垂直绿化对上海地区既有办公建筑节能改造效果的实测研究

孟 涛 上海市质量监督检验技术研究院



垂直绿化对上海地区既有办公建筑节能改造效果的实测研究

孟 涛 上海市质量监督检验技术研究院

摘要：为研究垂直绿化在上海地区既有建筑节能改造应用中的效果，通过实测比较分析了有无垂直绿化对室内热环境的影响。结果表明，垂直绿化系统通过降低外墙外壁面温度、外墙附近空气温度，间接降低内壁面温度和室内空气温度，在测试工况下可使室内空气平均温度降低3.01℃，从而降低室内空调负荷以实现建筑节能。

关键词：垂直绿化；室内热环境；建筑节能；上海地区

垂直绿化，即在距离外墙一定距离处直接栽种或者搭建附架并栽种绿化植物，作为一种植物与城市建筑物的有机结合，可以改善建筑的生态和室内热环境［1-3］、有效的减少热岛效应［4］、改善空气质量并节能减排［3， 5， 6］。采用垂直绿化墙体的建筑外墙比一般建筑的外墙增加一个垂直绿化系统，也即增加一个绿化层和一个空气夹层。通过构建垂直绿化墙体，大量的太阳辐射通过光合作用、蒸腾作用等被植物吸收，由外墙辐射进入室内的热量亦显著减少。同时，滞止空气夹层的存在减少了建筑外墙的传热系数，可有效减小建筑物内外的热传递速率。狄洪发等人通过数值分析探讨了垂直绿化的降温机理，证明其对降低室内冷负荷有一定的积极作用［7］；研究表明，室内空气温度每降低0.5℃将会使室内空调负荷降低8%［8］。

学者对垂直绿化的原理已进行了较为深入的探讨，但对其在上海地区既有建筑的节能改造中的作用还鲜有研究。垂直绿化可较为方便的对既有建筑物进行节能改造，具有施工简单、工期较短、且不影响建筑物的正常使用等优点。本文以上海某高校多层办公建筑为研究对象，对其在垂直绿化改造后的室内外空气温度、外墙内外表面温度进行测试分析，为垂直绿化在上海市既有建筑的节能改造提供科学依据。

1 测试方案

1.1测试对象

为研究垂直绿化对上海市既有建筑的节能改造效果，选取上海某高校的一栋办公楼进行实测分析。该办公楼建成于1985年，2007年在南立面和西立面进行垂直绿化。地上5层，无地下层，层高均为3.2 m。外墙为标准砖砌筑，无保温措施；外窗为单玻单层窗，办公室内部有窗帘遮阳。如图1所示，该建筑物由南、北两个部分组成，其中南楼南、西外墙都已进行垂直绿化改造，北楼南外墙暂未进行改造。图2是该建筑外墙所采用的垂直绿化系统，其为框架牵引式绿化，目前所选用的绿化植物为常春藤。分别选取北楼三层的A房间和南楼三层的B房间进行实测分析。

1.2测试仪器

图1　实测对象三层平面布置图

图2　垂直绿化系统图

空气温度测试采用哈尔滨工业大学建筑节能仪表研究室研制的温湿度采集记录器（BES-02），量程为（-30～50）℃，测量准确度为（≤0.5）℃；墙体表面温度测试采用K型热电偶，测量准确度为（≤1.5）℃。热电偶数据采集系统采用泓格I-7017数据采集模块对热电偶读数进行采集，精度为±0.01%，零点漂移为±20uV/℃。所有仪器均设置为每5 min自动采集数据一次，且为全天24 h连续记录。

1.3测点布置

1）外墙内、外壁面温度传感器的布置：把热电偶探头紧紧压靠在墙壁面，利用透明胶带紧紧固定，外壁面的热电偶探头用锡箔纸覆盖住，减少太阳光直射对其的影响；在墙内、外表面分别布置2个测点，取其平均值作为外墙表面温度。

2）室内、外空气温度记录仪的布置：温度自动记录仪悬空裸露在空气中。室外的温度传感器距离室外地面8.0 m，水平位置位于绿化层与外墙之间的空气夹层的中间位置，用铝箔纸对室外温度传感器进行遮挡；室内的温度传感器布置在房间的中心位置，距房间地面1.5 m。

1.4测试时间及内容

测试时间为2014年10月1日至2014年10 月8日，期间房间内无人办公停留，门窗关闭、空调及相关用电设备全部关闭。

测试内容为夏季典型天气条件下两个房间的四个参数：南外墙外壁面附近空气温度、南外墙外壁面温度、南外墙内壁面温度、室内空气温度。

2 测试结果及分析

2.1室外空气温度对比

图3　室外温度对比

由图3可以看出：有垂直绿化房间的室外空气温度在白天时段（6：00～20：00）较无垂直绿化房间的低，也即垂直绿化系统对室外空气温度的影响时间段和太阳照射的时间段基本吻合，夜晚时间段（20：00～·6：00）无太阳辐射，垂直绿化系统基本不会对室外空气温度造成影响。

有垂直绿化房间的室外空气平均温度和最高温度分别为22.13℃、29.32℃，无垂直绿化房间的平均温度和最高温度分别为22.75℃、32.21℃，二者日平均温度相差0.62℃，日最高气温相差2.89℃。数据表明垂直绿化系统在太阳直射的情况下，能较大幅度降低建筑外墙附近室外空气温度。

