宋慧馨，張靖宇，張雅婷，夏盛玉

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

1 引言

如今人們與綠色自然之間的聯(lián)系變得越來(lái)越少，急劇擴(kuò)張的城市化成為一座座鋼鐵森林，能源消耗嚴(yán)重，同時(shí)熱島效應(yīng)、霧霾等一系列環(huán)境問(wèn)題不容忽視，這些問(wèn)題讓人們不得不重新審視自然的調(diào)節(jié)力量，法國(guó)植物學(xué)家帕特里克·布朗克將垂直綠化概念展現(xiàn)在世人面前，從2001年潘興霍爾酒店開(kāi)始世界各地的表皮綠化發(fā)展迅速，中國(guó)緊隨其后，然而面對(duì)幅員遼闊的現(xiàn)狀，部分地區(qū)發(fā)展的速度緩慢，尚未成熟，東北地區(qū)位列其中。

2 國(guó)內(nèi)立體綠化推廣現(xiàn)狀

2.1 廣州

廣州的垂直綠化較為成熟，多家技術(shù)成熟，方向全面的公司已成立，面向市場(chǎng)，他們對(duì)于廣州本土的氣候條件分析全面，工藝選擇，技術(shù)支持都很成熟，針對(duì)辦公室、小區(qū)、工廠、室外等多個(gè)方向提出具體靈活的處理方式。對(duì)于個(gè)別問(wèn)題，例如陰陽(yáng)面的解決方法，多樣的外觀形式，靈活的種植方法都值得借鑒。

2.2 上海

亞熱海洋性季風(fēng)氣候，超過(guò)35 ℃的日子不超過(guò)10 d，今年冬季平均溫度6.6 ℃，氣候適宜，總體上看，上海更傾向于室內(nèi)垂直綠化，室外沒(méi)有室內(nèi)推廣程度高。室內(nèi)垂直綠化的各項(xiàng)技術(shù)條件步驟分析更加全面，造型變化極其多樣，善于與固定存在的構(gòu)件巧妙結(jié)合，眼前一亮。從設(shè)計(jì)到安裝再到后期維護(hù)分工明確，管理嚴(yán)格。

2.3 山東

暖溫帶溫潤(rùn)型季風(fēng)氣候，春秋短暫，年平均氣溫11～14 ℃，夏季多雨，春秋氣候易旱，垂直綠化推廣程度較低，室外垂直綠化不成熟，室內(nèi)種類較多，跟南方地區(qū)相比造型一般，管理沒(méi)有發(fā)達(dá)地區(qū)嚴(yán)格，較發(fā)達(dá)地區(qū)仍有進(jìn)步空間。

2.4 北京

溫帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春秋短促，最高溫度26 ℃，相對(duì)來(lái)說(shuō)不算高，最低溫度-20 ℃，溫度較低，對(duì)于冬季室外綠植存活提出挑戰(zhàn)，因此北京垂直綠化傾向于室內(nèi)垂直綠化，運(yùn)用在室內(nèi)裝飾，商場(chǎng)布置，技術(shù)多樣且成熟，可以正確處理各種室內(nèi)場(chǎng)合的功能和審美需求，值得借鑒，而室外案例由于氣候問(wèn)題寥寥無(wú)幾。

2.5 哈爾濱

溫帶季風(fēng)氣候，冬長(zhǎng)夏短，夏季平均溫度23 ℃，漫長(zhǎng)而寒冷干燥的冬季平均溫度-37.7 ℃，因而室外綠植存活問(wèn)題成為極大的挑戰(zhàn)，垂直綠化墻體減緩冬季的寒冷，故市民是接受的，然而哈爾濱的推廣程度不高，極少會(huì)有室外垂直綠化且能過(guò)冬，室內(nèi)也大多依靠外地技術(shù)，本地垂直綠化技術(shù)程度與較為先進(jìn)的地區(qū)相比差距極大。

