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【摘要】本文通过对苏州大学在夏季时的热湿环境进行数值模拟，研究水体对校园环境产生的生态效应。建立苏州大学的数学模型，利用Airpak软件进行数值模拟，分别得出夏季校园内人行高度1.5m处的温度、相对湿度(RH)、预测平均评价(Predicted Mean Vote－PMV)与不满意百分比(Predicted Percentage Dissatisfied－PPD)以及平均空气龄(MAA)的分布，从而看出水体对校园环境的确有一定的生态效应，同时也发现该校园水体景观存在的一些问题，并针对这些问题给予一定的水体景观优化建议。
【Abstract】 The study of the ecological effects of the water environment on campus is based on a numerical simulation of the thermal environment in SuZhou University during summer. After the establishment of the mathematical model of SuZhou l University, the software Airpak is used to do the numerical simulation, then a series of results are obtained, such as the temperature at the line height 1.5 meters in summer campus, relative humidity(RH), Predicted Mean Vote and Predicted Percentage Dissatisfied(PMV-PPD), as well as the distribution of Mean Age of Air(MAA). These results reflect that the water does have a certain ecological effects to the campus environment, while exists some problems in landscape area. Focus on these points, optimization suggestion is given.
【关键词】水体；数值模拟；温湿度
【Key words】 river ;temperature－humidity; numerical simulation
1. 苏州大学的几何模型与计算方法
本模型是苏州大学独墅湖校区，以Google earth 截取的平面图为准。为简化模型便于计算，建筑群体在基于校园实际平面的基础上改动得较为平直整齐，改动后的建筑群如模拟图所示。水体主要由面积不同的校园内的分散水域组成，环绕式水体由于宽度过小，生态效应较差，难以达到网格划分质量，因此在此次模拟中忽略其生态效应，还有两处面积过小的水体同样忽略不计。
苏州属于夏热冬冷地区，根据前人研究水体生态效应的结论得知，冬天水体的生态效应不如夏天，因为冬天平均风速较小，水面也有结冰期，蒸发量减少，对温度和湿度的影响就相对减少。苏州地区夏季通风室外计算温度为32.2℃，夏季通风室外计算相对湿度为72%，夏季平均风速为3.1 m/s，夏季主导风向为东南向，夏季水体温度为25℃，建筑外表面温度设36℃。
计算域根据实际情况迎风面选取3倍的宽度，背风面选取校园3倍的宽度，两边各取长度的3倍左右，高度方向取建筑物高度的2-3倍。校园内教学楼和宿舍基本都在18m，还有12m左右的教学楼。
图1 苏州大学总平面图（图片来源：GOOGLE EARTH）
2.模拟结果及分析
通过数值模拟，我们得出了两个学校的温度、相对湿度、预测平均评价—不满意百分比和平均空气龄的分布图。
2.1 校园内的温度分布
图2苏州大学温度分布图（图片来源：作者自绘）