2.2外墙外壁面温度对比

图4　外墙外壁温度对比

图4为有无垂直绿化房间外墙外壁温度的对比图，现分析如下：

有垂直绿化房间的外墙外壁平均温度和最高温度分别为24.71℃、33.82℃，无垂直绿化房间的平均温度和最高温度分别为25.87℃、34.66℃，二者日平均温度差为1.16℃，日最高气温相差0.84℃。同时，有垂直绿化的外墙外壁面温度的变化幅度明显要比无垂直绿化外壁面温度的变化幅度小，这表明绿化植物的覆盖效果好、蒸腾作用强烈，有效地减少了墙体对太阳辐射的吸收，进而减少了墙体向室内传递的热量。

2.3外墙内壁面温度对比

图5　外墙内壁温度对比

图5为有无垂直绿化房间外墙内壁温度的对比图，现分析如下：

有垂直绿化房间的外墙内壁平均温度和最高温度分别为25.18℃、26.19℃，无垂直绿化房间的平均温度和最高温度分别为28.78℃、30.19℃。由图5可知，各个时间点无垂直绿化房间外墙内壁温度均比有垂直绿化房间外墙内壁温度高，二者日平均温度差为3.6℃，日最高气温相差4.0℃。通过对两个曲线对比可知，有垂直绿化的外墙内壁温度曲线较为平缓，表明垂直绿化系统对外墙内壁面的温度有较大的影响，且这种影响相对室外空气温度和外墙外壁面温度的影响较稳定。

2.4室内空气温度对比

图6　室内空气温度对比

图6为有无垂直绿化房间室内空气温度的对比图，现分析如下：

有垂直绿化房间的室内空气平均温度和最高温度分别为25.36℃、27.20℃，无垂直绿化房间的平均温度和最高温度分别为28.37 ℃、30.43℃。两个房间的室内空气温度曲线的变化趋势基本一致，各个时间点无垂直绿化房间室内温度均比有垂直绿化房间室内温度高，二者日平均温度差为3.01℃，日最高气温相差3.23℃。通过对两个曲线对比可知，有垂直绿化的室内温度曲线较为平缓，表明垂直绿化一定程度上增大了围护结构的热惰性。

综合以上数据可知，垂直绿化可以通过降低建筑物外墙外壁面温度、外墙附近空气温度，间接降低内壁面温度和室内空气温度，并增大围护结构的热惰性，因此可以有效的减少空调能耗并改善空调在夏季最不利条件下的运行工况。

3 结论

本文主要研究了垂直绿化系统对上海地区既有建筑物节能改造后的室内温度的影响，通过对测试数据分析得到以下结论：

1）垂直绿化系统是有效的自然遮阳装置，使外墙外壁面温度和外墙附近空气温度较无垂直绿化的房间显著降低。

2）垂直绿化系统有效的降低了室内空气温度（平均温度降低3.01℃），对夏季室内热环境改善效果良好，从而降低室内空调负荷以实现建筑节能。

3）垂直绿化墙体能够有效抵抗室外环境变化对室内环境的影响，有利于室内环境保持稳定。

参考文献

［1］.赵菊，马秀力，肖勇全， 绿化建筑室内热环境的 CFD 模拟［J］. 流体机械，2007， 35 （6）：75-79.

［2］.Manso M，Castro-Gomes J. Green wall systems： A review of their characteristics［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2015， 41：863-871.

［3］.Perini K，Ottelé M，Fraaij A， et al.， Vertical greening systems and the effect on air flow and temperature on the building envelope［J］. Building and Environment， 2011， 46 （11）： 2287-2294.

［4］.Onishi A，Cao X，Ito T， et al.， Evaluating the potential for urban heatisland mitigation by greening parking lots［J］. Urban forestry & Urban greening， 2010， 9 （4）： 323-332.

［5］.Ottelé M，van Bohemen H D，Fraaij A L. Quantifying the deposition of particulate matter on climber vegetation on living walls［J］. Ecological Engineering， 2010， 36 （2）：154-162.

［6］.Wong N H，Tan， A. Y. K.，Chen Y.et al.， Thermal evaluation of vertical greenery systems for building walls［J］. Building and environment， 2010， 45 （3）：663-672.

［7］.狄洪发，王丹妮， 垂直绿化对外墙传热影响的实验研究［c］. 全国暖通空调制冷 1998 年学术年会论文集 （2）， 1998：198-201.

［8］.Dunnett N，Kingsbury N， Planting green roofs and living walls［M］. Timber Press Portland， OR： 2004.

孟涛：（1988-），男，硕士，主要从事建筑节能工作。

Experimental Study on Vertical Greening Impact on Shanghai Existing Office Building Energy Conservation Renovation

Meng Tao Shanghai Quality Supervision and Inspection Technology Research Institute

Abstract：The article carries out research on vertical greening impact on Shanghai existing building energy conservation renovation application through measurement and comparison to analyze impact on indoor thermal environment with or without vertical greening. The result shows that vertical greening system could directly decrease outer wall surface temperature and air temperature near outer wall meanwhile vertical greening system could indirectly decrease inner wall surface temperature and indoor air temperature. Under test condition， indoor air average temperature could decrease to 3.01℃， which could reduce indoor air-conditioning load to realize building energy saving.

Key words：Vertical Greening， Indoor Thermal Environment，Building Energy Saving， Shanghai Area

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.05.005

［作者简介］