广州大学校园夏季室外热环境测试与分析_李丽
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平均辐 射 温 度 （ Mean Ｒadiation Temperature， 简称 Tmrt ） 被定义为一个假想的等温围合面的表面 温度，它与周 围 环 境 的 辐 射 热 交 换 等 于 周 围 实 际 的非等温围 合 面 与 其 之 间 的 热 交 换 量［9］，包 括 了 所有长短波辐射通量，在夏季炎热气候下，Tmrt 是 影响人体能量平衡和热舒适的重要参数． Tmrt 按以 下公式进行计算［10］：
收稿日期： 2015 － 01 － 27； 修回日期： 2015 － 03 － 03 基金项目： 广东省低碳技术创新与示范重大科技专项资助项目（ 2012A010800048） 作者简介： 李 丽（ 1979 － ） ，女，讲师． E-mail： 56450981@ qq． com * 通信作者． E-mail： zhou_xiaoqing03@ 163． com
Tmrt = ［（ Tg + 273 ） 4 + （ 1． 10 × 108 v0． 6 ） （ Tg －
Ta ） / εD0． 4］1 /4 － 273
（ 1）
式中，Tmrt 为平均辐射温度，℃ ； Tg 与 Ta 分别为黑
球温度和空气温度，℃ ； v 为空气速度，m ·s － 1 ； D
为黑球半径，m； （ 本文采用标准黑球，直径为 0. 15
关键词： 室外热环境； 现场实测； 校园热环境； PET； 热舒适
中图分类号： TU 111． 3； TU 244． 3
文献标志码： A
室外热环境质量往往是人们考虑是否利用室 外空间的主 要 因 素，宜 人 的 室 外 热 环 境 能 够 鼓 励 人们积极参与室外活动，促进身心发展，文献［1］ 指出城市广场的人数随着热舒适状况的改善而明 显增加． 目前国内有关湿热地区室外热环境的研 究大多集中在城市内［2 － 3］，而关于校园室外热环 境的研究较少，且当中大多沿用单个或多个直接型 指标进行评价［4］，存有不足之处． 随着城市气候学 和生 物 气 象 学 的 不 断 发 展，SET* 、OUT _ SET* 和 PET 等基于生理学 － 热环境模型的室外热舒适评 价指标得到广泛的认可和应用［5 － 7］． 本文采用现 场实测的方式，选用 PET 室外热舒适评价指标对 广州大学校 园 夏 季 室 外 环 境 进 行 评 价，并 定 量 分 析室外主要 物 理 参 数 与 热 舒 适 性 的 相 关 性，指 出 了改善室外 热 环 境 的 有 效 途 径，以 期 为 校 园 室 外 热环境优化提供参考．
广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
李 丽a，b ，陈绕超b ，孙甲朋b ，王 伟b ，周孝清b*
（ 广州大学 a． 建筑与城市规划学院； b． 建筑节能研究院 / 广东省建筑节能与应用技术重点实验室，广东 广州 510006）
摘 要： 通过对广州大学夏季室外不同下垫面的环境变量进行测试，包括空气温湿度、风速、地表温度和太阳
测量参数 空气干球温度 空气相对湿度 黑球温度 风速 有面温度
室外气象参数
图 1 测点布置图 Fig． 1 Location and layout of the area investigated
表 1 测试仪器及精度 Table 1 Instruments used for measurement of micrometeorological parameters
15： 00 ～ 17： 00 35． 54 36． 04 35． 51 35． 81 36． 33 33． 69
2． 2 空气相对湿度测试结果与分析 封二图 4 表明相对湿度与空气温度呈负相关
的关系． 硬质下垫面上方空气相对湿度最低，树荫 下相对湿度最高； 而处于广场风向下游的凉亭由 于水面以及 植 被 的 影 响，空 气 湿 度 明 显 比 广 场 上 方的空气相对湿度高； 植草透水砖及草地上方相 对湿度基本一致． 2． 3 平均辐射温度（ Tmrt ） 测试结果与分析