校园内远离水域较远的区域气温在32.2℃-33℃之间，最大水域附近的气温在31.1℃左右，最小水域附近的温度几乎没有变化，由此也证实了前文得到的结论，水体面积越大，对温度的影响越大。在西北角建筑楼群之间的区域温度在32.9℃左右，东部的生活区温度最高，达33.2℃左右，可见建筑群越密集，气温越高，因而中间几幢排列稀疏的建筑物之间的温度相对较低。最大的水域对西北两侧的温度有所调节，然而对东边一侧排列密集的宿舍楼没有影响，因此，东边的宿舍楼是整个校园气温最高的区域。
2.2 校园内的相对湿度分布
图3苏州大学相对湿度分布图（图片来源：作者自绘）
校园内离水域较远的区域相对湿度在67%-72%之间，同温度一样，最大水域附近的增湿量最大，影响范围最广，相对湿度在75%-88%之间，小水域附近的相对湿度在74.5%左右。从模拟结果还可以明显地看出虽然最大水域对生态效应的调节作用最大，但是西部三块面积小、密集分布的水体对温度和湿度的影响范围更广，效果更显著。建筑群密集的地方相对湿度比较低，在65%左右，建筑群稀疏的地方相对湿度在70%左右，人体感觉比较舒适。
2.3 校园内的预测平均评价和不满意百分比(PMV-PPD)分布
(a)PMV图
（b）PPD图
图4苏州大学PMV-PPD分布图（图片来源：作者自绘）
苏州市属于夏热冬冷地区，夏天的人体热感觉明显比沈阳市高许多，因此，水体对苏州大学的夏天热环境的改善更为重要。离水域较远的北部区域PMV值在1.3左右，对应的不满意度40%左右，南部区域PMV值在1.33左右，对应的不满意度在42%左右，这时候人体感觉有些热。最大水域附近的PMV值在1.2左右，对应的不满意度在35%左右，人体舒适度有所提高。临近水域的区域PMV值大约是1，对应的PPD值30%，这时候人的感觉稍微凉爽，加上临近水边，享受微风拂来的丝丝凉意，对人体心理也有一定的调节作用。生活区的人体舒适度最差， PMV值在1.38-1.5之間，相应的PPD值也相对较高，在45%-50%之间，这时人体感觉很热很不舒适。
2.4 校园的平均空气龄分布
图5苏州大学平均空气龄分布图（图片来源：作者自绘）
苏州市夏季主导风向是东南风，因此西北角的空气龄最大，在850s-1007s之间，表示该区域的空气质量最差；南边的平均空气龄最小，在450s-520s之间，这里空气换气频率较高，空气比较新鲜；校园内部的平均空气龄在730s左右，最大水域附近的平均空气龄在690s左右，可见水系的存在对空气质量也有一定的调节作用。
3.存在问题
通过上述分析可以得出分散式水体对夏季校园的热环境有明显改善作用，然而水体景观的规划也存在一定的问题。苏州大学独墅湖校区的规划从生态效益的角度来看最大的问题在于生活区的建筑群体太过密集，而最大水域所处的空间位置在东南风的作用下对其西边的教学楼群所起的生态效应比较大，对东边的宿舍楼的热环境几乎没有作用，种种原因导致学生生活区成为校园人体舒适度最差的地方。还有几块面积非常小的水体无论在生态学上还是在景观美学上都是不合适的，一是因为面积过小，降温增湿效果很小，对人体舒适度更是没什么影响，；二是校园内的几块小水体均是死水，且由于二期施工破坏了部分水景，景观不但不优美，还面临成为臭水甚至干涸的绝境。
从水景管理方面来看，在水资源紧缺的情况下，该布局形式难于集中利用校园中水与雨水，所以规划设计时应给予注意，进行多种比选。另外，此种水景布局因临近建筑，因此更需注意其构图形式并仔细推敲细节及尺度，同时也应采用低噪音水景形态，避免干扰师生的学习和生活。
4优化建议
校园景观轴线上的水体面积较小，可以适度扩大，与绿化一起共同调节两边的微气候。针对生活区的生态环境较差的情况，可以将最大水域放置生活区的核心位置，大大改善生活区的热环境，同时为校园生活区增添了一道美丽的风景线，还加强了校园景观的均享性和可达性。还应注意水体周边的建筑布局，为了更好地发挥水体的生态效应，水体最好放在主导风的上风向即东南方向，临水建筑组合注意和自然通风的关系，规划朝向（大多数条式建筑的主要朝向）与夏季主导风向最好控制在30°到60°之间。
【参考文献】
[1]钱炜，唐鸣放.城市户外环境热舒适度评价模型[J].西安建筑科技大学学报，2001. 9
[2]傅抱璞.我国不同自然条件下的水域气候效应 [J]. 地理学报,1997.
