浅析江南古典园林空间的微气候营造——以瞻园为例

2017-06-20 23:24:36

熊瑶 / XIONG Yao金梦玲 / JIN Meng-ling

摘要:以瞻园为例,探究江南古典园林空间中,与微气候环境密切相关的风速、温度、湿度等一系列气象元素的分布情况。在遵循气候适应性理念基础上,研究并归纳各要素密度、布局形式以及要素间的组合方式与冬季增温、避风、增湿,夏季降温、通风等微气候营造的关系,从而更加科学地解读传统私家造园对微气候环境优化和改善的具体理法,尤其为夏热冬冷地区城市小尺度开放空间的布局设计及空间组织提供设计策略和科学依据。

关键词:风景园林;微气候;瞻园;江南古典园林;空间形态;气候适应性

文章编号:1000-6664(2017)04-0035-05

中图分类号:TU 986 文献标志码:A

收稿日期:2016-08-10; 修回日期:2016-12-13

基金项目:国家自然科学基金青年项目(编号51408316、31300590)资助

Abstract: This study takes Zhan Garden as an example to research the climate factors including wind speed, air temperature, and humidity in the space of Jiangnan classical garden. The paper researches and summarizes the quantitative relationships between the micro-climate construction and landscaping design factors in the perspective of density, combination mode, and layout pattern to provide a more scientific understanding of the traditional private gardening methods on the aspects of optimizing and improving the micro-climate, such as increasing the temperature, reducing the wind speed in winter, increasing the humidity, reducing the temperature, being well ventilated in summer and so on. Moreover, the work of this investigation makes it possible to offer the design strategy and reference to urban small-scale open space design on layout and spatial organization, especially in the hot-summer and cold-winter zone.

Key words: landscape architecture; micro-climate; Zhan Garden; Jiangnan classical garden; space form; climate adaptability

从哥本哈根到华沙,联合国气候变化大会一路走来,将公众的目光不断引向气候变化及环境保护问题。当前城市受建筑密度、人为热源和下垫面结构等因素的影响,风热环境日益恶化。与此同时,微气候环境质量的下降又迫使城市居民更多依赖于人工封闭环境,而这种依赖性无疑又将加剧城市的整体能耗。因而如何通过有效的环境设计策略,充分利用现有自然资源和气候条件来改善和优化城市微气候环境,是实现城市可持续发展的重要前提之一。近年来,在这一领域,各大建筑院校、独立研究中心及众多学者对气候与建筑及城市之间的关系,以及城市微气候的现场实测方面进行了大量研究,总体而言,成果主要集中于三大方面:1)宏观层面的城市热岛强度评价与优化;2)中观层面针对城市街区的人体热舒适度评价;3)微观尺度的建筑能耗预测与优化。这些研究都旨在总结安全、健康、舒适等不同层次的城市空间环境特征,从而通过城市形态设计改善和优化城市微气候环境[1-7]。在中国,古典园林中的叠山理水很早就开始强调气候的营造,舒适宜人的微气候环境不仅有益于植物生长,也利于园居和游园活动的开展。尤其是中国的江南地区,夏热冬冷,因其独特的气候特点既要满足夏季防热要求,又要兼顾冬季保温,因而使得该地区的建筑与园林更能体现出对气候的敏感性和应变性。本文以南京瞻园为例,分析其冬、夏两季微气候特征,旨在更加科学地解读传统造园对微气候优化和改善的具体理法,为现代城市中小尺度园林设计与建设做出一些有益的尝试。

1 瞻园微气候现场实测

笔者于2016年1月19—21日,8月11—13日对瞻园内微气候进行了现场实测,通过测试空气温度、相对湿度、风速等气象参数,分析其变化规律,同时利用邻近气象站站点(南京小西湖小学气象观测站)监测数据作为对比参数,探讨微气候特征与园林要素及空间布局之间的关系。

1.1 测试场地概况

瞻园自明代开园至今,已有600余年的历史,是南京仅存的2座古典园林之一,素有“金陵第一园”的美誉。瞻园现有面积约20000m2(含北部扩建区域),共有大小景点20余处,测试场地以瞻园中西部区域为主,该区域虽历经沧桑,但仍保留了一部分明清的山、池、建筑规模,具有一定的古典园林基础[8],是全园的精华所在。

