上海世博会场地公共空间  降温设计的研究

林选泉   刘月琴  发表于《建筑学报》2010/07   上海世博会辑

摘要：上海世博会场地公共空间面临高密度人流以及极端炎热的天气的考验，降温的基本目的在于改善人体舒适性。本文以世博会浦东11地块场地这一典型的高密度开放空间为例，研究基于人体舒适度模型，通过对影响人体舒适度的4个因子的分析，通过选择合理的降温技术，设计合适的降温设施，进行合理的空间布局，通过改善场地使用人群的体感舒适度，实现世博场地的人性化使用。

关键词：上海世博会  场地设计  高密度  开放空间  降温设施  人性化

Study on Cooling Design of Public Space, Shanghai World Expo

Abstract: The open space of Shanghai World Expo faces the high-density flow and the test of extreme hot weather. Therefore, the primary aim of site cooling is to improve the human comfort. The sites of 11 blocks Pudong, Shanghai World Expo for example, through the analysis of 4 factors based on human comfort model, the aim of this research is to improve the human comfort and achieve the humanized use of site by choosing a reasonable cooling technology, designing appropriate cooling facilities and reasonable spatial layout.

Key words: Shanghai World Expo; Site design; high-density; Open space; Cooling facilities; Humanization

 引言

不论是商业步行街、交通集散广场、集会庆典广场还是举办奥运会、世博会等重大城市事件的场地多以高密度人流使用的大面积广场空间为主。在夏季高温天气人们常常会感到极端的不舒适。因而，如何解决场地的降温问题成为提高环境舒适度的关键。

2010年上海世博会浦东场地设计主要包括园区内246个外国国家馆、国际组织馆展区内所有的广场体系、绿地体系、高架体系、配套设施体系等，而其中的广场系统是核心与重点，也将是大流量人流集中使用的地方(如图1)。本文正是以其中具有典型的样板空间――11个地块为例，探讨如何进行降温设计。

1 上海世博会场地应对降温的要求

1.1高密度人流压力

根据预测，整个世博会日均客流量为40万人次，高峰日客流量为60万人次，极端高峰日客流量为80万人次。由于展馆和配套设施等建筑的面积是固定的，据测算容纳的人数大概在10多万人左右，那么高峰时候的人流大部分将由场地公共空间来消化。以高峰日客流量为例，取同时在场系数0.7，将有30多万人分布在外部公共空间，世博会开放空间用地为197hm²,人均室外场地为6m²,极端高峰时公共空间面临的人流压力将更巨大^［1］，所以世博场地公共空间以铺装平地为主。

上海世博会展会时间为2010年5月1号到10月31号.梅雨季节在6月中旬7月上中旬表现为温高湿大。7、8、9月为高温月份。夏季持续时间一般140天以上，以2008年为例：5月20日入夏，10月11日入秋，夏季持续时间144天^［1］（表1）。

2 基于人体舒适度的世博场地降温原理

面对世博场地公共空间高温、高密度人流的双重挑战，在场地降温设计中，单纯把目标放在如何降低温度上，不是解决问题的关键所在。场地降温的根本目的是在于提高人体舒适度。人体舒适度的气象影响因子包括气温、相对湿度、风和热辐射。

根据夏季上海市的人体“气象舒适度指数”模型^［2］：

SSDI=1.8T+0.145RH(1.8T-26)+a(T-33) +0.134S+27

RH—空气相对湿度，%；

T—环境温度，℃；

V——风速，m/s；

S——日照小时数，取为6.7；

a——夏半年风向修正系数，取为0.1；

上海夏季5～8月中旬，人体舒适度指数平均在80～85之间，炎热不舒适。

基于人体舒适度模型，从温度、热辐射、湿度、风速四个因子着手，由于世博场地公共空间温度和辐射强度的指数最高，所以提高世博场地人群的体感舒适度的主要途径包括：

1)降低环境温度

    降低空气温度是最直接有效的改善人们体感舒适度的方式，在夏季的世博场地，若能使局部空间的环境温度降低3－5度，可以极大改善参观游客的体感舒适度。

2)减弱热辐射

这种热辐射包括太阳辐射以及地表辐射。总而言之，随着辐射强度的增加，使人感觉舒适的温度可以相应降低。例如关于太阳辐射与人体舒适性的研究表明：当相对湿度为 70%，太阳辐射强度为 0w/m2 时，舒适温度的最低值为20℃；若湿度不变，太阳辐射强度加大到300 w/m2，舒适温度的最低值为17℃^［3］。

3)减少空气湿度

在高温天气下，空气湿度的增加会加强人体的不适感，所以在进行世博场地降温设计时，当室外空气温度很高时进行降温设计应尽可能不增加湿度。

4)适当增加风速

当气温低于皮肤温度时,风能使机体散热加快。有研究表明，风速每增加1m/s，会使人感到气温下降了2—3℃。风越大散热越快，温度越高、湿度越大，通风就越重要。即使温度有点偏高，但由于风的存在增加了皮肤的蒸发，所以也会使人感觉舒适^［3］。

