重庆市不同类型屋顶绿化的建筑节能效益研究

邹敏+谭兴晏+朱旭东+艾丽皎

作者简介：邹敏（1986—），女，四川锦阳人,助理工程师,硕士,主要从事城市生态学研究。中图分类号：S731.2文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05003103

1引言

随着我国城市化进程的加剧,城市规模不断扩大,城市生态环境问题日益突出［1］。屋顶绿化泛指在各类建筑物、构筑物的顶部以及天台、露台上进行绿化,可缓解城市土地紧张、扩大城市绿地面积,是改善城市生态环境的有效措施之一,也是建筑节能减排的最佳途径之一［2］。它不仅能有效缓解城市热岛效应、降低建筑物能耗［3~5］,还能增添城市景观,使建筑物与环境更加协调统一［6,7］。

由于绿色植物本身对太阳辐射具有反射和遮挡的作用,可使到达地面的太阳净辐射急剧降低,单片叶子所接受的可见光大约75%被吸收,15%被反射,只有10%左右可透射［8］。研究表明,屋顶绿化对环境的改善有着明显的作用［9~11］。屋顶绿化是冬暖夏凉的“绿色空调”,夏季可最大程度降低屋顶表面温度15℃、室温2.0~2.4℃,午后极端高温时降温作用可达到6℃;冬季绿化后的屋顶室内温度比普通屋顶室内温度高4.2℃［12］。有资料表明:夏季办公楼室内温度每降低1℃,一般的空调器可减少5%~10%的用电量［13］。杨志强［14］等对长沙市校园楼房立体绿化的研究结果表明:降温节能效果立体绿化<屋顶灌木绿化<屋顶草坪绿化<裸屋顶,3种绿化方式比裸屋顶降温节能分别为40.4%、34.4%和31.4%［15］。随着低碳城市和节能环保的推广,屋顶绿化在城市中的应用越来越受到重视。目前,有关屋顶绿化的经营方式和植物的科学配置等方面的研究较多,但对屋顶绿化的建筑室内产生降温作用的研究还较为鲜见。本研究通过对绿化、未绿化屋顶室内温度进行同步定点观测,比较不同类型屋顶绿化建筑室内的降温效果,并计算出节能效益,对于重庆市进一步推广城市屋顶绿化具有积极意义。

2材料与方法

2.1试验地点概况

本试验选择了重庆市园林局办公楼、重庆市风景园林科学研究院办公楼为研究对象(表1)。

表1调查样地建设概况

观测点市园林局市园科院建筑楼层4层4层建筑年代2008年2010年屋顶绿化年代2008年2013年屋顶绿化类型花园式简单式屋顶绿化建设面积400m2500m2主要植物种类天竺桂、桂花、假槟榔、三角枫、腊梅、山茶花、棕竹、海桐、栀子、红檵木、红背桂、八角金盘、花叶良姜、十大功劳、杜鹃、结缕草红叶景天、绿叶景天

2.2调查内容和方法

2.2.1观测点设置

花园式屋顶绿化室内温度观测点选择在市园林局办公楼花园式绿化屋顶的4楼室内(总共楼层4层),并选择其未绿化屋顶的4楼室内(总共楼层4层)设对照观测点;简单式屋顶绿化室内温度观测点选择在重庆市风景园林科学研究院办公楼简单式绿化屋顶的4楼室内(总共楼层4层),并选择其未绿化屋顶的4楼室内(总共楼层4层)设对照观测点。

2.2.2观测方法

本试验数据观测采用testo 174H自动温湿度仪,观测时将自动温湿度仪安装在平稳的三脚架上,测点高度均为距地面1.5m高处。试验选择在植物降温效果最为明显的夏季7月10~12日进行3次重复观测试验,观测日均为晴朗高温、无风或弱风(风力小于三级)的天气条件。观测时间从早上9:00到下午17:00,在观测时间段内对试验组和对照组各观测点进行同步测定。自动温湿度仪设置每隔5min记录1次,将每个正点和半点前后5min记录的温度数据平均后作为各正点和半点的温度值进行数据分析。

2.2.3试验仪器

testo 174H自动温湿度仪(温度测定范围为-40~85℃,精度为0.01℃)。

2.2.4数据分析

在本研究中选用Microsoft Excel 2007分析软件对数据进行处理、分析,并作图。基于数据处理结果,将各重复试验的温度相加后取平均值,分析并比较出不同类型屋顶绿化的建筑节能效益。