1 实验测试基本情况
广州大学位于广州市番禺区大学城西南侧， 校园主要由生活区和教学区组成． 本次实验根据 校园下垫面 实 际 分 布 情 况，选 择 以 下 具 有 代 表 性 的测点进行测试，其周边情况见图 1．
实验选取了夏季典型天气 2014 年 8 月 18、21
及 25 日共 3 d，对广州大学室外热环境进行了测 试，测试时间为 9： 00 ～ 17： 00，所用测试仪器及其 性能参数见表 1．
测量仪器 温度自计仪 温度自计仪 标准黑球温度计 热线风速仪 非接触式红外测温枪 红外热成像仪 DAVIS 气象站
仪器精度
采集频率 / min 采集方式
± 0． 5℃
5
自动
± 5%
5
自动
± 1． 5 ℃
5
自动
± 0． 2 m·s －1
5
自动
±2 ℃
30
手动
±2 ℃
30
手动
温度： ± 0． 5 ℃ ，风速： ± 5% ，相对湿度： ± 3%
有效的遮阳措施，避免受太阳辐射直接照射，能够 极大改善表面温度“过热”的现象．
图 7 2014 年 8 月 21 日不同下垫面逐时表面温度 Fig． 7 Hourly surface temperature variation of pavements on
August 21 in 2014
图 8 局部红外热成像图 Fig． 8 Local infrared thermograph
2． 4 下垫面表面温度与红外测试结果与分析
下垫面的表面温度不仅影响着人行高度处的 空气温度及相对湿度［11］，同时也会对人员热感觉
产生影响，表面温度越高，与人体热辐射交换越强 烈，对附近活动的人员舒适性影响越大［9］． 图 6 给
出了 2014 年 8 月 25 日 13： 00 不同下垫面表面温
图 6 不同下垫面表面温度比较 Fig． 6 Surface temperature variation of pavements
△取透水砖与草地的平均表面温度
第2 期
李丽等： 广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
51
度分布图，其分布趋势为木材 ＞ 深色涂料混凝土 ＞ 沥青 ＞ 白色阶砖 ＞ 植草透水砖 ＞ 草地． 从图 7 中清晰可见，各测点逐时表面温度差异很大，沥青 表面温度全天均最高、草地表面温度最低，两者最 大温差高达 27 ℃ ． 为了形象说明各类下垫面表面 温度的分布，图 8 给出了测试期间利用红外热成 像仪拍摄林荫道以及植草透水砖局部表面温度分 布． 从中可看出，植草透水砖中砖的表面温度与草 地表面温度差异明显，相差接近 12 ℃ ． 绿荫道表 面温度呈“上高下低”规律分布，处于树荫下的透 水砖表面温度相对较低，为 29． 5 ℃ 左右，比暴露 在阳光下的透水砖的表面温度低了近 21 ℃ ． 说明 了不同属性 的 下 垫 面 表 面 温 度 差 异 较 大，但 通 过
2． 5 PET 指标测试结果与分析 生理等效温度 （ Physiological Equivalent Tem-
perature，简称 PET） 是在慕尼黑人体热量平衡模型 （ Munich Energy Balance Model for Individuals，简称 MEMI） 中综合考虑了人员自身生理情况以及主要 气象的评价指标，定义为给定环境下的生理平衡温 度，其值等于典型室内环境下达到室外同等热状态 所对应的气温［12 － 13］． 目前 PET 被德国 VDI 3787［14］ 用以评估城 市 或 区 域 规 划 生 理 气 象 状 况，同 时 在 温带、热带等 地 区 被 广 泛 用 以 开 展 室 外 热 环 境 的 研究及评价工作，其研究表明，在城市中既有建筑 区域中复杂的遮阳条件下，PET 仍被证明能够准 确预测室 外 环 境 的 综 合 水 平［7］． 因 此，本 文 采 用 PET 指标对各测点的综合热环境水平进行评价． 通过 ＲayMan 计算软件［15］，分别输入温度、湿度、 风速、平均辐射温度、活动水平以及衣着等参数后 计算得到 PET，其中活动量按成年男子慢行，衣着 情况选取夏季典型服装热阻 0. 6 clo．
