鄒敏+譚興晏+朱旭東+艾麗皎

作者簡介：鄒敏（1986—），女，四川錦陽人,助理工程師,碩士,主要從事城市生態(tài)學(xué)研究。中圖分類號(hào)：S731.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944(2014)05003103

1引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加劇,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,城市生態(tài)環(huán)境問題日益突出［1］。屋頂綠化泛指在各類建筑物、構(gòu)筑物的頂部以及天臺(tái)、露臺(tái)上進(jìn)行綠化,可緩解城市土地緊張、擴(kuò)大城市綠地面積,是改善城市生態(tài)環(huán)境的有效措施之一,也是建筑節(jié)能減排的最佳途徑之一［2］。它不僅能有效緩解城市熱島效應(yīng)、降低建筑物能耗［3~5］,還能增添城市景觀,使建筑物與環(huán)境更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一［6,7］。

由于綠色植物本身對(duì)太陽輻射具有反射和遮擋的作用,可使到達(dá)地面的太陽凈輻射急劇降低,單片葉子所接受的可見光大約75%被吸收,15%被反射,只有10%左右可透射［8］。研究表明,屋頂綠化對(duì)環(huán)境的改善有著明顯的作用［9~11］。屋頂綠化是冬暖夏涼的“綠色空調(diào)”,夏季可最大程度降低屋頂表面溫度15℃、室溫2.0~2.4℃,午后極端高溫時(shí)降溫作用可達(dá)到6℃;冬季綠化后的屋頂室內(nèi)溫度比普通屋頂室內(nèi)溫度高4.2℃［12］。有資料表明:夏季辦公樓室內(nèi)溫度每降低1℃,一般的空調(diào)器可減少5%~10%的用電量［13］。楊志強(qiáng)［14］等對(duì)長沙市校園樓房立體綠化的研究結(jié)果表明:降溫節(jié)能效果立體綠化<屋頂灌木綠化<屋頂草坪綠化<裸屋頂,3種綠化方式比裸屋頂降溫節(jié)能分別為40.4%、34.4%和31.4%［15］。隨著低碳城市和節(jié)能環(huán)保的推廣,屋頂綠化在城市中的應(yīng)用越來越受到重視。目前,有關(guān)屋頂綠化的經(jīng)營方式和植物的科學(xué)配置等方面的研究較多,但對(duì)屋頂綠化的建筑室內(nèi)產(chǎn)生降溫作用的研究還較為鮮見。本研究通過對(duì)綠化、未綠化屋頂室內(nèi)溫度進(jìn)行同步定點(diǎn)觀測,比較不同類型屋頂綠化建筑室內(nèi)的降溫效果,并計(jì)算出節(jié)能效益,對(duì)于重慶市進(jìn)一步推廣城市屋頂綠化具有積極意義。

2材料與方法

2.1試驗(yàn)地點(diǎn)概況

本試驗(yàn)選擇了重慶市園林局辦公樓、重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院辦公樓為研究對(duì)象(表1)。

表1調(diào)查樣地建設(shè)概況

觀測點(diǎn)市園林局市園科院建筑樓層4層4層建筑年代2008年2010年屋頂綠化年代2008年2013年屋頂綠化類型花園式簡單式屋頂綠化建設(shè)面積400m2500m2主要植物種類天竺桂、桂花、假檳榔、三角楓、臘梅、山茶花、棕竹、海桐、梔子、紅檵木、紅背桂、八角金盤、花葉良姜、十大功勞、杜鵑、結(jié)縷草紅葉景天、綠葉景天

2.2調(diào)查內(nèi)容和方法

2.2.1觀測點(diǎn)設(shè)置

花園式屋頂綠化室內(nèi)溫度觀測點(diǎn)選擇在市園林局辦公樓花園式綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層),并選擇其未綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層)設(shè)對(duì)照觀測點(diǎn);簡單式屋頂綠化室內(nèi)溫度觀測點(diǎn)選擇在重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院辦公樓簡單式綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層),并選擇其未綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層)設(shè)對(duì)照觀測點(diǎn)。

2.2.2觀測方法

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測采用testo 174H自動(dòng)溫濕度儀,觀測時(shí)將自動(dòng)溫濕度儀安裝在平穩(wěn)的三腳架上,測點(diǎn)高度均為距地面1.5m高處。試驗(yàn)選擇在植物降溫效果最為明顯的夏季7月10~12日進(jìn)行3次重復(fù)觀測試驗(yàn),觀測日均為晴朗高溫、無風(fēng)或弱風(fēng)(風(fēng)力小于三級(jí))的天氣條件。觀測時(shí)間從早上9:00到下午17:00,在觀測時(shí)間段內(nèi)對(duì)試驗(yàn)組和對(duì)照組各觀測點(diǎn)進(jìn)行同步測定。自動(dòng)溫濕度儀設(shè)置每隔5min記錄1次,將每個(gè)正點(diǎn)和半點(diǎn)前后5min記錄的溫度數(shù)據(jù)平均后作為各正點(diǎn)和半點(diǎn)的溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.2.3試驗(yàn)儀器

testo 174H自動(dòng)溫濕度儀(溫度測定范圍為-40~85℃,精度為0.01℃)。

2.2.4數(shù)據(jù)分析

在本研究中選用Microsoft Excel 2007分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析,并作圖?；跀?shù)據(jù)處理結(jié)果,將各重復(fù)試驗(yàn)的溫度相加后取平均值,分析并比較出不同類型屋頂綠化的建筑節(jié)能效益。

