第三章城市热环境

——伦敦

伦敦地区冬 季月均热岛强 度达到6.7℃ （12 F）
热岛强度
——事例
热岛强度——北京

北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬 季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导 致近年夏季热岛强度增加。
1983年1月26～27日
1982年7月
热岛模拟结果
北 京 某 新 建 小 区 的 热 岛 模 拟


合理使用人工铺装，不应超过功能所必须的面积；
合理利用风向风频，利于街区夏季自然通风。
城市规划中，应注意做好通风设计
城市总图布置中，应平均分配水体资源
不同下垫面对城市环境的影响
单元作业

选择校园或居住区的一块广场进行测试，分析不
同下垫面及周围环境对该广场微气候的影响，并 对该广场提出改善微气候的设计建议。
总规中的热岛环节措施
1、城市用地类型 —城市绿地系统规划 *严格控制绿化覆盖率
绿地率不得低于35%，宜大于40%。绿化覆盖率越高， 对热岛的缓解作用越明显。
—城市绿地系统规划
*合理规划绿地面积和形状
城市公园设计时，公园面积不得小于2公顷，易大于 3公顷，但单个公园不易过大，实行多公园分散布置。


城市潜热交换量主要包括水分的蒸发（或凝结）和地面的 升华（或凝华）。 城市中潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小。 城市中水分相变量大大小于郊区，潜热交换量也大大小于 郊区。原因是：


1、城市中不透水面积大； 2、城市水面的升华作用很小； 3、郊区有大片自然植被和人工种植的农作物。

城市覆盖层 城市边界层 城市羽尾层（市尾烟气层） 乡村边界层
城市热环境—基本知识
城市气候Fra Baidu bibliotek及的范围：

大气边界层：大气环流受到地表（下垫面）的
影响，形成的湍流（紊流）层；

城市边界层：城市区域的大气边界层； 城市覆盖层：城市下垫面为一立体化的下垫面
层，称其为城市覆盖层。
城市热平衡

城市（或城镇、工业小区）是具 有特殊性质的立体化下垫面层， 局部大气成分发生变化，其热量 收支平衡关系与郊区农村显著不 同。城市覆盖层可看作一城市 “建筑物——空气系统”
*大力发展公共交通体系

城市热岛对建筑热工设计的影响
城市热岛---气温升高、湿度降低 建筑保温设计更加容易； 建筑防热设计更加困难； 建筑防潮设计更加简单。

使围护结构内表面结露和内部结露的可能性减
少。
控制和减弱城市热岛的措施

控制城市、小区规模和建筑物密度； 加强绿化，保持市区有足够的蒸发面积；
3）蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小
蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
4）云和雾
城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾
5）降水
城市气候

1、城市气候 ——城市内部形成的不同于城市周 围地区的特殊小气候。

2、城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区 垂直方向：

（吸收系数接近1.0）；
城市建筑物对太阳辐射的反射
郊区对太阳辐射的反射
城市覆盖层净辐射得热量与郊区的差异

1、太阳直接辐射量减少，散射辐射量增加，总 辐射量减弱。 2、城市覆盖层表面对太阳辐射的反射系数小于 郊区。
反射系数大小取决于各个不同性质下垫面的反射率和

城市建筑排列的几何形状被反射率的影响。

3、城市覆盖层长波辐射热量交换损失小于 郊区
总之城市区域辐射得热量要大于郊区，这 是由城市区域立体化下垫面层及受污染的 大气所决定的
Qf --城市覆盖层内人为热释放量

城市覆盖层内单位面积上的人为热释放量 Qf远大于郊区，接近太阳辐射得热量。 人为热阻在城市热平衡中的地位将越来越 显示出其重要性。
大力推广屋面绿化、堡坎墙绿化、外墙绿化以及边坡
草坪绿化等绿化方式。
—增加湿地面积
离湿地中心越近温度越低，对湿地周围环境 具有明显的降温作用。因此，应该保留城市现有 的湖泊、河流等水域湿地，也可人工建设湿地。
2、城市布局

①在城市规划中对城市热气候环境进行评价和分区，设定 分区通风级别，确定各区的通风策略。 ②规划设计中应留出通风廊道，保留原生水系、山脉及其 走向。城市设计应结合邻近水体和坡谷地形，采用在建筑 上开口、底层架空等手段，有效利用海(水)陆风、山谷风 等局地环流，改善局部“风—热”气候。有江、河、湖、 海分布的城市，要充分利用江河湖海的风及水体降温增湿 特点，在沿岸留出足够的通道，形成“风道”，让风和水 汽通过“风道”吹进城市。
城市环境物理
第一章 城市热湿环境
本章主要内容

城市热环境基本知识
城市气候 城市热平衡 城市湿平衡

城市热岛效应
不同城市下垫面对环境的影响
城市大气逆温现象
城市气候的基本特征

1）辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛

2）风和湍流
城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风
城市热岛的平面分布
城市热岛的形成原因