只受到太阳散射辐射照射，导致该处的 Tmrt 明显减 少，与其他测点相比最大偏差超过 20 ℃ ，且在测
试期间 Tmrt 变化幅度平缓． 可见，太阳直射辐射强 度对 Tmrt 的变化起到关键的作用，只通过改变硬质 下垫面属性或种植低矮草皮的方式来降低人行高
度处的 Tmrt 效果有限，高大乔木、凉亭等有效的遮 阳作用能减少太阳直射辐射，对于减小 Tmrt 作用 明显．
faces
温度 /℃
9： 00 ～ 11： 00
草地
31． 61
植草透水砖 31． 45
木质凉亭 32． 75
白色瓷砖 31． 96
混凝土
32． 24
树荫下
30． 63
11： 00 ～ 13： 00 33． 09 33． 66 33． 71 34． 2Βιβλιοθήκη Baidu 34． 12 32． 40
13： 00 ～ 15： 00 34． 63 35． 20 34． 75 35． 01 35． 55 33． 71
辐射强度以及综合热指标生理等效温度（ PET） ，最终获得了不同下垫面对热环境的影响程度． 结果表明： 缺少
有效遮阳的条件下，不同硬质地面上方的空气温度和平均辐射温度相差不大，但比树荫下分别高出了近 2. 4 ℃
和 20 ℃ ； 不同下垫面的 PET 分布趋势： 树荫 ＜ 木质凉亭 ＜ 草地 ＜ 植草透水砖 ＜ 深色混凝土 ＜ 白色瓷砖．
第2 期
李丽等： 广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
49
到 2. 4 ℃ ． 表 2 给出了在不同测试时间段各类型下 垫面上方平均空气温度的变化情况． 从表 2 可见，由 于反射率的不同，在大部分的测试期间，白色瓷砖 上方空气温度比深色涂料混凝土上方空气温度略
低； 草地由于具备蒸发降温的功能，减缓了表面温 度的上升（ 草地表面温度可达 40 ℃ ） ，最终使得草 地上方空气温度仅次于树荫下空气温度，植草透水 砖则介乎于草地与硬质地面之间．
从图 2 中可见，除出现短暂多云天气外，全天 表现为晴天，测试期间温度超过 30 ℃ ，辐射强度 最高超过 1 000 W·m － 2 ，风速分布较为均匀． 由于 各测点彼此 间 距 较 短，且 均 处 于 空 旷 的 广 场 或 场 地，因此本文 中 各 测 点 风 速 按 气 象 站 所 测 风 速 取 值． 而由于树荫道周边环境较为复杂，在测试期间 （ 2014 年 8 月 18 日和 8 月 21 日） 全天风速较低， 因此该处采用灵敏度更高的热线风速进行测量．
5
自动
图 2 2014 年 8 月 25 日气象条件 Fig． 2 Micrometeorological parameters on August 25 in 2014
50
广州大学学报（ 自然科学版）
第 14 卷
表 2 不同类型下垫面上方空气温度比较 Table 2 Average air temperature variation of underlying sur-
第 14 卷 第 2 期 2015 年 4 月
广州大学学报（ 自然科学版）
Journal of Guangzhou University（ Natural Science Edition）
文章编号： 1671-4229（ 2015） 02-0048-07
Vol． 14 No． 2 Apr． 2015
m） ，ε 为黑球吸收率（ 本文取 0. 95） ．
从封二图 5 可发现，硬质地面上方 Tmrt 最大， 其中白色阶砖上方 Tmrt 比深色涂料混凝土上方 Tmrt 稍大，这是由于白色瓷砖表面反射率相对较大，部
分太阳辐射经瓷砖表面反射后重新被黑球吸收；
草地以及植草透水砖上方的 Tmrt 相差不大，仅次于 硬质下垫面； 树荫与凉亭下由于在测试期间基本
2 测试结果与分析
2． 1 空气温度测试结果与分析 从封二图 3 中可见，测试期间内，绿荫道下空
