《Sustainable Cities and Society》：Investigating the effect of emissivity of fully glazed fa?ade on outdoor thermal comfort in low to high urban canyon ratios
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提升城市户外热舒适性的幕墙发射率、峡谷形态与高度宽比影响研究。基于Adelaide极端季节日数据，通过ENVI-met模拟分析发现：高发射率幕墙冬季改善热舒适，夏季加剧升温；东西向和ESE-WNW峡谷形态导致最高温；高H/W比例（12:1）显著缓解夏季热应力，冬季则因低H/W（1:4）增强热舒适。研究证实低发射率玻璃幕墙与合理峡谷形态设计是改善极端气候下城市热环境的关键策略。
作者：Elham Sanagar Darbani、Ehsan Sharifi、Veronica Soebarto
澳大利亚阿德莱德大学建筑与建成环境学院
摘要
随着对城市热应激问题的日益关注，提高现有和未来城市环境中的户外热舒适度（OTC）变得尤为重要。全玻璃幕墙在澳大利亚建筑中越来越常见，但它们对户外微气候的影响仍缺乏研究。本研究探讨了玻璃发射率（0.84、0.5、0.3和0.07）、峡谷朝向（每30°）和长宽比（1:4至12:1）对南澳大利亚阿德莱德地区平均辐射温度（MRT）和生理等效温度（PET）的影响。使用ENVI-met（v5.6.1）软件中的验证模型，对2024年该城市最热和最冷的日子进行了168次模拟。研究结果如下：(1) 高发射率的幕墙会增加MRT和PET，尤其是在夏季。MRT对发射率的变化最为敏感，季节性变化会影响舒适度（18°C < PET < 23°C）。冬季，高发射率幕墙可改善OTC；而在夏季，低发射率材料能提升户外舒适度。(2) 东西向（E-W）和东南-西北向（ESE-WNW）的峡谷朝向会导致最高的MRT和PET值。(3) 在夏季，12:1的长宽比始终能提供最凉爽的热环境。这些发现表明，选择合适的幕墙发射率至关重要，但应用低发射率材料可以在所有长宽比和峡谷朝向情况下改善夏季的OTC。结果强调了幕墙材料（尤其是发射率）以及峡谷朝向在塑造户外微气候中的重要性，为气候敏感型城市设计提供了宝贵见解。
引言
提供热舒适度的开放空间是鼓励户外活动的关键，有助于提升城市的活力（Lai, Chen等人，2020；T.-P. Lin等人，2012）。研究户外热舒适度（OTC）的重要性已得到广泛认可（Baruti等人，2019）。随着极端高温事件的增加，OTC变得越来越重要，因为这些事件会对公众健康产生负面影响，并抑制户外体力活动。根据Gehl（2011）的分类，户外活动可分为三类：必要的、可选的和社交的。必要的活动如步行上班或上学、取邮件、遛狗或在户外工作通常是不可避免的，不受天气影响。可选活动如坐在公园里或休闲散步则依赖于良好的环境条件，在极端天气下会减少。社交活动，如儿童玩耍或人们在公共空间互动，也对环境质量非常敏感。温暖的天气会抑制这些互动，增加社交隔离的风险，尤其是对老年人的影响更大（Kafeety等人，2020）。因此，理解OTC对于设计包容性、热舒适且具有气候适应性的城市环境至关重要（Lai, Lian等人，2020）。
在各种建筑和城市形态参数中，建筑幕墙系统在塑造室内和室外热条件方面起着关键作用（Wonorahardjo等人，2022）。许多研究指出，改变表面材料属性是应对温度上升的关键策略（Rosso等人，2018；Taleghani，2018）。研究表明，提高幕墙反照率（表面反射能力）会因表面间的多次反射而增加户外平均辐射温度（MRT）（Taleghani等人，2014）。这引发了人们对幕墙反照率与OTC之间关系的兴趣，尤其是使用生理等效温度（PET）等指标进行探讨。例如，Lee和Mayer（2018）研究了德国一个城市峡谷中北向和南向建筑墙的不同反照率值（0.2至0.8）的影响。他们的发现表明，较高的墙反照率会导致MRT和PET升高，尤其是在北侧人行道上。较高的反照率主要归因于阳光照射的南侧墙体，这些墙体向北侧人行道发射更多的短波辐射（Lee & Mayer，2018）。类似地，阿根廷的一项研究（H/W比：0.3和1.5）发现，提高所有表面的反照率会导致MRT上升7%至36%，尤其是在夏季温暖的气候中（Alchapar & Correa，2016）。这些研究表明，城市峡谷中的MRT不仅取决于建筑幕墙的材料属性，还受朝向和峡谷几何形状等空间因素的影响。然而，目前仍存在一个关键空白：尚未有系统研究幕墙发射率、峡谷朝向和高度与宽度（H/W）比的变化如何共同影响全玻璃幕墙前的OTC。
H/W比和天空视野因子（SVF）对确定城市热条件至关重要。H/W比，也称为墙体因子，表示建筑的封闭程度，计算方法是建筑高度与街道宽度的比值（Oke，1988），而SVF描述了从地面可见的天空比例，包括建筑物、植被或其他城市元素（Lindberg & Grimmond，2011；Oke，1981）。这些参数在微气候研究中广泛用于评估白天和夜间的条件。同样，SVF与发射率之间的相互作用尚未得到充分理解，现有文献中存在理论和实证上的空白。