1.2 测试内容

现场实测主要以定点观测为主,在瞻园内各测试点设置DHM2A通风干湿表(精度为温度:≤±5%;湿度:≤±3%(30%~99%),≤±5%(10%~30%),从10:00—16:00整点测量并记录距地1.5m处的空气温度(Ta)和相对湿度(RH);同时,采用流动观测的方法,使用FYF-1三杯风向风速仪[精度:±(0.3+0.03v) m/s]观测每小时不同测点合理人行高度处的风速(WS)。

1.3 测试点设置

本研究按照封闭性、半封闭性和开敞性3种类型对瞻园空间进行分类,以便对同类型空间进行比较,探究其气候适应性设计理法。笔者共在研究区域内布置测点10个(图1),主要考察山石、水体、植物、建筑等园林要素不同的组合方式对微气候因子的影响,各测试点的设置情况及参数如表1所示。

图1 测试点分布图(作者改绘自《江南理景艺术》)2 实测结果分析2.1 空气温度

将瞻园内各测点测试日内10:00—16:00的空气温度实测值进行整理分析,得到同一时段园内各测点与气象站监测数据之间平均空气温度的差异(图2、3),通过比较可以得出如下结论。

在冬季,对空气温度优化效果最明显的测点是一览阁南面檐下,16:00之前,此处温度均远高于气象站的观测温度。其次是临水的几个测点,如北假山南面石矶及北部平台、观鱼亭、静妙堂南面水榭等,这些测点温度表现稳定且高于气象温度,而静妙堂北面测点一天中大部分时间气温较低,但也高于气象温度。在夏季,西假山山洞内热舒适度最佳,最高可降温4.0℃,其次是静妙堂南面水榭和籁爽风清堂庭院,北假山北部平台和盆景园温度始终最高,大部分时段接近甚至高于气象温度。

2.2 相对湿度

研究表明,空气湿度对热感觉、热可接受度、热舒适和闷热感等人体热反应有显著影响[9]。相同气温下,相对湿度增加,人体表面温度会随之升高,换言之,湿度可以加重热感觉。因此适宜的相对湿度(40%~60%RH)能提升人体热舒适度,是研究热环境不可忽视的要素之一。将瞻园内各测试点相对湿度平均实测值与城市气象数据进行对比(图4、5),可以得出如下结论。

在冬季,扇亭及北假山北部平台的相对湿度最优,静妙堂北面、一览阁较次。同等条件下,周围植物组团多的测点如西假山山洞、籁爽风清堂庭院等相对湿度高于植物覆盖面积少的场地;临水的测点如观鱼亭、静妙堂南面水榭、北假山相对湿度高于距水体较远的测点。而自午后12:00起,园内几乎所有测点对相对湿度均有优化效果且数值趋于稳定。在夏季,西假山山洞内相对湿度均远高于气象湿度,硬质铺装占多数的一览阁檐下及盆景园相对湿度偏低。总体而言,园内几乎所有测点大部分时段相对湿度数值均处于45%~60%,变化较为缓和,且没有形成明显的“湿岛”。

2.3 风速

当空气流动时,风速越大,人体的热量散失越快,因此风的大小一定程度上决定了人的体表感知温度。而风速与风向可以通过空间结构的变化来调控,是风景园林气候适应性设计中的关键因子。由于风速是瞬时数值,因此主要将园内各测点风速平均值与气象数据进行对比分析(图6、7),可以得出如下结论。

在冬季,庭园内各测点的平均风速均明显低于气象站的观测风速,除几乎无风的西假山山洞外,对风速优化效果最佳的测点为静妙堂南面水榭,优化最高可达1.7m/s。此外,空间围合度高的籁爽风清堂庭院以及周围植物、山石等园林要素丰富的扇亭测点对风速的优化效果高于空间围合度低的测点,如静妙堂北面场地、北假山北部平台等。在夏季,地势较高的北假山风速始终最高,环境相对封闭的西假山山洞和籁爽风清堂庭园风速最低。

3 瞻园内空间单元与微气候关系分析

园林中山、水、植物、建筑等园林要素的组合与搭配可以形成不同的空间单元,对微气候的调节与营造影响各异。根据上文的研究成果,笔者从每一种空间类型中提取出对冬、夏两季微气候改善效果最佳的几个空间单元作进一步分析,探究其营造理法。

