趙濤　姚東　王志杰　岳帥坤

關(guān)鍵詞：垂直綠化;建筑節(jié)能;室內(nèi)空氣;舒適度;高原地區(qū)

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1概述

基礎(chǔ)設(shè)施的高度封閉區(qū)域是最易受城市熱島效應(yīng)等不利氣候條件影響的地區(qū)。在城市環(huán)境中，建筑結(jié)構(gòu)吸收太陽輻射，能量儲存在建筑材料中，并釋放回室外和室內(nèi)環(huán)境中。缺乏有水體或植被的開放自然空間會導(dǎo)致潛在熱發(fā)電的減少。此外，城市地區(qū)有限的天空視野因素導(dǎo)致紅外輻射的進(jìn)一步保留。

室內(nèi)溫度受到室外環(huán)境溫度的影響，室內(nèi)高溫可以保持在舒適閾值以上，導(dǎo)致室內(nèi)熱應(yīng)激，尤其是在夜間，對人體產(chǎn)生負(fù)面影響。熱應(yīng)激導(dǎo)致死亡率上升，主要是弱勢人群，如老年人和呼吸系統(tǒng)疾病的人。這些因素意味著在老齡化社會建設(shè)中，以減少夏季室內(nèi)熱應(yīng)力。垂直綠化系統(tǒng)在增加城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，在室內(nèi)和室外熱危害方面具有降低潛力。

垂直綠化作為城市綠地的組成部分，有助于為城市環(huán)境降溫。垂直綠化對建筑表面的冷卻作用主要是由于陰影。冷卻強(qiáng)度不僅取決于植物特征和氣象條件（主要是太陽輻射、氣溫和風(fēng)），還取決于墻體的組成，即能量轉(zhuǎn)移和儲存的特性。垂直綠化的熱性能及其對建筑的影響在實(shí)驗(yàn)和建模中都得到了量化。

2019年我國城鎮(zhèn)化水平突破60%，意味著中國進(jìn)入了城鎮(zhèn)化中后期。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)比例也會繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)給城市規(guī)劃者帶來巨大的挑戰(zhàn)。我國大力提倡綠色環(huán)保建筑，如何提高建筑節(jié)能效率是一個(gè)不得不面對的問題。居民的室內(nèi)舒適感受室內(nèi)熱環(huán)境影響，建筑物的能耗由居民的熱感決定。室內(nèi)熱條件也受垂直綠化模式的影響，因?yàn)榇怪本G化模式除了影響外墻的陰影功能外，還影響反射、折射索引、水保持和其他熱性能參數(shù)。除了射線控制外，綠色墻壁已被證明通過植物蒸騰，影響室內(nèi)熱環(huán)境。

2垂直綠化

2.1介紹

建筑立面的綠化已被提出，作為一個(gè)有希望的解決方案，使密集的城市更持續(xù)。通常，建筑物的垂直區(qū)域大于屋頂區(qū)域。這一事實(shí)強(qiáng)調(diào)了垂直綠化系統(tǒng)的重要性，特別是高層建筑類型。垂直綠化的概念可以追溯到巴比倫文明的建設(shè)。雖然，攀巖植物在墻壁上的應(yīng)用并不是一個(gè)新的趨勢，但在過去的幾十年里，它們使用的系統(tǒng)和用途已經(jīng)發(fā)生了變化。從歷史上看，綠色墻壁用于觀賞或園藝目的，但目前的垂直綠化系統(tǒng)，與其他被動(dòng)技術(shù)一樣，用于其可持續(xù)性效益。

2.2陰影效果

綠色墻可以保護(hù)建筑屋頂免受陰影過熱。綠墻的總太陽輻射量取決于樹冠的物理特性，它將被轉(zhuǎn)移到這三種方式：反射到大氣中，或被樹冠吸收或通過葉片傳播。垂直綠化系統(tǒng)的遮蔽效果在很大程度上取決于樹葉的密度和覆蓋率。調(diào)查在國內(nèi)溫帶氣候下覆蓋建筑物西南窗戶的落葉攀爬植物的著色系數(shù)。結(jié)果顯示，通過一片葉子層的太陽傳播最初約為45%，在經(jīng)過五片葉子層時(shí)下降到12%。

2.3保溫效果

在建筑立面和綠色墻之間形成微氣候環(huán)境，作為熱緩沖器，從而通過調(diào)節(jié)環(huán)境空氣溫度和風(fēng)速來減少通過建筑熱通量。垂直綠化的表面溫度高于沒有太陽輻射的夜間裸露立面。這可轉(zhuǎn)化為中間微氣候的熱緩沖能力及其對建筑熱損失減速的影響。在一條獨(dú)立的綠色墻上進(jìn)行了實(shí)地研究，該墻組裝在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)上，在干燥的大陸性氣候中，從西北、西南和東南立面形成80～150cm的距離。這項(xiàng)研究是在春季和冬季完成的，當(dāng)時(shí)樹葉覆蓋率約為62%。當(dāng)綠墻的覆蓋率最高時(shí)，通過樹葉的傳輸量范圍從春季的37%到夏季的3%不等。此外，測量了微氣候環(huán)境在空間中的作用。發(fā)現(xiàn)溫度更低（最高2°C）和更高的濕度（最大7%）與環(huán)境相比，在中部空間有溫度下降的類似趨勢。在這項(xiàng)研究中，觀察了自然通風(fēng)和氣腔厚度對中部空間微氣候環(huán)境冷卻效應(yīng)的影響。

