[论文分享]Influence of Local Microclimate Conditions on Indoor Thermal Comfort: The Example of Historical Urban Structure Located in the Central Part of Lodz (Poland)

📃 基本信息

中文标题：局部微气候条件对室内热舒适的影响——以波兰罗兹市中心历史城区为例
原文标题：Influence of Local Microclimate Conditions on Indoor Thermal Comfort: The Example of Historical Urban Structure Located in the Central Part of Lodz (Poland)
期刊信息：MDPI (2026), Published: 27 January 2026
作者：Anna Dominika Bochenek, Katarzyna Klemm, Konrad Witczak（罗兹理工大学）
DOI：10.3390/en19030662

📌 文献摘要

气候变化的持续推进与建筑形态共同作用，塑造了建成区独特的微气候特征，而这对研究建筑能耗与室内热舒适具有根本性意义。目前大多数动态能耗模拟研究所采用的气象输入数据，均来自郊区气象站，这一做法可能导致显著的预测偏差。本研究的核心目标是将两种模拟工具相耦合——ENVI-met 用于预测历史建筑群周边的微气候条件，DesignBuilder 用于评估室内热舒适——并通过三类气象输入数据（实地测量数据、郊区气象站数据、典型气象年 TMY 数据）对比分析输入条件对模拟结果的影响。结果表明，以实测城市中心数据作为边界条件时精度最高（MAPE = 0.6°C，RMSE = 0.7°C）。在此基础上，研究进一步评估了一栋既有住宅建筑客厅的热感觉，以操作温度作为热舒适评价指标。引入真实城市气象输入显著提升了室内舒适度模拟的可靠性，为历史住宅建筑的热韧性规划提供了更为准确的决策依据。

📚 深度总结

建筑能耗与热舒适模拟的准确性，在相当程度上取决于气象输入数据与真实城市微气候的吻合程度。然而，这一问题在工程实践中长期被视为次要议题——郊区气象站数据或典型气象年（TMY）文件被默认为”够用”的输入来源，研究者甚少追问它们与城市中心实际热环境之间究竟存在多大的偏差。本研究正是要回答这个被回避的问题。

波兰罗兹市中心是一片 19 世纪建成的密集历史街区，其建筑形态以 Art Nouveau 联排住宅为主，开发强度高、绿化覆盖率低。这类建筑既不满足现代保温标准，又因文物保护法规而难以实施大规模改造，处于”高热脆弱性、低改造弹性”的双重困境。城市热岛效应（UHI）在这样的密集街区中尤为突出：研究援引的文献数据显示，城郊温差在夜间可达 3–6°C，极端情况下超过 12°C。若以郊区气象站数据驱动室内热舒适模拟，系统性低估过热风险几乎是必然结果。

研究在罗兹大都市区一条典型街道峡谷（Jaracza/Piotrkowska 交叉口附近）部署了 8 个测点，于 2021 年 7 月 6 日连续采集全天温度、湿度数据，使用 Testo 410-2 便携气象仪（精度 ±0.5°C）。所获数据既用于验证 ENVI-met 数值模型，也作为后续模拟的第一类气象输入。ENVI-met（版本 4.4.5）被用于重建街道峡谷的三维微气候场，模型网格分辨率为 1×1×1 m，共 262×105×30 个网格单元，建筑材料参数来源于当地文物保护机构的档案数据。模型以 2021 年 7 月 6 日的实测数据驱动，并与郊区 Lodz-Lublinek 气象站数据及 TMY（2007–2021 年基准期）进行三路对比。

验证指标采用 MAPE 和 RMSE 双重评估，前者对相对误差更敏感，后者对绝对偏差的量化更稳健，二者并用有助于规避单一指标的表达盲区。在获得微气候模拟结果后，研究提取建筑立面处（住宅楼层高度）的逐时温湿度数据，输入 DesignBuilder 模型，评估一栋历史住宅客厅的室内操作温度，依据 EN 16798-1:2019 标准计算自适应热舒适的 I–III 类阈值。DesignBuilder 模型参数基于档案资料还原：外墙为三层砖砌体（20 mm 水泥灰浆 + 580 mm 砖 + 20 mm 石膏），双层玻璃窗（U 值 1.4 W/m²K，SHGC 0.6），自然通风换气率随室外温度动态调整（白天峰值约 6.5–7 ach）。

三类输入数据的模拟精度差异显著。实测数据驱动的 ENVI-met 模型 MAPE 为 0.6°C，RMSE 为 0.7°C——在 CFD 城市微气候模拟中属于相当高的精度水平。郊区气象站数据的误差则跃升至 MAPE 6.0°C、RMSE 4.0°C；TMY 情景误差更大，MAPE 5.9°C、RMSE 6.3°C。最高气温偏差的本质在于 UHI 效应：实测数据下街道峡谷下午 2 时的气温达到 32.8–36.8°C，而郊区站与 TMY 情景仅为 26.3–30.5°C，差距接近 6°C。这一偏差被直接传导至室内热舒适评估：在实测（RMS）情景下，室内操作温度从清晨约 28°C 攀升至午后 30–31°C，全天始终处于 EN 16798-1 第二类舒适区间内但临近上限；在 TMY 情景下，室内操作温度仅在 25–26°C 之间波动，对过热风险的估计偏乐观约 3–4°C。

这项研究的实际意义超出了单纯的方法论讨论。对于历史建筑存量的节能改造规划而言，若底层气象输入存在 5–6°C 的系统性偏差，则围护结构热工性能优化、被动降温措施效果预测、乃至夏季过热风险评估都将建立在失真的前提之上。研究的建议是建立城市局地气候区（LCZ）的微气候修正系数体系：针对不同形态的城市区块，在郊区气象站数据的基础上叠加修正系数，从而在不进行全面实地观测的条件下获得更接近真实的城市中心气象参数。研究仅覆盖 2021 年 7 月 6 日这一天的晴热天气，属于典型夏季极端热压力情景，冬季供暖场景下 UHI 效应的方向和量级可能有所不同，本文未作分析。ENVI-met 模型的矩形网格约束导致弯曲街道、斜角建筑等几何特征需要近似处理，且太阳辐射修正系数全天采用固定值，无法捕捉过云遮蔽的动态变化。研究案例仅限于一条峡谷形态和一个方向朝向，能否推广至罗兹乃至更多历史城市的其他峡谷类型，有待进一步验证。

本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。

🔍 要点追溯

研究方法：实地测量驱动的 CFD 微气候模拟（ENVI-met）与建筑能耗/热舒适模拟（DesignBuilder）双工具耦合，结合三类气象输入数据（实测、郊区站、TMY）的对比验证分析。

使用工具：ENVI-met 4.4.5（三维微气候 CFD 模拟）、DesignBuilder（室内热舒适评估）、Testo 410-2（现场气象参数采集）；热舒适评价标准 EN 16798-1:2019。

数据来源：2021 年 7 月 6 日罗兹大都市区典型街道峡谷 8 点实地测量数据；郊区 Lodz-Lublinek 气象站同日数据；2007–2021 年基准期典型气象年（TMY）；建筑构造参数来源于罗兹市古建筑保护机构及测量中心档案。