劉艷峰，陳迎亞，王登甲，李 濤

（西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安，710055）

夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)度高，影響建筑表面溫度與室內(nèi)外空氣溫度，下午太陽(yáng)高度角小，建筑西墻受到強(qiáng)烈太陽(yáng)輻射存在“西曬”過(guò)熱現(xiàn)象[1]，西墻表面溫度和房間空氣溫度劇增，導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷能耗大[2]．垂直綠化是在建筑墻體外側(cè)種植綠色植物，利用植物的遮陽(yáng)和蒸騰作用，其效果相當(dāng)于在墻體附加熱阻，可以有效改善室內(nèi)熱環(huán)境[3-7]，并起到較好的建筑節(jié)能效果[8-10]．目前國(guó)內(nèi)對(duì)垂直綠化的研究主要有趙學(xué)義等測(cè)試了夏熱冬暖地區(qū)建筑外墻綠化對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境影響效果[11]；劉凌通過(guò) CFD模擬對(duì)寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)建筑垂直綠化生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行研究[12]；宮偉等測(cè)試了嚴(yán)寒地區(qū)哈爾濱市垂直綠化植物降溫增濕效果[13]．以上主要研究晝間垂直綠化對(duì)墻體或室內(nèi)溫度影響，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)垂直綠化全天的影響效果研究較少．研究選取墻體有無(wú)垂直綠化的房間為測(cè)試對(duì)象，在控制單一變量的基礎(chǔ)上連續(xù)測(cè)試室內(nèi)外空氣溫度及墻體內(nèi)外表面溫度，結(jié)合西向總太陽(yáng)輻射強(qiáng)度分析垂直綠化對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境及建筑表面溫度的改善效果，為垂直綠化技術(shù)提供科學(xué)的測(cè)試依據(jù)．

1 測(cè)試方案

1.1 測(cè)試對(duì)象

為研究垂直綠化對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境影響效果，選擇夏熱冬冷地區(qū)具有代表性的駐馬店市作為測(cè)試地點(diǎn)．我國(guó)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按地域劃分，駐馬店市屬夏熱冬冷地區(qū)，夏季悶熱，室外空氣平均溫度26.3 ℃，室外空調(diào)計(jì)算日平均溫度 30.7 ℃，夏季溫度高，空調(diào)負(fù)荷能耗大．

測(cè)試選取某單層建筑兩間結(jié)構(gòu)、功能相同房間，房間面積14.36 m2，外墻為普通磚混結(jié)構(gòu)，如圖1所示；房間西墻有尺寸相同的單層玻璃窗，窗戶面積1.33 m2；垂直綠化房間西墻攀附著平均厚度約24 cm爬山虎；實(shí)驗(yàn)房間南墻相鄰為空房間，排除太陽(yáng)輻射在南墻產(chǎn)生“南曬”干擾；對(duì)比房間西墻外表面無(wú)任何綠化植物，周圍無(wú)高大建筑物遮擋，測(cè)試房間結(jié)構(gòu)如圖2所示．

圖1 測(cè)試房間實(shí)景圖Fig.1 Test room real picture

圖2 測(cè)試房間結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Test room structure picture

1.2 測(cè)試儀器

空氣溫度采用溫濕度自動(dòng)記錄儀（型號(hào)：TR-72U）測(cè)試，儀器精度為±0.2 ℃，每隔10 min自動(dòng)記錄一次；墻體表面溫度通過(guò)布置熱電偶測(cè)點(diǎn)記錄，熱電偶（型號(hào) Center 309）精度為±0.1 ℃，每隔10 min自動(dòng)記錄一次；太陽(yáng)輻射強(qiáng)度利用太陽(yáng)輻射測(cè)試儀（型號(hào)TBQ-2）記錄，儀器精度為±0.001 W/m2，每隔60 min自動(dòng)記錄一次；儀器均為全天24 h連續(xù)記錄．

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

(1) 溫濕度自動(dòng)記錄儀

利用溫濕度自動(dòng)記錄儀測(cè)量房間空氣溫度，儀器布置在垂直綠化房間、無(wú)垂直綠化房間中心，編號(hào)1-2；利用溫濕度自動(dòng)記錄儀測(cè)量室外空氣溫度，儀器布置在距地面垂直距離 1.5 m、距西墻水平距離1.5 m處，編號(hào)3，如圖2所示．