幕墙通常分为两类：(1) 透明或半透明的幕墙，其外部表面主要由玻璃或其他透光材料构成；(2) 不透明的幕墙，主要由混凝土、砖石或金属覆层等固体材料制成，通常带有独立的窗户开口（Aksamija，2013）。透明幕墙（如玻璃幕墙）会影响室内和室外热环境，通常是建筑热围护结构中最薄弱的环节，对冷却和加热需求有显著影响（Hart等人，2019）。发射率，即表面发射热辐射的能力（Barreira等人，2021；Romanovsky，2018），是这一领域中一个关键但研究不足的因素。调整发射率是对暖化城市气候的实际应对措施。
现有研究主要集中在评估玻璃幕墙对室内条件和建筑能效（Bahaj等人，2008；Hwang等人，2023；La Ferla等人，2020；Liu等人，2015）、地面表面（Tsoka等人，2017）或特定垂直表面的影响（Fabbri等人，2022）。相比之下，很少有研究探讨不同发射率的全玻璃幕墙在不同峡谷朝向和H/W比下的户外热条件影响。例如，Naboni等人（2020）分析了四个城市的情况，发现改变墙体的发射率和太阳反射率可以改变户外MRT。尽管如此，关于幕墙发射率及其对户外MRT的直接影响的研究仍不够充分。Fabbri等人（2022）使用ENVI-Met软件在意大利Cfb气候条件下，评估了多种多层多功能建筑幕墙材料（不同金属板、陶瓷和GRC面板，发射率范围为0.1至0.9）对户外微气候的影响。结果显示，发射率为0.9时，16%的区域的PET值为45°C；而发射率为0.1时，低于29°C的温度频率更高。尽管有这些发现，但双层玻璃幕墙（澳大利亚城市中最常见的隔热玻璃单元，AS1288，2006）对户外微气候的影响仍需进一步研究。
本研究旨在使用ENVI-met（
www.envi-met.info ）探讨不同发射率的全玻璃幕墙对南澳大利亚阿德莱德OTC的影响。模拟基于2024年最热的夏季（1月）和最冷的冬季（7月）进行。在Sanagar Darbani等人（2025）先前工作的基础上，该研究扩展了研究范围，探讨了幕墙发射率、峡谷朝向和多种H/W比的综合影响。本研究的主要目标是制定基于证据的城市围护结构策略，以在夏季和冬季极端季节条件下提高OTC。具体研究内容包括：(i) 不同发射率水平（0.84、0.5、0.3、0.07）对OTC的影响；(ii) 行人OTC在峡谷朝向和发射率变化下的差异（通过MRT和PET衡量）；(iii) 峡谷H/W比和幕墙发射率变化对OTC的影响。
方法论
本研究采用了一种结构化的、基于模拟的方法论框架，系统地研究了玻璃幕墙发射率对不同城市峡谷户外热舒适度的影响。该方法整合了城市形态定义、参数化情景开发、数值微气候模拟和后处理分析，以量化夏季和冬季典型条件下的MRT和PET变化。
结果
本节展示了研究结果，首先分析了发射率和H/W比变化对周围热环境的影响。随后比较了多个情景，评估了2024年夏季和冬季高峰期发射率和峡谷朝向对MRT和PET的影响。接着分析了六种峡谷朝向下的MRT和PET变化（S0°: N–S, E–W; S30°: ESE–WNW, NNE–SSW; 和 S60°）。
讨论
以往的研究主要关注玻璃反射率对周围城市环境的影响（Ishak等人，2021；Zhang等人，2024）；然而，本研究强调玻璃幕墙发射率对改善户外微气候同样重要。本研究探讨了不同H/W比、峡谷朝向和玻璃发射率对OTC的影响，通过12:00至18:00期间行人区域的MRT和PET进行了评估。
限制与未来研究
本研究聚焦于阿德莱德CBD的城市环境，考虑了N-S、E-W、ESE–WNW、NNE–SSW、ENE-WSW和NNE-SSE等峡谷朝向。因此，研究结果可能不适用于其他具有不同形态和环境特征的气候或城市类型。需要进一步研究以探讨玻璃幕墙发射率对其他地理区域和环境条件下的户外微气候的影响。
结论
本研究探讨了不同发射率值（0.84、0.5、0.3和0.07）应用于阿德莱德玻璃幕墙在夏季和冬季对MRT和PET的影响。研究强调了发射率、峡谷朝向和H/W比在塑造MRT和PET中的重要作用，揭示了发射率水平与热环境之间的明显相关性。研究使用了
未引用的参考文献
Despotovic等人，2016；Fiorillo等人，2023a；Jiang等人，2021；Johansson，2006a；Lin等人，2012；Matzarakis和Mayer，1996；Mosteiro-Romero等人，2020；http，http，http
CRediT作者贡献声明
Elham Sanagar Darbani： 撰写——初稿、可视化、验证、软件应用、方法论设计、数据分析、数据整理。Ehsan Sharifi： 撰写——审稿与编辑、验证、监督、概念构思。Veronica Soebarto： 撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