2.4環(huán)保效果

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，垂直綠化可以很好的起到遮陰效果，降低局部地區(qū)的風(fēng)速，通過植物減少噪音污染和緩解城市熱島效應(yīng)。另一方面，垂直綠化通過葉片吸收外部空氣的灰塵和微粒物質(zhì)，可以起到凈化空氣的作用。同時(shí)能夠增加生物的多樣性，為野生動(dòng)植物提供食物和避難所。此外，垂直綠化還能通過其發(fā)達(dá)的根系增強(qiáng)滲透作用和增加蓄水量，有很好的環(huán)保作用。

2.5綠色墻對建筑節(jié)能的能量影響

綠色立面通過吸收太陽輻射進(jìn)行生長進(jìn)行生物過程，可以有效地降低室內(nèi)溫度。室內(nèi)氣溫的降低意味著夏季節(jié)能效果相當(dāng)大。然而，在冬季，植物的遮光不應(yīng)阻礙被動(dòng)熱增益通過建筑包絡(luò)，否則會增加供熱需求。夏季對建筑物的四個(gè)主要方向上模擬了一堵厚度為20cm的綠色墻，以預(yù)測綠色墻的方向?qū)档痛箨懶詺夂蛑欣鋮s需求的影響。最高和最低影響是通過綠化西向和北向的墻體，分別節(jié)能20%和5%。因此，在垂直表面上為植物選擇合適的方向可在夏季為冷卻負(fù)載提供顯著的節(jié)能。

3實(shí)驗(yàn)方案

3.1氣候條件

昆明屬北緯低緯度亞熱帶-高原山地季風(fēng)氣候，由于受印度洋西南暖濕氣流的影響，日照長、霜期短、年平均氣溫15℃，年均日照2200h左右，無霜期240d以上。氣候溫和，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，四季如春，氣候宜人，年降水量1035mm如圖1所示，具有典型的溫帶氣候特點(diǎn)，城區(qū)溫度在0℃～29℃之間，年溫差為全國最小，這樣的氣候特征在全球少有，鮮花常年開放，草木四季常青。

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)置

以云南大學(xué)教學(xué)樓為實(shí)驗(yàn)對象，高5.5m，建筑為普通的磚混結(jié)構(gòu)如圖2所示，選擇有垂直綠化的一面和沒有垂直綠化的一面進(jìn)行比較，以5月連續(xù)晴朗、無降雨時(shí)間段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，時(shí)間為10：00到22：00，每一小時(shí)測量一次，利用溫度測量計(jì)進(jìn)行溫度測量如圖3所示。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在這項(xiàng)研究中，通過在昆明市天氣條件下進(jìn)行的全面實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了垂直綠化系統(tǒng)對冬季室內(nèi)熱舒適性和建筑能耗的顯著積極影響。在非加熱條件下，垂直綠化系統(tǒng)可幫助室內(nèi)氣溫降低約1°C～3°C。垂直綠化還可以減少室內(nèi)溫度波動(dòng)。此外，垂直綠化室在平均氣溫較低。鑒于昆明四季常暖且大多數(shù)地方?jīng)]有空調(diào)，考慮到人體的舒適以及節(jié)能，垂直綠化系統(tǒng)適合使用。

4總結(jié)

4.1垂直綠化對舒適性的影響

垂直綠化主要有利于室內(nèi)熱舒適，特別是室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）。根據(jù)研究，室內(nèi)植物可以通過凈化、加濕和溫度降低三個(gè)因素增加室內(nèi)舒適性。此外，從心理學(xué)的角度來看，植物也可以通過減輕壓力和增加健康來提供舒適的條件。葉子、莖和根的生物過濾效應(yīng)可以減少氣密建筑中揮發(fā)性有機(jī)化合物的積累，為建筑物的居住者提供一個(gè)健康的環(huán)境。改善室內(nèi)空氣質(zhì)量可減少病層綜合癥，從而提高居民的舒適度和生產(chǎn)力。此外，室內(nèi)植物可以通過蒸發(fā)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度。沒有通風(fēng)的熱內(nèi)部空間從這種效果中獲益最大。室外綠化系統(tǒng)，如綠色屋頂、綠色墻壁、綠色陽臺和天空花園，還可以通過減少建筑熱通量和溫度波動(dòng)來提高室內(nèi)熱舒適性。然而，在水平綠化系統(tǒng)的情況下，其影響將僅限于頂層。

4.2垂直綠化對能源的影響

垂直綠化可以給建筑帶來許多好處。其中，許多研究者對不同綠化系統(tǒng)對建筑能耗的影響進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)研究，綠化系統(tǒng)在冷卻和加熱季節(jié)表現(xiàn)出不同的效率。綠化系統(tǒng)的最大功效在夏季比較突出。此外，在陽光明媚的日子或太陽輻射較高的地方，綠化系統(tǒng)的效率會更高。相比之下，對于冬季條件，不同的研究建議關(guān)于綠化系統(tǒng)性能的爭議性結(jié)論。這意味著他們既可以節(jié)省能源，也根據(jù)研究條件增加熱需求。

在寒冷的氣候下，當(dāng)被動(dòng)熱通過建筑時(shí)，有效地有助于節(jié)約能源，植被遮蔽會增加對供暖的需求。此外，老建筑的絕緣價(jià)值很差，然后，增加一個(gè)額外的綠化層可以改善建筑物的絕緣性能。因此，當(dāng)綠化系統(tǒng)絕緣的積極影響高于遮蔽的負(fù)面影響時(shí)，綠色環(huán)保系統(tǒng)的應(yīng)用可減少冬季的供熱負(fù)荷。此外，昆明地區(qū)太陽輻射較高的地方，垂直綠化的效果更加突出。