(2) 熱電偶探頭

利用熱電偶探頭測(cè)量西墻表面溫度，在西墻內(nèi)外表面分別布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)1-8和1′-8′，如圖3所示．分別取測(cè)點(diǎn)1-4平均數(shù)值為無(wú)垂直綠化墻體外表面溫度、測(cè)點(diǎn)1′-4′平均數(shù)值為無(wú)垂直綠化墻體內(nèi)表面溫度；取測(cè)點(diǎn)5-8平均數(shù)值為垂直綠化墻體外表面溫度、測(cè)點(diǎn)5′-8′平均數(shù)值為垂直綠化墻體內(nèi)表面溫度，熱電偶測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)布置效果如圖4所示．

(3) 太陽(yáng)輻射測(cè)試儀

太陽(yáng)輻射測(cè)試儀豎直放置在無(wú)垂直綠化西墻外表面，記錄西向垂直面總太陽(yáng)輻射強(qiáng)度．

圖3 西墻內(nèi)、外表面熱電偶測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.3 The measuring points on western wall schematic

圖4 熱電偶測(cè)點(diǎn)布置測(cè)試圖Fig.4 The measuring points on western wall

1.4 測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試內(nèi)容包括室內(nèi)外空氣溫度、西向垂直面總太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、有無(wú)垂直綠化墻體的內(nèi)外表面溫度以及房間的空氣溫度．

測(cè)試時(shí)間選擇在夏季連晴高溫期間，室外空氣平均溫度30.7℃，屬于一年中最熱時(shí)段，符合測(cè)試要求．具體日期為2014年7月28～8月16日，連續(xù)測(cè)試 20天．實(shí)驗(yàn)房間在測(cè)試期間門窗為關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)人員居住，無(wú)燈光等散熱設(shè)備運(yùn)行．

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 室外氣象參數(shù)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，選取具有代表性的7月28、29兩日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，室外氣象參數(shù)如圖5所示．

圖5室外氣象參數(shù)Fig.5 Outdoor meteorological parameters

7月 28-29日晝間（7:00-19:00），室外空氣平均溫度35.5 ℃，最高溫度41.8 ℃，西向垂直面總太陽(yáng)輻射強(qiáng)度可達(dá)558.75 W/m2；夜間（19:00-7:00），室外空氣平均溫度26.3 ℃，最高溫度31.3 ℃．晝間室外空氣溫度高，西墻受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)．

2.2 墻體外表面溫度比較

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，7月28-29日有無(wú)垂直綠化墻體外表面溫度分析如下：

圖6 墻體外表面溫度Fig.6 Temperature of the outer surface of the wall

晝間，無(wú)垂直綠化墻體外表面平均溫度和最高溫度為 39.8 ℃、53.5 ℃，垂直綠化墻體外表面平均溫度和最高溫度為 34.9 ℃、42.3 ℃，分別比無(wú)垂直綠化墻體低4.9 ℃、11.2 ℃，如圖6所示．垂直綠化植物攀附在墻體上，太陽(yáng)輻射被大量葉片吸收或反射而不能直接作用于墻體外表面，墻體外表面溫度因此低于無(wú)垂直綠化墻體；另外綠化植物葉片含有大量水分，蒸騰作用使水分散失到葉片間隙的空氣中而使空氣溫度降低，加大墻體外表面與植物葉片間隙空氣的換熱量，墻體外表面溫度進(jìn)一步降低．

夜間，無(wú)垂直綠化墻體外表面平均溫度和最高溫度為 30.8 ℃、40.4 ℃，垂直綠化墻體外表面平均溫度和最高溫度為 30.6 ℃、37.0 ℃，分別比無(wú)垂直綠化墻體低 0.2 ℃、3.4 ℃．夜間不存在太陽(yáng)輻射，綠化植物主要通過(guò)蒸騰作用減低葉片間隙空氣溫度，進(jìn)而降低綠化墻體外表面溫度．

2.3 墻體內(nèi)表面溫度比較

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，7月28-29日有無(wú)垂直綠化墻體內(nèi)表面溫度分析如下：