3.1 封闭性空间单元分析

3.1.1 西假山山洞

西假山山洞属于山石结合植物的空间单元。此处山体位于瞻园西侧,面积约1000m2,临池一侧由湖石堆叠,顺山脊南北两侧为石阶,拾级而下右侧有一山洞,山洞面积约10m2,高约2m,周围密植香樟、槐树等高大乔木,东北侧丛植10余株岁寒古梅,洞口附近由孔隙率较低的灌木植被围合遮挡。

在冬季,由于山石堆砌及洞外密集的植物栽植,构成了山洞内密闭的空间环境,测量过程中风速恒定为零,加之土壤隔热的气候优势既满足了冬季保暖控温的需要,又隔绝了洞外噪声。而在炎热的夏日,山洞削减掉大部分太阳辐射,加之山石自身的物理性质比热容小,山洞内外会产生较大的温差,当空气温度处于适宜范围时,湿度对人体热感觉的影响较之高温环境就不那么明显了。因此虽然山洞内相对湿度值高达75%~90%,也可使洞内维持较为舒适的热感受。3.1.2 籁爽风清堂庭院

籁爽风清堂庭院是建筑、山石、植物、水体相结合的空间单元,位于瞻园南部,面积约320m2,其中建筑占地约112m2,檐高3.9m。院南端为缀满爬山虎的假山,高3~4m,山北有一20m2小池,东西两侧是5~6m高的围墙,墙外植有高大的落叶乔木,院内则散植低矮灌木如南天竹、雀舌黄杨等以及柽柳、桂花等小乔木。

三面围合的墙体与山石具有强烈的分隔性,冬季有效阻隔了园外嘈杂的声浪并形成风障。同时院内铺装为石材与沙土结合的花街铺地,具有良好的透水性和保温性,石材铺地吸收太阳辐射多、升温快,可使空间增温。此外,小水池与植物结合亦可将庭院空间的湿度维持在舒适的范围(图8)。而至夏季,外围高大密集的落叶乔木能够营造大面积的林荫,有效降低太阳辐射对该空间的作用,加之水池蒸发消耗部分热量,使院内气温远低于院外温度。

3.2 半封闭性空间单元分析

3.2.1 观鱼亭

北水池位于瞻园西北部,水面开阔近似方形,面积约360m2。观鱼亭坐落在其东岸,占地约12m2,檐高3m,临水而建,适合赏景观鱼。观鱼亭西北面为高约8~9m的北假山,山上植有大量高10余米的乔木。

北假山及其上的高大乔木可阻挡冬季干冷的北风,减少空气流动,维持园内的温度和湿度。处于背风区范围内的观鱼亭在太阳高度角小的冬季,可以发挥纳阳功能,提升其内部空间的温度。反之,在夏季,亭内日晒时间短,檐下较凉爽,遮阳效果好,又因其结构通透,位于夏季通风廊道上,使人感到微风拂面、沁人心脾;在冬季水面结冰,冰面反射阳光,又利于周围环境的增温(图9)。

3.2.2 扇亭

扇亭形如扇面,檐高2.5m,面积约10m2,是建筑结合山石、植物的空间单元。它位于横贯南北、高约10m的西假山顶端,占据了全园制高点,通透性强,周围林木葱郁,群植有高度12m以上的香樟、女贞、法桐、槐树等乔木。

在冬季,迎风坡栽植的常绿乔木将扇亭掩映其中,高密度的植物配置构成了建筑外围的保护层,利于降低风速,又有保暖挡风的作用。在冬季阳光的直射下,山石缓慢释放出吸收的热能从而调控周围温度,制造温暖的感受。在夏季,浓郁的树荫能够遮挡大部分的太阳辐射,植物的蒸腾作用可以提升空气湿度,从而营造大面积的阴凉空间(图10)。

图8 籁爽风清堂庭院冬季微气候改善分析图(作者改绘自《江南理景艺术》)

3.2.3 静妙堂南面水榭

主体建筑静妙堂将瞻园分为南、北两大空间,堂南接水榭及大小二水池。水榭南北宽3m,檐高4m,至南池四周树木环合,南池面积约160m2,池南紧邻南假山绝壁,山高7~9m,距水榭约22m。假山上绿化覆盖率约为70%,丛植黑松、铺地柏,间以红枫、樱花,池畔溪涧栽有花草藤萝。南假山运用穹窿结构原理,在石壁上构成壁龛形似溶洞,视之深邃莫测,山上设人工瀑布,水帘垂于洞口[10]。