以上列舉的4個(gè)區(qū)域可以代表中國(guó)整體的緯度分布特點(diǎn)，可以看出垂直綠化的推廣程度與地區(qū)氣候有很大聯(lián)系，冬季的最低溫度極大程度上限制了綠植的推廣，因此可以看出北方的垂直綠化與南方的差距，其中北京和山東的氣候特點(diǎn)與東北地區(qū)較為相似，四季分明，溫差范圍及氣候相似，以沈陽(yáng)為例，四季可明確劃分，夏季多雨，冬季溫度-20 ℃，成為室外垂直綠化推廣的主要障礙因素，北京和山東可以作為東北地區(qū)發(fā)展室外垂直綠化技術(shù)的借鑒地區(qū)，而上海和廣州與東北地區(qū)溫度氣候差距較大，但其外觀形式和構(gòu)件連接等發(fā)展較好的地方可以結(jié)合東北地區(qū)的區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行改良加以利用。人們對(duì)于垂直綠化的需求是一致的，因此這也成為一個(gè)新的市場(chǎng)需求。

3 影響東北表皮綠化推廣因素

通常意義上講東北地區(qū)泛指東北三省，即黑龍江省、吉林省、遼寧省，本文中探討東北地區(qū)范疇即為東北三省。

3.1 東北地區(qū)緯度特點(diǎn)

東北地區(qū)屬于高緯度地區(qū)，溫帶落葉闊葉林分布區(qū)，氣候四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，冬長(zhǎng)夏短， 雨熱同期。春秋季易受到低溫凍害，東北地區(qū)西、北、東三面環(huán)山，南面向海，這有利于濕潤(rùn)氣流進(jìn)入內(nèi)陸，形成降水。

3.1.1 東北地區(qū)溫度對(duì)表皮綠化的影響

由表1可知東北地區(qū)溫大，過(guò)大的溫差給綠化維護(hù)帶來(lái)了很大的不便，這也是東北地區(qū)垂直綠化推廣困難的主要原因。

表1 1969年至今最高溫度與最低溫度匯總

3.1.2 東北地區(qū)濕度對(duì)表皮綠化的影響

東北地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，除與朝鮮和俄羅斯接壤外，部分陸地向海洋方向擴(kuò)展呈現(xiàn)半島狀，黑龍江省受西伯利亞氣流影響較大，吉林省和遼寧省有大陸接壤，但間接受海洋氣流影響，沿海地區(qū)氣候濕潤(rùn)，內(nèi)陸地區(qū)氣候干燥，氣溫低，蒸發(fā)減弱，水分收入大于支出，濕度大，適合多類花卉綠植生長(zhǎng)。

3.1.3 東北地區(qū)日照對(duì)表皮綠化的影響

東北地區(qū)年平均日照1183.28 h,在地形地貌、海陸位置等多重因素影響下，東北地區(qū)日照時(shí)數(shù)空間分布復(fù)雜，大致分為“西高東抵，南高北低”的空間分布特點(diǎn)，最高日照時(shí)數(shù)5月為255.1 h，最低日照時(shí)數(shù)12月，僅160.4 h光照不足，不利于植物生長(zhǎng)(圖1)。

圖1 東北地區(qū)日照空間分布

3.2 東北地區(qū)目前技術(shù)限制因素

3.2.1 垂直綠化土壤技術(shù)因素

3.2.1.1 布袋式

布袋式是現(xiàn)在較為受歡迎的種植方式，采用一種超薄、強(qiáng)度好、保溫耐寒的布袋(表2)，其在做好防水結(jié)構(gòu)的墻體上鋪設(shè)布袋內(nèi)置適合植物生長(zhǎng)的載體，比如毛氈、無(wú)紡布等，其內(nèi)可設(shè)置滲水系統(tǒng)，且可充分利用雨水進(jìn)行灌溉，形成適合植物生長(zhǎng)的環(huán)境。布袋式可分為3種：瓦口袋，方口袋，島狀的獨(dú)立式(圖2)。

表2 布袋式垂直綠化土壤技術(shù)特點(diǎn)

