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摘要：城市化在给经济带来高速发展的同时，高楼林立、错综复杂的城市道路以及频繁的人类活动也严重影响着城市地区的天气与气候。地表原有植物覆盖面的自然下垫面被砖石、水泥等坚硬密实、干燥不透水的建筑材料所替代，工业生产、道路交通以及人类生活所排放出的大量热量，使人们越来越无法忽视城市热岛现象给城市带来的影响。严重的城市热岛效应不但影响了人们的正常生活和工作，还成为人们生活质量进一步提高和城市进步发展的制约因素。
关键词：热岛模拟；绿色建筑；PKPM-HeatIsland；绿色建筑
0 前言
热岛现象是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，是城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。
建设项目场地内的热环境不仅和气流流动有关系，同时还和建筑周围的辐射系统有关。受建筑设计中建筑密度、建筑材料、建筑布局、绿地率和水景设施等因素的影响，室外气温有可能出现“热岛”现象。“热岛”现象在夏季的出现，不仅会使人们高温中暑的机率变大，同时还促使光化学烟雾的形成，加重污染，并增加建筑的空调能耗。
合理地建筑设计和布局，选择高效美观的绿化形式（包括屋顶绿化和墙壁垂直绿化）及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。因此在方案及设计阶段，应对建设项目场地内的热环境做出评价，分析场地内部是否存在严重的热岛现象。
1 PKPM-HeatIsland软件介绍
1.1基于AutoCAD的通用建模平台
PKPM-HeatIsland软件基于AutoCAD的通用建模平台，支持建筑群建模，可与常见模拟分析软件实现模型共享，可直接读取BDL、bdls、stl、天正、revit、犀牛等模型格式；用户通过项目信息设置、模型建立、专业设计、计算与优化、生成报告书五个步骤就可以快速完成区域热岛模拟分析工作。
1.2专业全面的模拟参数
绿色植物有增加湿度、降低温度的作用，其通过蒸腾作用把根系从土壤中吸收的水分散发到空气当中，提高空气的湿度。同时，绿色植物，特别是乔木，其树冠表面的叶子可吸收70%左右的太阳光，将20%的太阳光反射回去，透过树冠的太阳光线只有10%左右，起到了明显的降温功能，从而达到对“城市热岛”现象的抑制和改善作用。
在该软件中，我们可以统一设置区域建筑的绿化带，也可以为每一片绿化带设置植株类型与种类。如Fig.1所示。植株的大小、枝叶的疏密度等，均对室外风环境及热环境产生直接影响。
Figure 1 单独设置绿化植株类型与种类
1.3城市热源设置
城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动车辆，这些机器和人类生活活动都消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间，大量热量的聚集，是出现“城市热岛”现象的主要原因。
在进行热源设置这一环节当中，需要设置建筑、水体、道路、高架桥、铁路、路堤广场、设备、停车场等实体的直接发热量或蓄热后的散热量。
二、案例分析
2.1 模型简介
本文以某实际住宅小区项目为研究算例，该住宅小区地处城市中心地段，是一个集住宅和商铺为一体的高档智能化大型生态社区。该小区周边交通方便，小区景观层次分明，设置有旱地喷泉、景墙、太极广场、儿童乐园等设施。图Fig.2示出了该住宅小区的平面示意图。
Figure.3只保留建筑模型 Figure.4保留建筑模型与绿化
为了体现绿化及周边建筑对城市热岛模拟的影响，下面将分别以“只保留建筑模型”（Fig.3）、“保留建筑模型与绿化”（Fig.4）两种工况进行模拟计算。
2.2模拟初始条件
一般在进行热岛效应模拟时，业界流行做法是选择夏季的一个典型时刻进行模拟计算。热岛模拟分析软件PKPM-HeatIsland为用户默认设置工况为夏至日下午两点时刻，本次模拟以此工况进行计算。表1为本次模拟计算的初始条件。
Figure 5工况1.温度云图
工况2——保留建筑模型与绿化
Figure 6工况2 温度云图
由Fig.5、Fig.6可以看出，工况1场地内室外大部分区域平均温度在34.9~36.05℃之间，建立绿化后，工况2场地中间区域温度在34.25~35.83℃之间，相比于工况1建立绿化设施之后，场地内室外平均温度明显降低。
2.3.2 建筑迎风面和背风面温度云图
由建筑迎风面和背风面温度云图可以看出，工况1的建筑外表面温度在35.4~39.8℃之间。在建立绿化后的，工况2目标建筑外表面温度在32.0~34.5℃之间。结合工况1建筑迎风面、背风面温度云图，可以清晰地判断出，工况1建筑室外平均温度明显高于工况2建筑室外平均温度。
由表2及表3可以看出各工况下的场地内温度及热岛强度统计数据：通过建立绿化，工况2的场地内平均温度比工况1降低0.8℃，即热岛强度降低了0.8℃，带来的直接收益就是满足标准限值要求。
3 结论
通过对某实际住宅小区进行热岛模拟，在不改变当地气象条件、建筑表面材质以及城市下垫面材质的前提下，我们发现，仅建立目标建筑时场地内平均温度较高，而在此基础上不改变其他因素，通过建立小区内的绿化设施，使得小区内热岛强度下降了0.8℃，满足《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014要求。
由此，我们可以得出以下结论：
（1）目前绿建咨询行业中区域热岛模拟时，只建立建筑模型的方式是不合理的，不能如实的反映项目场地内温度场分布的实际情况；
（2）绿化设施对降低城市热岛效应有着显著的作用，可以通过种植灌木丛、绿化带、草坪及乔木等绿化，通过合理规划，建立城市绿色走廊，改善城市气候；
（3）改变建筑表面材质会对围护结构的热工性能产生影响，从而会改变建筑的空调能耗与采暖能耗，而建立绿化设施所需代价则相对降低很多。因此，通过建立、优化绿化设施使得项目满足绿色建筑评价要求，可以为建筑设计师提供一个很好地借鉴思路。
（4）规划不合理的建筑布局，会使空气流场出现“峡谷风”现象，造成局部风速加大，并出现旋涡区，空气流动性变差。
论文作者:刘剑涛,惠全景
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/29
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