3世博场地公共空间降温系统设计

在世博场地开放空间中，降温系统的布局直接关系到场地的降温效果，主要有绿地，广场和高架系统三部分降温系统来组成（如图2）。

3.1 绿地本身的降温功能

场地中的绿地分为楔形绿地和广场绿地。根据相关研究表明^［4］表明，在上海城区夏季，林地和廊道具有明显的遮荫，降温和增湿的作用，对小气候的调节作用最佳。并且表明其灌木盖度越大，空气温度越高，乔木冠层越高，空气温度越低。

其中在世博场地规划之初，就在沿东西方向延伸的各个地块，设计了垂直于黄浦江的南北向的楔形绿地，其作用在于起到引风廊的作用。为了强化这种效果，在本次设计中采用上层乔木呈规则阵列式，下层草坪的做法，除了达到比一般乔灌草三层种植形式温度低，同时还满足人的短时停留和人流引导功能。但在实际中，绿地在场地中所占的比例较低，占11地块总面积中的7.6%，且均为临时绿地，种植周期短，绿地主体的楔形绿地无法在世博期间形成大的上层遮荫冠，还常常需要为空间不足的配套设施所侵占。广场空间绿化主要采用可移动式的盆栽，只能起到点缀环境，烘托氛围的作用，在场地降温中起不到主要作用，所以场地降温中主要采用人工降温技术来实现。

3.2 结合降温设施的广场系统降温

在仅考虑温湿条件下的人体舒适度的研究也表明^［4］：广场为裸露地，在夏季吸收的太阳辐射和温度都很高。人处在广场上较为不舒适。广场的空气温度与广场面积和平均风速呈显著负相关：广场越小，空气温度越高；风速越高，空气温度越低。

世博会场地外部公共空间中，无论是五大洲主题广场还是大小不一的展会广场，它们都是由展馆围合而成的中小型广场，广场大多以硬质铺装为主，也不能设置水体（尤其在一些个热门馆区域）。广场的太阳热辐射较其它类型空间大、空气温度明显偏高。在夏季持续的高温天气下，提高广场人群的体感舒适度是本次世博场地降温设计的重点。

3.2.1 基于人体舒适度改善的降温技术选择

目前世界上成熟的降温技术主要有两种：1）高压喷雾技术，2）低压两相流喷雾技术。通过两者的技术比较（如表2），结合以上对影响人体舒适度的四大因子的比较进行综合考虑，在世博浦东11地块场地设计中，主要选择采用低压两相流喷雾降温技术对广场系统环境空间进行降温。

表2：两种降温设施技术比较

通过试验表明，低压喷雾点周边降温效果能达到5－6℃，其水、电能耗都在可控范围之内。水雾粒径控制在40～80微米，可部分沉降到地表和人皮肤上，减少热辐射，同时可在降温覆盖区域内人工送风（风速范围1-8m/s），使游人的体感舒适度增加，减少或避免中暑的发生（如图3）。

3.2.2降温设施布局

降温设施的布局直接关系到场地的降温效果，实验表明，遮阳设施下的场地降温效果明显好于太阳直射下的场地降温效果（如图4）。尤其是针对场地大流量的步行人群，在动态条件下、较短距离内体表温度的感知对人的热感影响最大，所以提高广场步行人群的体感舒适度，减低环境温度和减弱热辐射两个方面影响最大。依据人体舒适度模型，为了减弱热辐射对舒适度的影响，以达到良好地降温效果，喷雾降温设备宜结合遮阳设施布置。世博场地设计中，降温设施布局方式主要有以下几种：

1）结合广场休息区设置

在广场核心区旁，结合集中成片的“固定遮阳伞”和“移动树阵”构成广场“遮阳休憩空间”，结合低压喷雾设备进行降温。其喷雾设备对于于上述两种空间模式，分别采用“悬挂式”和“立柱式”（如图5）两种。

其中悬挂型终端结合附着物主要应用广场带遮阳棚的休憩空间（如图6）。立柱型终端主要应用于带移动树阵的休憩空间和演艺空间中的观演区。由于场地中的广场空间可以分为一般的展会广场和五大洲主题广场，其中的5大洲主题广场同时承担了对五大洲主题演绎的要求，为了实现喷雾终端与遮阳棚的钢结构立柱理想衔接，注重遮阳设施主题的形体设计（如图7），如：用“竹伞”呼应亚洲“内敛含蓄”的大洲性格以及“河流竹林”的自然环境特征，用“雨叶”呼应美洲“雨林湖泊”的自然环境特征,用“茅屋”呼应非洲文化，在传达大洲文化印象同时，考虑低压喷雾终端的悬挂，实现技术与艺术的融合。

在该人群驻留空间布置固定式喷雾降温终端，方便集中供水、供电，水泵和管路可以隐藏，只留喷雾终端在地表。降温终端可以摆动运动，其摆动范围为0~350°，旋转摆动速度为0-90°/s，摆动范围和速度可随时调整（如图8）。送风口风速限定在8-10m/s。悬挂式喷雾终端降温范围3-4m，立柱式喷雾终端降温范围6-8m。