气温度最低，变化幅度最小，且其峰值出现时间比 其余测点提前近 2 h，其余下垫面上方空气温度相 差不大，基本呈线性上升的趋势． 从总体上看，硬质 地面上方空气温度比植被下垫面偏高，这是由于硬 质下垫面长时间受太阳辐射直接照射，且不具备蒸 发降温功能，使得地表温度迅速升高，最终通过对 流、辐射等方式与近地面发生热传递，在风速偏弱 的情况下，造成该处空气温度偏高［8］，最大差值达
收稿日期： 2015 － 01 － 27； 修回日期： 2015 － 03 － 03 基金项目： 广东省低碳技术创新与示范重大科技专项资助项目（ 2012A010800048） 作者简介： 李 丽（ 1979 － ） ，女，讲师． E-mail： 56450981@ qq． com * 通信作者． E-mail： zhou_xiaoqing03@ 163． com
Tmrt = ［（ Tg + 273 ） 4 + （ 1． 10 × 108 v0． 6 ） （ Tg －
Ta ） / εD0． 4］1 /4 － 273
（ 1）
式中，Tmrt 为平均辐射温度，℃ ； Tg 与 Ta 分别为黑
球温度和空气温度，℃ ； v 为空气速度，m ·s － 1 ； D
为黑球半径，m； （ 本文采用标准黑球，直径为 0. 15
关键词： 室外热环境； 现场实测； 校园热环境； PET； 热舒适
中图分类号： TU 111． 3； TU 244． 3
文献标志码： A
室外热环境质量往往是人们考虑是否利用室 外空间的主 要 因 素，宜 人 的 室 外 热 环 境 能 够 鼓 励 人们积极参与室外活动，促进身心发展，文献［1］ 指出城市广场的人数随着热舒适状况的改善而明 显增加． 目前国内有关湿热地区室外热环境的研 究大多集中在城市内［2 － 3］，而关于校园室外热环 境的研究较少，且当中大多沿用单个或多个直接型 指标进行评价［4］，存有不足之处． 随着城市气候学 和生 物 气 象 学 的 不 断 发 展，SET* 、OUT _ SET* 和 PET 等基于生理学 － 热环境模型的室外热舒适评 价指标得到广泛的认可和应用［5 － 7］． 本文采用现 场实测的方式，选用 PET 室外热舒适评价指标对 广州大学校 园 夏 季 室 外 环 境 进 行 评 价，并 定 量 分 析室外主要 物 理 参 数 与 热 舒 适 性 的 相 关 性，指 出 了改善室外 热 环 境 的 有 效 途 径，以 期 为 校 园 室 外 热环境优化提供参考．
广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
李 丽a，b ，陈绕超b ，孙甲朋b ，王 伟b ，周孝清b*
（ 广州大学 a． 建筑与城市规划学院； b． 建筑节能研究院 / 广东省建筑节能与应用技术重点实验室，广东 广州 510006）
摘 要： 通过对广州大学夏季室外不同下垫面的环境变量进行测试，包括空气温湿度、风速、地表温度和太阳
测量参数 空气干球温度 空气相对湿度 黑球温度 风速 有面温度
室外气象参数
图 1 测点布置图 Fig． 1 Location and layout of the area investigated
表 1 测试仪器及精度 Table 1 Instruments used for measurement of micrometeorological parameters
15： 00 ～ 17： 00 35． 54 36． 04 35． 51 35． 81 36． 33 33． 69
2． 2 空气相对湿度测试结果与分析 封二图 4 表明相对湿度与空气温度呈负相关
的关系． 硬质下垫面上方空气相对湿度最低，树荫 下相对湿度最高； 而处于广场风向下游的凉亭由 于水面以及 植 被 的 影 响，空 气 湿 度 明 显 比 广 场 上 方的空气相对湿度高； 植草透水砖及草地上方相 对湿度基本一致． 2． 3 平均辐射温度（ Tmrt ） 测试结果与分析
1 实验测试基本情况
广州大学位于广州市番禺区大学城西南侧， 校园主要由生活区和教学区组成． 本次实验根据 校园下垫面 实 际 分 布 情 况，选 择 以 下 具 有 代 表 性 的测点进行测试，其周边情况见图 1．
