境的重要影响因素,乔木对商业区热岛强度改善效果优于草地与灌木,草地与灌木相差不大,乔灌草组合时,乔木占比的增多更有利于缓解商业区热岛。
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