立體綠化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
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摘要:立體綠化技術(shù)不僅具有隔熱降溫、緩解熱島效應(yīng)、改善生態(tài)環(huán)境的功能，而且在降低空調(diào)能耗方面也起到了很好的作用。本文主要從建筑節(jié)能的角度綜述分析立體綠化的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:立體綠化；建筑節(jié)能；熱島效應(yīng)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增長，能源不足與能耗較大之間的矛盾越發(fā)凸顯。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，暖通空調(diào)能耗占總能耗的比例高達(dá)22.75%［1］。為了緩解能源短缺帶來的一系列問題，國家提出建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。發(fā)展綠色建筑就是這一理念的完美詮釋。而立體綠化技術(shù)作為綠色建筑發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，在以后的建筑節(jié)能中充當(dāng)了一個(gè)非常重要的角色。
1立體綠化在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
1．1國外立體綠化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
新加坡、美國、德國等國家對(duì)立體綠化技術(shù)的大量研究證明在相同的輻射強(qiáng)度下，具有立體綠化的墻體表面的輻射溫度更低，發(fā)射的長波輻射更少，有利于降低建筑能耗和緩解城市熱島效應(yīng)。美國綠色建筑協(xié)會(huì)(USGBC)頒布的“美國綠色建筑評(píng)估體系”(LEED)，立體綠化可以增加LEED認(rèn)證的分值，從而獲得聯(lián)邦、州級(jí)或者市政有關(guān)基金或者補(bǔ)貼等。
1．2國內(nèi)立體綠化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
我國自上世紀(jì)六十年代開始研究立體綠化及其建造技術(shù)，到2012年1月初，全國共評(píng)出353項(xiàng)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)項(xiàng)目，總建筑面積近3500萬m2［3］。此外，我國學(xué)者也對(duì)立體綠化進(jìn)行了大量的研究。1992年馮采芹著作《綠化環(huán)境效應(yīng)研究》;2000年李龍梅著作《垂直綠化與墻面貼植新技術(shù)》;2003年張寶鑫著作《城市立體綠化》等等。隨著2013年初，發(fā)改委、住建部頒布《綠色建筑行動(dòng)方案》，綠色建筑的推廣已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略。
立體綠化是利用地面資源以外的其他空間進(jìn)行綠地的方式，具有很大的靈活性，可根據(jù)不同類型的綠化方式選擇不同種類的植物進(jìn)行各種不同的構(gòu)架。當(dāng)前主要在屋頂、墻體、門庭、陽臺(tái)、坡面等建筑設(shè)施上進(jìn)行綠化。立體綠化不僅對(duì)人具有良好的心理效果，而且改善環(huán)境、凈化空氣、美化城市。特別在當(dāng)前霧霾肆掠的情況下，綠色植被通過對(duì)霧霾顆粒過濾、吸附和殺菌，對(duì)降低霧霾有一定的作用。因此推廣立體綠化，提高城市的自凈能力，具有很積極的意義。
3立體綠化對(duì)建筑能耗的影響分析
利用立體綠化技術(shù)降低建筑能耗主要是通過降低空調(diào)能耗實(shí)現(xiàn)的。立體綠化對(duì)空調(diào)能耗的影響主要有三個(gè)方面:一是立體綠化通過改變建筑微氣候環(huán)境來改變室外計(jì)算干球溫度;二是立體綠化通過對(duì)太陽輻射的遮擋影響輻射換熱;三是通過植被及其埋土部分增加了室內(nèi)外空氣間的傳熱熱阻。
3．1立體綠化對(duì)建筑微氣候環(huán)境的影響
按不穩(wěn)定傳熱計(jì)算空氣調(diào)節(jié)冷負(fù)荷，夏季計(jì)算日空調(diào)室外計(jì)算逐時(shí)溫度可按照公式:tsh=twp+βΔtιΔtι=twg－twp0．52(4－1)式中tsh———室外計(jì)算逐時(shí)溫度(℃);tsh———夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算日平均溫度(℃);β———室外溫度逐時(shí)變化系數(shù);Δtι———夏季室外計(jì)算平均日較差;twg———夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算干球溫度(℃)。在炎熱的夏季，室外干球溫度twg主要受太陽輻射強(qiáng)度的影響，地面吸收太陽輻射熱后通過對(duì)流換熱、輻射換熱的方式升高室外干球溫度twg。與此同時(shí)，密集的建筑物、柏油路和水泥路面，將來自太陽的輻射熱儲(chǔ)存起來，然后向周圍空氣輻射，造成室外氣溫升高，形成熱島效應(yīng)，進(jìn)一步推動(dòng)了室外干球溫度twg的上升。對(duì)建筑進(jìn)行立體綠化，覆蓋在墻體以及屋頂表面的綠色植被受到太陽輻射后，根系從土壤中吸收水分，通過蒸騰作用的方式散發(fā)到空氣中去。不僅增加了空氣濕度，而且?guī)ё吡私ㄖ砻娲罅康臒崃?，使建筑物周圍的干球溫度twg下降。