圖2布袋式垂直綠化

3.2.1.2 鋪貼式

鋪貼式墻面綠化整體性強(qiáng)，總厚度薄，只有10～15 cm，灌溉系統(tǒng)與墻體種植袋結(jié)合一體在一種植毯上，形成一個(gè)整體，不需要在墻面設(shè)置骨架，可工廠化生產(chǎn)，生產(chǎn)受環(huán)境影響小，固定點(diǎn)采用特殊的防水緊固件處理，防水膜除了承擔(dān)整個(gè)墻面系統(tǒng)的重量外還同時(shí)對(duì)被覆蓋的墻面起到防水阻根的作用，有利于維護(hù)建筑，延長(zhǎng)壽命，易施工，效果好。鋪貼式植物生長(zhǎng)主要分為兩種:直立生長(zhǎng)式(模塊的開(kāi)口朝上);水平生長(zhǎng)式(模塊的開(kāi)口水平向外)。

3.2.2 冬季綠植保護(hù)技術(shù)因素

冬季綠植保護(hù)一直是我國(guó)主要的技術(shù)難題之一，我國(guó)幅員遼闊，緯度跨越較大，南北溫差不同，南方冬季氣溫適宜，北方冬季氣溫過(guò)低，植物難以存活，耐寒植物種類單一，使得北方的垂直綠化推廣受到一定阻礙。東北地區(qū)垂直綠化對(duì)于可越冬植物類型要求較高，對(duì)于越冬時(shí)期的養(yǎng)護(hù)要求更高。適合東北地區(qū)越冬植物有佛甲草、白三葉、野牛草等，可用于垂直綠化種植。

3.2.3 符合東北地區(qū)緯度氣候的綠植研發(fā)

由表3可見(jiàn)，3種植物可以適應(yīng)東北地區(qū)溫差、濕度、陽(yáng)光直射等客觀條件強(qiáng)，但外觀造型單調(diào)，設(shè)計(jì)受限(圖3～5)。

表3 3種符合東北地區(qū)氣候的綠植習(xí)性

圖3 佛甲草

圖4 白三葉

圖5 野牛草

4 以沈陽(yáng)為例探究垂直綠化的推廣

4.1 沈陽(yáng)氣候特點(diǎn)的研究與分析

沈陽(yáng)，中國(guó)東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)、文化、交通、金融和商業(yè)中心，是遼寧省省會(huì)，也是中國(guó)重要的工業(yè)基地和歷史文化名城。 經(jīng)度：123°43′，緯度：41°80′。

沈陽(yáng)屬于北溫帶受季風(fēng)影響的半濕潤(rùn)大陸性氣候。受季風(fēng)影響，降水集中在夏季，炎熱多雨，降水量為308.2～568.4 mm，四季分明。冬寒時(shí)間較長(zhǎng)，近6個(gè)月，降雪較少，春秋兩季氣溫變化迅速，持續(xù)時(shí)間短：春季多風(fēng)，秋季晴朗，沈陽(yáng)年平均降雨量為714 mm(圖6)。

圖6沈陽(yáng)市四季降水量變化

沈陽(yáng)城市年平均氣溫：8.0 ℃ ，沈陽(yáng)歷史最高氣溫：38 ℃ 出現(xiàn)在1952年 ，沈陽(yáng)歷史最低氣溫：-33 ℃ 出現(xiàn)在2001年(圖7)。

沈陽(yáng)光照時(shí)間最長(zhǎng)出現(xiàn)在夏至，約為15 h，太陽(yáng)高度角大約為71°，光照時(shí)間最短出現(xiàn)在冬至，約為9 h，太陽(yáng)高度角約為25°。

4.2 垂直綠化推廣帶來(lái)益處

4.2.1 垂直綠化帶來(lái)的視覺(jué)提升

沈陽(yáng)是中國(guó)最早一批重工業(yè)基地，因此城區(qū)規(guī)劃受時(shí)代影響，導(dǎo)致現(xiàn)在市區(qū)綠化面積過(guò)小，垂直綠化的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，節(jié)約空間，對(duì)原有建筑進(jìn)行改造，在市區(qū)內(nèi)提高綠化率，建造天然氧吧，改善環(huán)境，親近自然。

