潘沿晓

(西南交通大学，四川 成都 611756)

1 概述

庭院是建筑外部环境与室内环境的中介空间，是建筑常用的共享空间，是人们活动和交流的重要场所。庭院独特的建筑形式形成了独立的微气候空间，良好的微气候环境可以激发人们使用庭院的意愿[1]，能促使人们走出室外，亲近自然，对促进人们的身心健康和营造健康城市具有重要意义。

庭院的空间形态布局对于其微气候中的热环境具有重要影响。本文从庭院几何形态、下垫面类型、景观要素方面梳理了庭院空间形态对热环境的影响的相关研究，并对后续的研究方向提出了建议。

2 几何形态对热环境的影响

2.1 庭院方向

庭院方向可以影响太阳辐射的有效接收，从而对热环境产生影响。不同的庭院方向布局由于所形成的阴影不同，所获取到的辐射有所差异。E-W方向布局的庭院阴影最小，得到太阳辐射的时间最长，N-S方向的则相反[2-4]。阴影的形成巧妙避开了太阳辐射，在夏季有利于形成热舒适度较好的区域。E-W方向的阴影最小，热舒适性最差[4]。对于气候炎热干燥地区，应谨慎采用这种方向的布局。

2.2 庭院形状

庭院的几何形状对其热环境起着决定性的作用[5]。现有的研究大多聚焦于庭院平面边长的相对长度比例。研究发现，在夏季，庭院的窄长形式被认为是影响夏季凉爽程度的主要因素[6]。在冬季，当南北向边长较长，东西向边长较短时，可以增加向阳面从而促进太阳辐射的接收[7]。总体来说，庭院的边长比例主要是对夏季形成的阴影和冬季太阳照射区域产生显著影响。为了在冬季和夏季让庭院对辐射的吸热和散热都能取得较好的平衡，Muhaisen认为可以采取纵深相对较长的布局形式，该形式既可以在冬季减少热损失，又可以在夏季减少辐射[8]。

2.3 庭院界面

庭院界面的围合度直接影响了庭院的遮阳、通风和对流换热，需要针对实际的地域气候和季节情况对以上因素进行评估，从而合理控制界面的围合度。界面的围合度可以影响白天的遮阳和夜晚的散热，当庭院围合较密时，在白天遮阳效果较好，夜晚由于其散热受到的阻碍较大，保温效果较好[9，10]。但许多研究也表明围合度较高的庭院可能会导致自然通风状况不佳并降低热舒适[9]，因此部分研究者比较研究了半开敞庭院与封闭庭院的热舒适性。对于炎热潮湿的气候地区，主要是通过增强通风来提高热舒适，半开敞庭院形成的交叉通风确实比封闭庭院形成的热压通风的热舒适性好[11]。但在炎热干燥的气候区，许多研究认为遮阳才是影响热舒适的最主要因素，当开敞庭院通过开口通风时，对夏季庭院的遮阳不利，外部的热空气和辐射会往庭院内部渗透，增加了内部的空气温度和辐射温度，热舒适性比封闭庭院差[4,12]。同时，当开口较高即开敞部分的界面较高时，热量和辐射的渗透更多，庭院更不舒适[4]。

2.4 庭院构件

庭院的遮阳构件能有效改善庭院的热环境[9]，特别是在炎热的夏季，庭院的热舒适性主要取决于太阳辐射的照射情况，遮阳是改善热舒适的最佳手段[4，13]。在庭院增加厦房和廊檐等构件能有效遮挡太阳辐射，改善夏季的热舒适[4,6]。

2.5 庭院深度

庭院的深度影响着太阳辐射的接收和遮蔽。Al-Hafith等[14]对影响庭院遮阳的形态设计因素进行了整合研究，发现庭院高宽比(H/W)是影响庭院遮阳的最重要因素[8]，当H/W越大时，遮阳面积越大，可见深庭院形式的遮阳效果最好[15]，在夏季有利于降温，适用于改善气候炎热且夏季不适地区的热环境，而且这种改善效应是较为稳定的[16]。同时，深庭院形式在冬季还可以提高温度(见图1)[17]。但较大的H/W可能会阻碍太阳辐射的接收，因此深庭院形式并非适合于所有的气候地区。研究发现，对于温暖炎热地区，H/W宜在4∶5～5∶5之间，即可以采用较深的庭院；而对于寒冷地区，H/W宜在3∶5～4∶5之间，以便在冬季获取辐射和夏季遮挡辐射中更好地平衡，在两季都获得较好的热性能[16]。

3 下垫面类型对热环境的影响

下垫面是指与大气下层直接接触的地球表面，大气圈以地球的水路表面为其下界，成为大气层的下垫面[19]。下垫面描述的是地形、地质、土壤和植被等地球表面特征，在城市中多用来描述地表材质方面的特征，如岩石、土壤、水面和植被等。由于不同的下垫面在反射率和比热容属性等方面存在差异，庭院下垫面类型对热环境产生一定影响[19]。对于硬质铺砖，不同颜色材质的比热容和反射特性有所差异，红砖的升温和降温都比白瓷砖快，但是白瓷砖的反射辐射能力较强，因此红砖在遮阳较好的庭院中能使地表升温较慢，降温较快，而白瓷砖在较大的庭院中能将较多的辐射反射回天空，使得地表吸收到的热量较少[9]。相比于硬质铺装，裸露土壤等软质地表能降低庭院的空气和表面温度并提高热舒适度[2]。

4 景观要素对热环境的影响

绿化水景的布置对热环境具有较显著的影响。在夏季，绿化能有效降温，在冬季，水景热稳定性较好，对环境气温具有保温作用[20]。水面的布局形式差异对热环境也有影响，分散布置的多处较小面积的水面，比集中大面积的水面的降温效应更明显[3,9]。树木通过遮阳和蒸腾蒸发等显著改善热舒适性[6]。Shashua-Bar L发现在遮阳网格(遮阳量相同)的前提下，相比于草地，树木的降温效应更明显[21]。

5 结论与展望

本文从庭院几何形态、下垫面材质、景观要素方面梳理了庭院空间形态对热环境的影响的相关研究，庭院几何形态涉及庭院方向、界面、形状、深度等，下垫面类型涉及硬质和软质材质，景观要素涉及绿化水景，热环境涉及热物理要素(气温、地温等)与热舒适等。但作者认为，还存在有以下不足以及后续可进一步研究的方向：

1)上述研究的思路大多是通过研究庭院形态对遮阳和通风的影响，进而探讨对热环境的影响。研究中大部分体现的是遮阳对于改善热环境的贡献，然而对于通风贡献的体现则相对较少。

2)庭院相关形态指标的影响研究仍需拓展，目前的研究大多只涉及了庭院长、宽、高等简单单一指标的研究，而对于复合指标(如宽度与长度比(W/L)、天空视域因子(SVF)、几何形状系数等指标)的研究鲜有涉及且不够系统，对于多个指标的综合影响的研究更是较为有限。

3)庭院的空间形态可能会对遮阳、通风和对流换热等产生相反的影响，如庭院围合度较高时，有利于遮阳但对于通风不利，因此在后续研究中需要因地制宜地进一步研究如何在其中寻求平衡，探讨最适宜的形态布局方式。

4)对于不同气候地区和功能类型的庭院，对热环境品质的需求可能有所差异，因此可对庭院进行更细致地分类研究，更有针对性地探讨庭院空间形态对热环境的影响。