3．2立體綠化對(duì)太陽輻射的遮擋
建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的蓄熱能力，太陽輻射熱傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面貯藏起來。當(dāng)這些物體表面的溫度高于室內(nèi)空氣溫度時(shí)，它們以對(duì)流換熱的方式將貯存的熱量散入室內(nèi)，這種室內(nèi)各物體表面的長波輻射過程是一個(gè)反復(fù)無窮次作用的過程，直到室內(nèi)空氣溫度和各蓄熱物體表面溫度達(dá)到一致時(shí)，這種換熱方式才停止。植物枝葉具有吸收和反射太陽光線的作用。相當(dāng)于具有隔熱性能的遮陽傘，通過吸收過濾太陽光線，避免了墻體直接暴曬在太陽下，減少了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)得熱量、蓄熱量。同時(shí)瞬時(shí)冷負(fù)荷峰值發(fā)生延遲，避免了最強(qiáng)太陽輻射時(shí)刻與最大負(fù)荷時(shí)刻同時(shí)出現(xiàn)。在這些情況的綜合作用下，空調(diào)房間單位時(shí)間冷負(fù)荷就減少，空調(diào)運(yùn)行能耗降低。黃任在《廣州地區(qū)立體綠化對(duì)建筑熱環(huán)境及能耗影響研究》中對(duì)立體綠化墻體處的太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行了一個(gè)測(cè)試。說明立體綠化對(duì)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面所受到的太陽輻射有很強(qiáng)的遮擋、吸收效果。
3．3立體綠化對(duì)傳熱熱阻的影響
式中K———外墻或屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)［W/(m2•℃)］;h1———外墻或屋頂與室外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)［W/(m2•K)］;h2———圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與室內(nèi)空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)［W/(m2•℃)］;λ———圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)［W/(m•K)］;λ1———立體綠化層導(dǎo)熱系數(shù)［W/(m•K)］;δ———圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度(mm);δ1———立體綠化層厚度(mm)。普通圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻為(4－2)式。與未進(jìn)行立體綠化的普通圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，立體綠化的建筑外表面多了一層綠色植被覆蓋和一層土壤層，在這里把其稱作立體綠化層。由于立體綠化層的對(duì)流換熱系數(shù)與混泥土的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)接近，可以忽略的變化。內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)不變。立體綠化層相當(dāng)于增加了一個(gè)導(dǎo)熱熱阻，可以由式(4－3)表示，空調(diào)房間單位時(shí)間冷負(fù)荷進(jìn)一步降低。
4結(jié)論與建議
立體綠化作為建筑節(jié)能的一個(gè)新的發(fā)展方向，其具有的低碳、環(huán)保理念，以及很高的性價(jià)比，為推廣普及帶來了很大便利。但就目前中國能耗現(xiàn)狀來看，還有一些技術(shù)問題有待進(jìn)一步研究:(1)立體綠化對(duì)霧霾的影響程度以及作用原理還有待進(jìn)一步研究;(2)立體綠化對(duì)空調(diào)的節(jié)能效率，以及不同地區(qū)實(shí)施立體綠化存在的干擾因素需要更深入的研究;(3)政府方面的政策扶持，相應(yīng)規(guī)范需要進(jìn)一步制定。
參考文獻(xiàn)
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［2］黃任．廣州地區(qū)立體綠化對(duì)建筑熱環(huán)境及能耗影響研究［D］．廣州大學(xué)，2013．
［3］張建國，谷立靜．我國綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及政策建議［J］．中國能源，2012．
［4］許艷梅．南京豐盛商匯辦公樓綠色建筑設(shè)計(jì)［J］．建筑科技，2014．
作者：潘旭丹 單位：廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院