[3]张新春， 张培红.不同位置的水系对住宅小区热环境影响的模拟分析[J]. 建筑节能,2010.
[4]李书严，轩春怡等.城市中水体的微气候效应研究[J].大气科学，2008.
[5]刘弘，马杰，李贞霞，张晓玲.人工湖生态效应研究[J].山西农业科学,2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【Abstract】 The study of the ecological effects of the water environment on campus is based on a numerical simulation of the thermal environment in SuZhou University during summer. After the establishment of the mathematical model of SuZhou l University, the software Airpak is used to do the numerical simulation, then a series of results are obtained, such as the temperature at the line height 1.5 meters in summer campus, relative humidity(RH), Predicted Mean Vote and Predicted Percentage Dissatisfied(PMV-PPD), as well as the distribution of Mean Age of Air(MAA). These results reflect that the water does have a certain ecological effects to the campus environment, while exists some problems in landscape area. Focus on these points, optimization suggestion is given.
【关键词】水体；数值模拟；温湿度
【Key words】 river ;temperature－humidity; numerical simulation
1. 苏州大学的几何模型与计算方法
本模型是苏州大学独墅湖校区，以Google earth 截取的平面图为准。为简化模型便于计算，建筑群体在基于校园实际平面的基础上改动得较为平直整齐，改动后的建筑群如模拟图所示。水体主要由面积不同的校园内的分散水域组成，环绕式水体由于宽度过小，生态效应较差，难以达到网格划分质量，因此在此次模拟中忽略其生态效应，还有两处面积过小的水体同样忽略不计。
苏州属于夏热冬冷地区，根据前人研究水体生态效应的结论得知，冬天水体的生态效应不如夏天，因为冬天平均风速较小，水面也有结冰期，蒸发量减少，对温度和湿度的影响就相对减少。苏州地区夏季通风室外计算温度为32.2℃，夏季通风室外计算相对湿度为72%，夏季平均风速为3.1 m/s，夏季主导风向为东南向，夏季水体温度为25℃，建筑外表面温度设36℃。
计算域根据实际情况迎风面选取3倍的宽度，背风面选取校园3倍的宽度，两边各取长度的3倍左右，高度方向取建筑物高度的2-3倍。校园内教学楼和宿舍基本都在18m，还有12m左右的教学楼。
图1 苏州大学总平面图（图片来源：GOOGLE EARTH）
2.模拟结果及分析
通过数值模拟，我们得出了两个学校的温度、相对湿度、预测平均评价—不满意百分比和平均空气龄的分布图。
2.1 校园内的温度分布
图2苏州大学温度分布图（图片来源：作者自绘）
校园内远离水域较远的区域气温在32.2℃-33℃之间，最大水域附近的气温在31.1℃左右，最小水域附近的温度几乎没有变化，由此也证实了前文得到的结论，水体面积越大，对温度的影响越大。在西北角建筑楼群之间的区域温度在32.9℃左右，东部的生活区温度最高，达33.2℃左右，可见建筑群越密集，气温越高，因而中间几幢排列稀疏的建筑物之间的温度相对较低。最大的水域对西北两侧的温度有所调节，然而对东边一侧排列密集的宿舍楼没有影响，因此，东边的宿舍楼是整个校园气温最高的区域。