3結(jié)果與分析

3.1不同類型屋頂綠化日變化規(guī)律

本試驗(yàn)分別將每個(gè)調(diào)查樣地3d內(nèi)同一時(shí)刻的氣溫加以平均,算得各樣地不同時(shí)刻的氣溫,并進(jìn)行比較分析(如圖1)。由圖1可以看出每個(gè)調(diào)查點(diǎn)室內(nèi)的溫度日變化規(guī)律,室內(nèi)溫度隨著時(shí)間的推移呈先逐漸上升后下降趨勢,在15:30時(shí)溫度均達(dá)到最大值。由圖可得,測量所得到的室內(nèi)溫度均較高,3種類型屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度變化有顯著差異,代表裸露屋頂類型的室內(nèi)溫度變化劇烈且較其他類型均偏高。代表裸露屋頂?shù)膬蓚€(gè)樣地室內(nèi)最高溫度分別是:37.92℃、39.97℃,平均溫度分別為:35.12±3.02℃、36.67±3.36℃;簡單式屋頂綠化室內(nèi)最高溫度35.41℃,平均溫度33.31±2.07℃;花園式屋頂綠化室內(nèi)最高溫度30.11℃,平均溫度2837±181℃。室內(nèi)溫度表現(xiàn)為:花園式屋頂綠化<簡單式屋頂綠化<未綠化屋頂,簡單式、花園式屋頂綠化降溫幅度分別為:-0.73℃~2.69℃、4.45℃~10.01℃,說明花園式屋頂綠化對(duì)室內(nèi)的降溫效果明顯高于簡單式。

圖1不同類型屋頂綠化室內(nèi)溫度日變化曲線

3.2不同類型屋頂綠化日平均溫度比較

不同類型屋頂綠化由于其植被降溫效果的差異,其室內(nèi)溫度的差異較大。本試驗(yàn)分別將不同類型3d的溫度加以平均,算得日平均溫度,并進(jìn)行比較分析(圖2)。由圖2可以看出,簡單式、花園式屋頂綠化分別能降低室內(nèi)溫度1.81℃,8.31℃,即花園式屋頂綠化對(duì)室內(nèi)的降溫效果是簡單式的4.6倍。不同的屋頂綠化類型因植物葉面積指數(shù)的差異,對(duì)陽光的反射率不同,加上綠色植物的同化作用及遮蔭作用,使花園式屋頂綠化屋面的凈輻射量遠(yuǎn)小于簡單式屋頂綠化的屋面。同時(shí),花園式屋頂綠化因植物的蒸騰和蒸發(fā)作用消耗的潛熱明顯比簡單式屋頂綠化的大。這樣就使得花園式屋頂綠化屋面的貯熱量以及地一氣間的顯熱交換量大為減少,從而使花園式屋頂綠化室內(nèi)空氣獲得的熱量少,熱效應(yīng)降低［11］。因此,花園式屋頂綠化室內(nèi)的日平均溫度較低,而簡單式屋頂綠化的較高。

圖2不同類型屋頂綠化室內(nèi)日平均溫度

3.3不同類型屋頂綠化的建筑節(jié)能效益比較

耗電量主要看壓縮機(jī)的功率,壓縮機(jī)功率=制冷量/能耗比,一般空調(diào)能耗比大于3,因此1匹空調(diào)的耗電功率一般數(shù)據(jù)為735W［13］。1.5匹的空調(diào)耗電功率為735×1.5=1.10kW?h左右,加上10%左右的風(fēng)扇等消耗［13］,每小時(shí)耗電1.21kW?h。根據(jù)屋頂綠化的降溫效果和建筑節(jié)能效益,我們對(duì)3種屋頂綠化類型辦公建筑全年節(jié)電進(jìn)行估算,每天使用空調(diào)按10h計(jì)算,未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電10×1.21=12.1kW?h。

通過對(duì)3種屋頂綠化類型進(jìn)行熱工測試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)得出:在一間19.35m2(辦公室大小)的房間內(nèi),夏季溫度每降低1℃,平均每天可節(jié)約電0.47度kW?h。因此,市科研院簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電平均每天節(jié)約0.85kW?h;市園林局花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化平均每天節(jié)約3.90kW?h。即,簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)平均每天耗電量計(jì)為11.25kW?h,節(jié)約能源比例7.02%;花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)平均每天耗電量計(jì)為8.2kW?h,節(jié)約能源比例32.23%。

4結(jié)語

(1)通過比較未綠化屋頂、簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化室內(nèi)溫度的變化得出:未綠化屋頂室內(nèi)溫度日變化較為激烈,且明顯高于綠化屋頂室內(nèi)溫度,表現(xiàn)為花園式屋頂綠化<簡單式屋頂綠化<未綠化屋頂;花園式屋頂綠化對(duì)室內(nèi)的降溫效果是簡單式的4.6倍。

(2)簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電平均每天節(jié)約0.85kW?h,節(jié)約能源比例7.02%;市園林局花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化平均每天節(jié)約3.90kW?h,節(jié)約能源比例32.23%。

(3)屋頂綠化研究的目的是促進(jìn)城市屋頂科學(xué)利用,使人們充分認(rèn)識(shí)到屋頂綠化這一特殊的綠化形式對(duì)于增加城市綠量,改善城市生態(tài)環(huán)境,提高人類生活質(zhì)量等方面的重要作用。只有加強(qiáng)城市屋頂綠化生態(tài)效益、功能的評(píng)估計(jì)量指標(biāo)體系,為城市綠化規(guī)劃設(shè)計(jì)部門在指導(dǎo)城市綠化建設(shè)提供依據(jù),促進(jìn)城市屋頂綠化發(fā)展。本試驗(yàn)通過比較簡單式、花園式屋頂綠化建筑室內(nèi)的降溫作用,定量推算出了不同屋頂綠化類型建筑室內(nèi)的節(jié)能效益。

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