晝間，無(wú)垂直綠化墻體內(nèi)表面平均溫度和最高溫度為 33.8 ℃、35.7 ℃，垂直綠化墻體內(nèi)表面平均溫度和最高溫度為 32.9 ℃、34.5 ℃，分別比無(wú)垂直綠化墻體低0.9 ℃、1.2 ℃，如圖7所示；夜間，無(wú)垂直綠化墻體內(nèi)表面平均溫度和最高溫度為35.3 ℃、36.4 ℃，垂直綠化墻體內(nèi)表面平均溫度和最高溫度為 33.6 ℃、34.5 ℃，分別比無(wú)垂直綠化墻體低1.7 ℃、1.9 ℃．

有無(wú)垂直綠化墻體內(nèi)表面平均溫度和最高溫度均小于墻體外表面的，且內(nèi)表面溫度趨勢(shì)較為平緩．垂直綠化墻體外表面平均溫度比無(wú)垂直綠化墻體外表面平均溫度低，表明垂直綠化能有效降低建筑表面溫度，緩解“西曬”過(guò)熱現(xiàn)象．

圖7 墻體內(nèi)表面溫度比較Fig.7 Temperature of the inner surface of the wall

2.4 房間空氣溫度比較

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，7月28-29日有無(wú)垂直綠化房間空氣溫度分析如下：

圖8 房間空氣溫度Fig.8 Room air temperature

晝間，無(wú)垂直綠化房間空氣平均溫度和最高溫度為 33.1 ℃、34.8 ℃，垂直綠化房間空氣平均溫度和最高溫度為 31.8 ℃、33.1 ℃，分別比無(wú)垂直綠化房間低 1.3 ℃、1.7 ℃，垂直綠化房間空氣溫度取得極值時(shí)刻比無(wú)垂直綠化房間延遲40 min,，如圖 8所示．垂直綠化房間空氣溫度變化較為平緩，且峰值較低，表明垂直綠化不僅增大了西向外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性，還可起到削峰填谷作用，避免室內(nèi)空氣溫度大幅變化，垂直綠化在夏季最不利工況期間對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境有較好改善作用．另外垂直綠化房間空氣溫度較低，可一定程度減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到建筑節(jié)能目的．

夜間，無(wú)垂直綠化房間空氣平均溫度和最高溫度為 33.7 ℃、34.7 ℃，垂直綠化房間空氣平均溫度和最高溫度為 32.0 ℃、33.0 ℃，分別比無(wú)垂直綠化房間低 1.7 ℃、1.0 ℃．墻體晝間蓄熱、夜間放熱，與無(wú)垂直綠化墻體相比，垂直綠化墻體晝間平均溫度較低，墻體蓄熱量小，墻體夜間放熱量較小，從而夜間垂直綠化房間溫度低于無(wú)垂直綠化房間空氣溫度．

3 結(jié)論

在夏季連晴高溫期間進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，通過(guò)分析得到結(jié)論主要有：

（1）垂直綠化墻體與無(wú)垂直綠化墻體的外表面平均溫度、最高溫度相比，晝間分別低 4.9 ℃、11.2 ℃；夜間分別低0.2 ℃、3.4 ℃，垂直綠化明顯降低墻體外表面溫度峰值．

（2）垂直綠化墻體與無(wú)垂直綠化墻體的內(nèi)表面平均溫度、最高溫度相比，晝間分別低 0.9 ℃、1.2 ℃；夜間分別低 1.7 ℃、1.9 ℃．垂直綠化能較好的降低建筑維護(hù)表面溫度，緩解“西曬”過(guò)熱現(xiàn)象．

（3）垂直綠化房間與無(wú)垂直綠化房間的室內(nèi)空氣平均溫度、最高溫度相比，晝間分別低1.3 ℃、1.7 ℃；夜間分別低 1.7 ℃、1.0 ℃．垂直綠化可增大西向外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性，對(duì)室內(nèi)空氣溫度有削峰填谷作用，避免室內(nèi)空氣溫度大幅變化，對(duì)夏季室內(nèi)熱環(huán)境改善效果良好，達(dá)到建筑節(jié)能目的．

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