2.2 校园内的相对湿度分布
图3苏州大学相对湿度分布图（图片来源：作者自绘）
校园内离水域较远的区域相对湿度在67%-72%之间，同温度一样，最大水域附近的增湿量最大，影响范围最广，相对湿度在75%-88%之间，小水域附近的相对湿度在74.5%左右。从模拟结果还可以明显地看出虽然最大水域对生态效应的调节作用最大，但是西部三块面积小、密集分布的水体对温度和湿度的影响范围更广，效果更显著。建筑群密集的地方相对湿度比较低，在65%左右，建筑群稀疏的地方相对湿度在70%左右，人体感觉比较舒适。
2.3 校园内的预测平均评价和不满意百分比(PMV-PPD)分布
(a)PMV图
（b）PPD图
图4苏州大学PMV-PPD分布图（图片来源：作者自绘）
苏州市属于夏热冬冷地区，夏天的人体热感觉明显比沈阳市高许多，因此，水体对苏州大学的夏天热环境的改善更为重要。离水域较远的北部区域PMV值在1.3左右，对应的不满意度40%左右，南部区域PMV值在1.33左右，对应的不满意度在42%左右，这时候人体感觉有些热。最大水域附近的PMV值在1.2左右，对应的不满意度在35%左右，人体舒适度有所提高。临近水域的区域PMV值大约是1，对应的PPD值30%，这时候人的感觉稍微凉爽，加上临近水边，享受微风拂来的丝丝凉意，对人体心理也有一定的调节作用。生活区的人体舒适度最差， PMV值在1.38-1.5之間，相应的PPD值也相对较高，在45%-50%之间，这时人体感觉很热很不舒适。
2.4 校园的平均空气龄分布
图5苏州大学平均空气龄分布图（图片来源：作者自绘）
苏州市夏季主导风向是东南风，因此西北角的空气龄最大，在850s-1007s之间，表示该区域的空气质量最差；南边的平均空气龄最小，在450s-520s之间，这里空气换气频率较高，空气比较新鲜；校园内部的平均空气龄在730s左右，最大水域附近的平均空气龄在690s左右，可见水系的存在对空气质量也有一定的调节作用。
3.存在问题
通过上述分析可以得出分散式水体对夏季校园的热环境有明显改善作用，然而水体景观的规划也存在一定的问题。苏州大学独墅湖校区的规划从生态效益的角度来看最大的问题在于生活区的建筑群体太过密集，而最大水域所处的空间位置在东南风的作用下对其西边的教学楼群所起的生态效应比较大，对东边的宿舍楼的热环境几乎没有作用，种种原因导致学生生活区成为校园人体舒适度最差的地方。还有几块面积非常小的水体无论在生态学上还是在景观美学上都是不合适的，一是因为面积过小，降温增湿效果很小，对人体舒适度更是没什么影响，；二是校园内的几块小水体均是死水，且由于二期施工破坏了部分水景，景观不但不优美，还面临成为臭水甚至干涸的绝境。
从水景管理方面来看，在水资源紧缺的情况下，该布局形式难于集中利用校园中水与雨水，所以规划设计时应给予注意，进行多种比选。另外，此种水景布局因临近建筑，因此更需注意其构图形式并仔细推敲细节及尺度，同时也应采用低噪音水景形态，避免干扰师生的学习和生活。
4优化建议
校园景观轴线上的水体面积较小，可以适度扩大，与绿化一起共同调节两边的微气候。针对生活区的生态环境较差的情况，可以将最大水域放置生活区的核心位置，大大改善生活区的热环境，同时为校园生活区增添了一道美丽的风景线，还加强了校园景观的均享性和可达性。还应注意水体周边的建筑布局，为了更好地发挥水体的生态效应，水体最好放在主导风的上风向即东南方向，临水建筑组合注意和自然通风的关系，规划朝向（大多数条式建筑的主要朝向）与夏季主导风向最好控制在30°到60°之间。
【参考文献】
[1]钱炜，唐鸣放.城市户外环境热舒适度评价模型[J].西安建筑科技大学学报，2001. 9
[2]傅抱璞.我国不同自然条件下的水域气候效应 [J]. 地理学报,1997.
[3]张新春， 张培红.不同位置的水系对住宅小区热环境影响的模拟分析[J]. 建筑节能,2010.
[4]李书严，轩春怡等.城市中水体的微气候效应研究[J].大气科学，2008.
[5]刘弘，马杰，李贞霞，张晓玲.人工湖生态效应研究[J].山西农业科学,2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。