实验选取了夏季典型天气 2014 年 8 月 18、21
及 25 日共 3 d，对广州大学室外热环境进行了测 试，测试时间为 9： 00 ～ 17： 00，所用测试仪器及其 性能参数见表 1．
测量仪器 温度自计仪 温度自计仪 标准黑球温度计 热线风速仪 非接触式红外测温枪 红外热成像仪 DAVIS 气象站
仪器精度
采集频率 / min 采集方式
± 0． 5℃
5
自动
± 5%
5
自动
± 1． 5 ℃
5
自动
± 0． 2 m·s －1
5
自动
±2 ℃
30
手动
±2 ℃
30
手动
温度： ± 0． 5 ℃ ，风速： ± 5% ，相对湿度： ± 3%
有效的遮阳措施，避免受太阳辐射直接照射，能够 极大改善表面温度“过热”的现象．
图 7 2014 年 8 月 21 日不同下垫面逐时表面温度 Fig． 7 Hourly surface temperature variation of pavements on
August 21 in 2014
图 8 局部红外热成像图 Fig． 8 Local infrared thermograph
2． 4 下垫面表面温度与红外测试结果与分析
下垫面的表面温度不仅影响着人行高度处的 空气温度及相对湿度［11］，同时也会对人员热感觉
产生影响，表面温度越高，与人体热辐射交换越强 烈，对附近活动的人员舒适性影响越大［9］． 图 6 给
出了 2014 年 8 月 25 日 13： 00 不同下垫面表面温
图 6 不同下垫面表面温度比较 Fig． 6 Surface temperature variation of pavements
△取透水砖与草地的平均表面温度
第2 期
李丽等： 广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
51
度分布图，其分布趋势为木材 ＞ 深色涂料混凝土 ＞ 沥青 ＞ 白色阶砖 ＞ 植草透水砖 ＞ 草地． 从图 7 中清晰可见，各测点逐时表面温度差异很大，沥青 表面温度全天均最高、草地表面温度最低，两者最 大温差高达 27 ℃ ． 为了形象说明各类下垫面表面 温度的分布，图 8 给出了测试期间利用红外热成 像仪拍摄林荫道以及植草透水砖局部表面温度分 布． 从中可看出，植草透水砖中砖的表面温度与草 地表面温度差异明显，相差接近 12 ℃ ． 绿荫道表 面温度呈“上高下低”规律分布，处于树荫下的透 水砖表面温度相对较低，为 29． 5 ℃ 左右，比暴露 在阳光下的透水砖的表面温度低了近 21 ℃ ． 说明 了不同属性 的 下 垫 面 表 面 温 度 差 异 较 大，但 通 过
2． 5 PET 指标测试结果与分析 生理等效温度 （ Physiological Equivalent Tem-
perature，简称 PET） 是在慕尼黑人体热量平衡模型 （ Munich Energy Balance Model for Individuals，简称 MEMI） 中综合考虑了人员自身生理情况以及主要 气象的评价指标，定义为给定环境下的生理平衡温 度，其值等于典型室内环境下达到室外同等热状态 所对应的气温［12 － 13］． 目前 PET 被德国 VDI 3787［14］ 用以评估城 市 或 区 域 规 划 生 理 气 象 状 况，同 时 在 温带、热带等 地 区 被 广 泛 用 以 开 展 室 外 热 环 境 的 研究及评价工作，其研究表明，在城市中既有建筑 区域中复杂的遮阳条件下，PET 仍被证明能够准 确预测室 外 环 境 的 综 合 水 平［7］． 因 此，本 文 采 用 PET 指标对各测点的综合热环境水平进行评价． 通过 ＲayMan 计算软件［15］，分别输入温度、湿度、 风速、平均辐射温度、活动水平以及衣着等参数后 计算得到 PET，其中活动量按成年男子慢行，衣着 情况选取夏季典型服装热阻 0. 6 clo．
只受到太阳散射辐射照射，导致该处的 Tmrt 明显减 少，与其他测点相比最大偏差超过 20 ℃ ，且在测
试期间 Tmrt 变化幅度平缓． 可见，太阳直射辐射强 度对 Tmrt 的变化起到关键的作用，只通过改变硬质 下垫面属性或种植低矮草皮的方式来降低人行高