圖7 沈陽(yáng)市全年溫度

4.2.2垂直綠化對(duì)空氣污染的改善

在沈陽(yáng)地區(qū)建筑立面面積10000 m2的建筑物表皮上設(shè)計(jì)垂直綠化改造，以佛甲草為例，1 m2的佛甲草平均造價(jià)108.5元，10000 m2的草需108.5萬(wàn)元，后期維護(hù)2萬(wàn)元，但綠植可以有效大量的吸收二氧化碳和其他一些有害物質(zhì)，釋放氧氣，營(yíng)造天然氧吧，可減少二氧化碳排放量73.9 t，年固碳量3.65 t，大大改善居民生活居住環(huán)境，減輕霧霾危害。

4.2.3 垂直綠化減少能源消耗

夏季垂直綠化可以減少陽(yáng)光對(duì)外墻的照射，減少熱輻射降低熱傳導(dǎo)，能耗比常規(guī)幕墻降低40%左右，并減少空調(diào)負(fù)荷15%以上，有效降低溫度，冬季既不影響墻面得到太陽(yáng)輻射，可減少加熱能耗約10%，初步計(jì)算，成本155元/m2，維護(hù)費(fèi)2元/年，年節(jié)電量為14.4 kW·h，節(jié)能效益為10.08元，此外，減少噪音，減緩城市熱島效應(yīng)，提高空氣質(zhì)量，維持室內(nèi)溫度平衡;冬季綠植根部可以有效地保溫減輕煤炭燃燒。

5 交互自控裝置

基于綠色建筑的多能源循環(huán)和垂直綠化的交互自控裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能，見(jiàn)圖8、9。

如圖8、9，該旋轉(zhuǎn)自控裝置結(jié)構(gòu)放置于建筑玻璃幕墻外側(cè)，兩邊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)固定支撐骨架，懸空架在幕墻外側(cè)，扇形旋轉(zhuǎn)可控栽培器固定于可控骨架上，便于旋轉(zhuǎn)控制，灌溉系統(tǒng)依附于骨架之上。由于扇形的變化豐富，加上手動(dòng)控制裝置和旋轉(zhuǎn)軸，建筑表皮呈現(xiàn)更加豐富。利用扇形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，纖維土壤保障最小程度損耗，且保證安全性，夏季雨量大陽(yáng)臺(tái)或者女兒墻處積水量多，大多是蒸發(fā)或者流入管道直接排出，造成水資源浪費(fèi)，通過(guò)回水管便可以將這些水二次循環(huán)利用，澆灌綠植。秋冬換季，當(dāng)室外溫度過(guò)低時(shí)，操作人員操控90°扇形旋轉(zhuǎn)可控栽培器旋轉(zhuǎn)至室內(nèi)保護(hù)綠植。當(dāng)綠植朝向室內(nèi)時(shí)通過(guò)玻璃幕墻形成室內(nèi)景觀。綠植上墻可以有效地形成天然空調(diào)，冬暖夏涼，改善室內(nèi)生活環(huán)境，降低能源消耗。

6 結(jié)語(yǔ)

相比南方亞熱海洋性季風(fēng)氣候地區(qū)東北地區(qū)在氣候問(wèn)題上要克服的問(wèn)題要多一些，但是可以通過(guò)探索解決這些問(wèn)題，且這背后的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于投資，鋼鐵城市的到來(lái)帶來(lái)的危機(jī)已逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，國(guó)家對(duì)于這一問(wèn)題開(kāi)始重視，這是一個(gè)未來(lái)趨向性的問(wèn)題，東北地區(qū)作為重工業(yè)地區(qū)首當(dāng)其沖，環(huán)境問(wèn)題刻不容緩。

圖8交互自控結(jié)構(gòu)示意

圖9 交互自控立面結(jié)構(gòu)示意