水榭北侧由静妙堂形成冬季风障,同时水榭内阳光照射时间长,发挥了增温作用,营造出温暖的纳阳空间,加之南水池冰面反光增温,是天然的温度调节剂。而至夏季,由于水的比热容大,使周边空气增温速度减缓,加之水体蒸发带走热量又起到了降温的作用,而假山上的瀑布不仅能增强水景的观赏效果,还可以促进空气流动,水从高空溅落产生的水声亦可掩盖园外的噪声。此外,高低错落的置石结合幽蔽的洞龛,其间的空隙不仅利于植物和微生物的生长,还能加快空气流速,营造降温、增湿、降噪等多种微气候效果(图11)。

3.3 开放性空间单元分析

3.3.1 盆景园

盆景园位于瞻园中部,北靠一览阁水院、南临籁爽风清堂,东、西、北三面由高2.7m的长廊及墙体围合,南端为5~8m高的树丛,北部有一条东西向园路,中心为面积约730m2的草坪区(图12)。

开敞的草坪便于纳阳,冬季阳光直射利于场地升温,周围植物和墙体可以分隔空间、挡风控温,贴近墙缘的绿植在夏季可以吸收过强的太阳辐射,阴雨季节亦可吸收水分,保护墙体不受损坏。此外,东西走向的园路既与夏季主导风向成45°夹角,利于通风,又与冬季主导风向垂直,可以最大限度地减少北风的影响,而三面长廊又可遮风避雨。但由于此处大部分区域无植被遮挡,水平面上受日晒影响大,故其夏季的逐时温度始终最高,尤其是午后远超出人体体感舒适度范围。因此该空间在夏季属于穿行空间,不宜长时间逗留,或在廊下进行以“赏”为主的相对静态的活动[11]。

3.3.2 北假山北部平台

北假山位于瞻园北部,是山石、水体结合植物的开放性空间单元。山体由形态多变的太湖石堆成,留有若干明代手法,如临水有石壁,下有石径;山中有谷,谷上架旱桥;山顶有平台等。山后植有青桐、法桐、女贞、罗汉松等高10余米的大乔木,山前藤萝掩映,点缀低矮灌木。山南池水环抱,水面约470m2,广阔、明镜般的水面与池周山林、建筑交相辉映,成为全园水景中心[8]。 作为全园主体景致,北假山“水南山北”的特点对微气候营造起着主导作用(图13)。一方面,水、气的比热差异,使得水体及其周围环境具有冬暖夏凉的特征;另一方面,北假山地势较高,空气流通,湿度的垂直递减,能有效缓解夏季闷热[12]。冬季,山北的植被不仅增加了山体遮挡的垂直高度,也与假山组合抵挡了大部分干冷的北风,风从这道绿色屏障经过还会夹杂着水汽,利于园内控温增湿,此时假山平台作为抬升的水平界面能够接纳更多的太阳辐射,增温加快,配合其后的垂直界面,在冬日便可成为良好的避风、纳阳的活动空间。而当气温降至0℃以下,结冰的水面还能反射阳光,抬升周围气温。

在夏季,水体结合风的流动可降温、增湿,收集雨水、涵养水源;临水石矶在摇曳的树影下可以迎接掠过水面的东南风,使游人感到凉爽舒适。山石营造出背阴空间,使山北的园路成为夏季良好的遮阴步行空间,此外高密度的绿植也有效地阻隔了园外城市道路的噪声和尾气污染。

4 讨论

通过实测不难发现,在以瞻园为例的江南古典园林中,叠山理水、植物配置以及亭廊构建均对微气候环境的营造有着切实的考虑。虽然在当代城市建设和居住方式的特点下,传统园林庭园空间不再具有广泛性,但其所蕴含的气候适应性设计理法(表2),对将那些散落在钢筋混凝土森林中碎片化的户外空间营造成健康舒适的都市绿洲,无疑有着启示作用。

注:文中图片除注明外,均由作者拍摄或绘制。

图13 北假山微气候改善分析图参考文献:

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[13] 王欢.北京传统庭院空间中微气候营造初探[D].北京:北京林业大学,2013.

(编辑/刘欣雅)

作者简介:

熊瑶/1983年生/女/四川成都人/博士/南京林业大学艺术设计学院讲师/研究方向为风景园林规划与设计(南京 210037)

金梦玲/1992年生/女/江苏常州人/南京林业大学艺术设计学院在读硕士研究生/研究方向为城市景观设计(南京 210037)

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