度处的 Tmrt 效果有限，高大乔木、凉亭等有效的遮 阳作用能减少太阳直射辐射，对于减小 Tmrt 作用 明显．
faces
温度 /℃
9： 00 ～ 11： 00
草地
31． 61
植草透水砖 31． 45
木质凉亭 32． 75
白色瓷砖 31． 96
混凝土
32． 24
树荫下
30． 63
11： 00 ～ 13： 00 33． 09 33． 66 33． 71 34． 2Βιβλιοθήκη Baidu 34． 12 32． 40
13： 00 ～ 15： 00 34． 63 35． 20 34． 75 35． 01 35． 55 33． 71
辐射强度以及综合热指标生理等效温度（ PET） ，最终获得了不同下垫面对热环境的影响程度． 结果表明： 缺少
有效遮阳的条件下，不同硬质地面上方的空气温度和平均辐射温度相差不大，但比树荫下分别高出了近 2. 4 ℃
和 20 ℃ ； 不同下垫面的 PET 分布趋势： 树荫 ＜ 木质凉亭 ＜ 草地 ＜ 植草透水砖 ＜ 深色混凝土 ＜ 白色瓷砖．
第2 期
李丽等： 广州大学校园夏季室外热环境测试与分析
49
到 2. 4 ℃ ． 表 2 给出了在不同测试时间段各类型下 垫面上方平均空气温度的变化情况． 从表 2 可见，由 于反射率的不同，在大部分的测试期间，白色瓷砖 上方空气温度比深色涂料混凝土上方空气温度略
低； 草地由于具备蒸发降温的功能，减缓了表面温 度的上升（ 草地表面温度可达 40 ℃ ） ，最终使得草 地上方空气温度仅次于树荫下空气温度，植草透水 砖则介乎于草地与硬质地面之间．
从图 2 中可见，除出现短暂多云天气外，全天 表现为晴天，测试期间温度超过 30 ℃ ，辐射强度 最高超过 1 000 W·m － 2 ，风速分布较为均匀． 由于 各测点彼此 间 距 较 短，且 均 处 于 空 旷 的 广 场 或 场 地，因此本文 中 各 测 点 风 速 按 气 象 站 所 测 风 速 取 值． 而由于树荫道周边环境较为复杂，在测试期间 （ 2014 年 8 月 18 日和 8 月 21 日） 全天风速较低， 因此该处采用灵敏度更高的热线风速进行测量．
5
自动
图 2 2014 年 8 月 25 日气象条件 Fig． 2 Micrometeorological parameters on August 25 in 2014
50
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第 14 卷
表 2 不同类型下垫面上方空气温度比较 Table 2 Average air temperature variation of underlying sur-
第 14 卷 第 2 期 2015 年 4 月
广州大学学报（ 自然科学版）
Journal of Guangzhou University（ Natural Science Edition）
文章编号： 1671-4229（ 2015） 02-0048-07
Vol． 14 No． 2 Apr． 2015
m） ，ε 为黑球吸收率（ 本文取 0. 95） ．
从封二图 5 可发现，硬质地面上方 Tmrt 最大， 其中白色阶砖上方 Tmrt 比深色涂料混凝土上方 Tmrt 稍大，这是由于白色瓷砖表面反射率相对较大，部
分太阳辐射经瓷砖表面反射后重新被黑球吸收；
草地以及植草透水砖上方的 Tmrt 相差不大，仅次于 硬质下垫面； 树荫与凉亭下由于在测试期间基本
2 测试结果与分析
2． 1 空气温度测试结果与分析 从封二图 3 中可见，测试期间内，绿荫道下空
气温度最低，变化幅度最小，且其峰值出现时间比 其余测点提前近 2 h，其余下垫面上方空气温度相 差不大，基本呈线性上升的趋势． 从总体上看，硬质 地面上方空气温度比植被下垫面偏高，这是由于硬 质下垫面长时间受太阳辐射直接照射，且不具备蒸 发降温功能，使得地表温度迅速升高，最终通过对 流、辐射等方式与近地面发生热传递，在风速偏弱 的情况下，造成该处空气温度偏高［8］，最大差值达