3结果与分析

3.1不同类型屋顶绿化日变化规律

本试验分别将每个调查样地3d内同一时刻的气温加以平均,算得各样地不同时刻的气温,并进行比较分析(如图1)。由图1可以看出每个调查点室内的温度日变化规律,室内温度随着时间的推移呈先逐渐上升后下降趋势,在15:30时温度均达到最大值。由图可得,测量所得到的室内温度均较高,3种类型屋顶的室内温度变化有显著差异,代表裸露屋顶类型的室内温度变化剧烈且较其他类型均偏高。代表裸露屋顶的两个样地室内最高温度分别是:37.92℃、39.97℃,平均温度分别为:35.12±3.02℃、36.67±3.36℃;简单式屋顶绿化室内最高温度35.41℃,平均温度33.31±2.07℃;花园式屋顶绿化室内最高温度30.11℃,平均温度2837±181℃。室内温度表现为:花园式屋顶绿化<简单式屋顶绿化<未绿化屋顶,简单式、花园式屋顶绿化降温幅度分别为:-0.73℃~2.69℃、4.45℃~10.01℃,说明花园式屋顶绿化对室内的降温效果明显高于简单式。

图1不同类型屋顶绿化室内温度日变化曲线

3.2不同类型屋顶绿化日平均温度比较

不同类型屋顶绿化由于其植被降温效果的差异,其室内温度的差异较大。本试验分别将不同类型3d的温度加以平均,算得日平均温度,并进行比较分析(图2)。由图2可以看出,简单式、花园式屋顶绿化分别能降低室内温度1.81℃,8.31℃,即花园式屋顶绿化对室内的降温效果是简单式的4.6倍。不同的屋顶绿化类型因植物叶面积指数的差异,对阳光的反射率不同,加上绿色植物的同化作用及遮荫作用,使花园式屋顶绿化屋面的净辐射量远小于简单式屋顶绿化的屋面。同时,花园式屋顶绿化因植物的蒸腾和蒸发作用消耗的潜热明显比简单式屋顶绿化的大。这样就使得花园式屋顶绿化屋面的贮热量以及地一气间的显热交换量大为减少,从而使花园式屋顶绿化室内空气获得的热量少,热效应降低［11］。因此,花园式屋顶绿化室内的日平均温度较低,而简单式屋顶绿化的较高。

图2不同类型屋顶绿化室内日平均温度

3.3不同类型屋顶绿化的建筑节能效益比较

耗电量主要看压缩机的功率,压缩机功率=制冷量/能耗比,一般空调能耗比大于3,因此1匹空调的耗电功率一般数据为735W［13］。1.5匹的空调耗电功率为735×1.5=1.10kW•h左右,加上10%左右的风扇等消耗［13］,每小时耗电1.21kW•h。根据屋顶绿化的降温效果和建筑节能效益,我们对3种屋顶绿化类型办公建筑全年节电进行估算,每天使用空调按10h计算,未绿化屋顶室内空调耗电10×1.21=12.1kW•h。

通过对3种屋顶绿化类型进行热工测试实验,实验得出:在一间19.35m2(办公室大小)的房间内,夏季温度每降低1℃,平均每天可节约电0.47度kW•h。因此,市科研院简单式屋顶绿化室内空调耗电较未绿化屋顶室内空调耗电平均每天节约0.85kW•h;市园林局花园式屋顶绿化室内空调耗电较未绿化平均每天节约3.90kW•h。即,简单式屋顶绿化室内空调平均每天耗电量计为11.25kW•h,节约能源比例7.02%;花园式屋顶绿化室内空调平均每天耗电量计为8.2kW•h,节约能源比例32.23%。

4结语

(1)通过比较未绿化屋顶、简单式屋顶绿化、花园式屋顶绿化室内温度的变化得出:未绿化屋顶室内温度日变化较为激烈,且明显高于绿化屋顶室内温度,表现为花园式屋顶绿化<简单式屋顶绿化<未绿化屋顶;花园式屋顶绿化对室内的降温效果是简单式的4.6倍。

(2)简单式屋顶绿化室内空调耗电较未绿化屋顶室内空调耗电平均每天节约0.85kW•h,节约能源比例7.02%;市园林局花园式屋顶绿化室内空调耗电较未绿化平均每天节约3.90kW•h,节约能源比例32.23%。

(3)屋顶绿化研究的目的是促进城市屋顶科学利用,使人们充分认识到屋顶绿化这一特殊的绿化形式对于增加城市绿量,改善城市生态环境,提高人类生活质量等方面的重要作用。只有加强城市屋顶绿化生态效益、功能的评估计量指标体系,为城市绿化规划设计部门在指导城市绿化建设提供依据,促进城市屋顶绿化发展。本试验通过比较简单式、花园式屋顶绿化建筑室内的降温作用,定量推算出了不同屋顶绿化类型建筑室内的节能效益。

参考文献：

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