1、城市日辐射得热量多；

2、城市立体化下垫面层比郊区自然下垫面层的热容量大；
下垫面：大气底部与地表的接触面

3、大气污染、二氧化碳层形成温室效应； 4、人为热量多； 5、蒸发散热量少，通过紊流输送给空气的显热比郊区大；
6、城市建筑物密度大，通风不良。
合理确定绿地斑块之间的距离，一般300~500m为宜， 协同周边乡村绿地构筑绿地网络。并且足够面积的绿地配 有一定的间隔对周边环境的降温最为有利
—城市绿地系统规划
*合理确定绿地布局和规模
应因地制宜，见缝插针，采用森林公园、生态廊道建
设、立体绿化、屋顶绿化的绿化的多样化绿化方式， 实现多层次绿化。
城市热平衡方程

城市热平衡是指城市覆盖层的热量得失
Qn+QfQhQe = Qs
式中： 1、Qn --城市覆盖层内净辐射得热量； 2、Qf --城市覆盖层内人为热释放量； 3、Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量； 4、Qe --城市覆盖层内的潜热交换量 5、Qs --城市覆盖层内下垫面层的储热量。
城市热岛形成的外部条件：

天气形势须稳定，气压梯度小，风速微弱 或无风，天气晴朗无云或少云，空气层结 比较稳定。
城市热岛的特征
城市热岛是指温度的差异，与温度的绝对 值没有直接关系； 城市规模越大，人口越多，密度越高，热 岛效应越强； 热岛效应随季节和地区的不同而不同； 热岛效应白天弱、夜间强； 晴天无风时强、阴天风大时弱。

人口在城市的集聚造成城市空间规模的扩大，增加了城市 空间内部自然通风的难度。因此，需要合理控制城市人口 规模及城市空间规模，特别是空间上连续的建成区的规模。
—城市交通规划 *合理规划路网密度和布局
*采用透水性沥青路面，降低沥青路面温度，减弱沥青路面 辐射强度，从而缓解城市热岛现象。
*提高道路绿化水平


③城市布局可以采取集中与分散、组团式多中心 相结合的布局，将城市规划成扇形等不规则形状， 其间镶嵌农田、绿地，这要比大片集中的城市更 利于通风降温。 ④要合理布局城市建筑物，要特别控制城市上风 向的建筑高度和密度，防止因建筑过高和过密对 风的阻挡导致大量热量和温室气体的滞留。

—控制人口和规模
Qn—城市覆盖层内净辐射得热量
Qn=Is• + •IB-Ig
Is – 太阳辐射强度 -- 覆盖层等效表面对太阳辐射的吸收系数 IB – 天空大气长波辐射强度 -- 覆盖层等效表面对大气长波辐射的吸收系数 Ig -- 覆盖层等效表面的长波辐射强度。
城市净辐射得热量的变异
城市覆盖层内的净太阳辐射得热量大于郊区

四、热岛对城市环境的影响

1、形成热岛环流—在大天气系统风速较弱情况 下，形成乡村-城市间的低速环流；

2、影响城市区域的降水量和空气湿度—雾多云 多，降水增加（但空气相对湿度依然较低）
3、酷热天气日数增多，寒冷天气日数减少。

城市热岛对城市环境的影响
热岛效应还会导致热岛环流的产生。 在市中心气流辐合上升并在上空向四周辐 散，而在近地面层，空气则由郊区向市区 辐合，形成乡村风，补偿低压区上升运动 的质量损失。 这种环流可将在城市上空扩散出去的大气 污染物又从近地面带回市区，造成重复污 染。 当天气系统主导的本地风速极小时，热岛 环境表现得更为明显。
城市热岛（urban heat island）

同一时间，城市气温比郊区高；越接近市中心，气温越高； 其等温线图类似于“海岛”的等高线图。把这种温度分布 现象称为“城市热岛”效应。 热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m 高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃

城市热岛的剖面分布
热岛强度
测试下垫面类型：草坪、水面、混凝土地面、天然土
壤地面、树荫下、建筑阴影区

作业要求：2号图纸一张
时间：2周
热环境规划与微气候设计

城市热岛的形成机理
城市人口与热环境

土地利用类型与热环境

城市下垫面与热环境

建筑模式与热环境
小区内建筑物的密度和布局

人为热排放与热环境
住宅部分 交通部分 新陈代谢

Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量
对流换热量主要包括热力紊流（大于郊 区）和机械紊流（由大气系统风力引起机 械紊流而产生的由城市向郊区的热量传 递）。 1、风速较大时，与郊区相差不大； 2、风速较小时，小于郊区。
Qe --城市覆盖层内的潜热交换量
潜热交换量包括水分的相变吸（放）热和 植物光合作用吸热； 城市覆盖层内的潜热交换量： 1、雨后大于郊区； 2、正常情况：远远小于郊区； 3、总量：小于郊区（不同地区有差异）。