2）结合广场通过性空间设计

采用低压可移动式喷雾降温设备，当行走的成年人群以0.9-1.4m/s 的平均步速行进，可以感受到步行引导区内1～8m/s的人工风速，水雾蒸发吸热降低局部环境温度3-5°，裸露皮肤的平均液体沉降<5ml/min，100米引导区行走获得的液体量<6ml,并迅速蒸发，没有增加湿度，不会产生不适感。

考虑在广场上人群行走方向的不确定性，降温设备的布置也无法确定，只能选择在人流较为密集的广场通过性空间结合移动式遮阳设施布置喷雾终端设备(如图5)，使其成为喷雾降温覆盖的降温通道。移动式喷雾降温设备布置方式：单排（6m宽）遮阳伞形成的线性通道，沿长度每隔10～12m单侧布置一台降温设备；双排遮阳伞形成的线性通道，也是每隔10~12米两侧交错各布置一台降温设备。

同时应对特殊情况下的人流高峰，在世博场地后期运营管理中可根据人流集中情况、场地状况、气象条件变化等灵活布设和增减移动式喷雾终端，作为补充和应急，最大限度实现人性化管理。

3.2.3降温设备终端单体设计

   喷雾降温终端设计以“圆融”为理念，采用简洁的球体和柱体来演绎。出风口装饰纹样采用距今四千多年前仰韶文化马厂遗址中的陶器上的“回字体纹样”：立杆式降温终端采用“传统四连回纹样”，悬挂式降温终端采用“传统圆形回纹窗纹样”。降温终端色彩主体上采用白色，仅在出风口的纹样部位饰以“中国红”，与中国馆形成呼应。通过符号、色彩、形体的对比整体上达到“传统与现代的统一”。（如图9）

另外，移动式喷雾降温设备采用“大象喷水”这一仿生设计做到“技术与艺术的统一”。

该降温设备终端设计也成为此次开放空间降温设计中的亮点。

3.3高架步道下空间结合高压喷雾降温

贯穿于世博场地主要东西向的高架步道是世博场地人行交通二层干道，平均宽度为30多米，高度为5米，高架下的空间遮阳效果好，除了交通功能外，也适于作为休息空间。结合高架下的步行通道顶棚，东西向每2米一个，南北向每1米一个高压喷雾点，并适当利用加风装置，在高架底下形成荫凉的通道。

4 世博场地降温数据统计

在世博场地降温设计中，通过布置喷雾降温设备，在室外场地形成了一定面积的降温区域，同时尽量结合通过降低热辐射而改善人体舒适度的遮阳设施来达到降温效果（如图10），世博场地11 地块中各类降温面积指标所示（如表3）： 

表3 世博场地11地块各类降温面积统计表 （单位：平方米）

图10：浦东场地公共空间中的喷雾降温设备与遮阳系统结合

5．运营反馈

上海世博会场地降温系统需要 “弹性设计”，建设期间根据人流预测和场地空间特征，预先设计布局好主要的降温系统，剩下部份需要在运营期间根据现场实际情况进行调整补充。通过4月份世博的试运营与近2个月的正式运营，喷雾降温确实起到了作用，并且受到人们的欢迎（如图11）。同时根据现场的人流特征与实际情况，世博场地遮阳降温设施也在动态调整，目前增设了2000把3M×3M的可移动遮阳伞，在相对比较热门的沙特、德国、英国、法国等33个外国国家馆的排队等候区内增设带降温设备的固定遮阳棚。  

致谢

文中有关喷雾实验数据是与镇江同盛环保设备王坚伟和江苏大学王军锋博士合作完成，实景照片由林选泉拍摄。感谢团队成员在降温专项中的贡献。

项目支撑：上海世博会（浦东园区）场地设计（国际竞标第一名中选方案）

          上海世博会浦东临时展馆及配套设施项目景观设计（第一名中标）

参考文献：

［1］刘月琴，林选泉.中国2010年上海世博会场地公共空间设计策略[J].中国园林，2010：29-33.

［2］刘梅，于波.人体舒适度研究现状及其开发应用前景[J].气象科技，2002(2)：11－14.

［3］Paul Gut,Dieter Ackerknecht. Climate Responsive Buildings:appropriate building construction in tropical and subtropical regions [M].SKAT，Switzerland，1993：42.

［4］曹丹，周立晨等.上海城市公共开放空间夏季小气候及舒适度[J].应用生态学报，2008（19）： 1797-1802.

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作者介绍：

刘月琴/女/1978年/同济大学建筑与城市规划学院博士研究生/研究方向生态规划与景观设计理论与实践

(上海 200092 liuyueqin999@163.com)

林选泉/男/1978年出生/上海浦东建筑设计研究院有限公司景观规划设计研究室主任/天津大学建筑学院硕士研究生/研究方向景观规划设计与城市设计

（上海 201204  linxuanquan@163.com）

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