藤本植物遮荫对室内温度的影响研究

邹秀芬，施 鹏

(1.云南林业职业技术学院，云南 昆明 650224；2.纽约州立大学石溪分校工程系，美国 纽约 11790)

藤本植物遮荫对室内温度的影响研究

邹秀芬1，施 鹏2

(1.云南林业职业技术学院，云南 昆明 650224；2.纽约州立大学石溪分校工程系，美国 纽约 11790)

阐述太阳辐射对建筑物内部温的主要影响方式。介绍限制太阳辐射影响室内温度的2种常规方案——使用窗帘及采用Low-E玻璃，分析其优缺点，提出利用藤本植物遮荫限制室内温度的方案，并阐述藤本植物的选择、结构及方案的有效性。

藤本植物；限制太阳辐射；室内温度；Low-E玻璃；植物遮荫覆盖率；方案有效性

1 研究区自然概况

昆明市位于中国的西南部，云贵高原中部，是云南省省会，云南省政治、经济、文化、科技、交通中心，市中心海拔 1 891 m。据建国以来的气候资料统计，昆明市年均温14.5℃，最热月(7月)均温19.7℃，最冷月(1月)均温7.5℃，年温差12～13℃。全年降水量约 1 031 mm，相对湿度为 74%;全年无霜期近年来均在240 d以上。全年晴天较多，日照时间年均 2 445.6 h，日照率56%。终年太阳投射角度大，年均总辐射量达129.78 kcal/cm2，其中雨季62.78 kcal/cm2，干季67 kcal/cm2。南濒滇池，三面环山。土壤为酸性红壤、砖红壤。

2 太阳辐射对建筑物内部温度的影响方式

太阳辐射可以被视为地球上很多热现象的热源。总体上，正如建筑的外界环境温度一样，建筑的内部环境温度也直接受太阳辐射的影响。假设建筑的墙体和房顶有足够的热阻，热辐射对室内温度的影响主要是通过窗户。这种传热有2种主要渠道，直接的热辐射和间接的热对流。大部分新一代的窗户玻璃都采用双层玻璃及真空间歇的结构来限制室内外的热对流。但对于热辐射的限制则更加困难。首先，玻璃的透明特性限制了其热辐射系数所能达到的理论最小值。其次，来自太阳的热辐射并不总是给室内温度带来负面影响。在冬季，人们希望室内能接收到尽可能多的热辐射。而在夏季，则希望尽可能限制热辐射经过窗户的穿透，否则，室内制冷设备的功耗将随之增加。

3 限制太阳辐射影响室内温度的解决方案

3.1 常规解决方案

1)使用窗帘。使用窗帘来阻挡太阳辐射透过窗户，虽然这是目前绝大部分建筑所采用的方案，但其效果非常有限。首先，虽然太阳的可见光部分可以被窗帘阻挡，但具有较高能量的热辐射部分会继续影响室内温度。这种影响相对间接：太阳辐射首先加热窗帘本身，之后高过室温的窗帘通过热对流来提高室内温度。虽然目前有新的室外电动遮荫装置，但由于其技术的复杂和高成本，很难被大部分消费者接受。

2)采用Low-E玻璃。Low-E玻璃是一种较新的玻璃涂层技术[1]。其核心是在玻璃表面喷涂一层有较低热辐射系数的薄膜。采用这种玻璃的窗户能够将大部分的太阳辐射直接反射回室外，从而降低其对室内温度的影响。这种解决方案的缺点主要是高成本及无法调节。由于这种涂层含要求较高的制造技术，因此其制造成本比一般玻璃高很多倍。

3.2 采用藤本植物

3.2.1 方案的提出

在此笔者将介绍第3种解决方案：综合室外遮荫装置的结构及绿色植物的Low-E特性，利用室外植物遮荫来减少太阳辐射对室内环境温度的影响。直观来看，这种新的解决方案有非常明显的优势：1)由于采用室外遮荫装置的结构，抛弃了其复杂的电动部分，制造成本将因此显著降低。2)绿色植物的低热辐射系数将明显提升这种方案的有效性——大部分太阳辐射将被绿色植物叶片反射，一部分被叶片吸收用于光合作用，余下的低能量可见光部分才会透过窗户用于室内照明。

为了达到在冬天让尽可能多的太阳辐射穿透至室内，在夏天则尽量限制其穿透的目的，最好的选择是藤本落叶植物。这种植物夏天繁茂的枝叶能提供最高的遮荫覆盖率。由于其落叶特性，在冬天遮荫覆盖率将自动降低至最小值。

现以爬山虎为例说明遮荫植物的选择。爬山虎是葡萄科爬山虎属植物，是最常用也是最理想的攀缘植物，它是木质藤本，卷须顶端扩大成粘性吸盘，依靠吸盘和卷须，可以攀爬墙壁、支架、光滑的瓷砖、玻璃。具有生长迅速，种植管理容易的特点，占地面积少，可利用花坛和花盆栽培种植。绿化覆盖面积大，一根茎粗2 cm的藤条，种植2年，墙面绿化覆盖面积可达30～40 m2。植物叶片大、茎叶密集、不怕强光、抗日晒、抗氯气，耐寒，耐旱，耐贫瘠，耐修剪，在生长过程中可根据遮荫支架的大小、形状修剪整理枝蔓、叶片，以保持整洁、美观、实用。爬山虎通常用扦插繁殖，也可以采用播种法、压条法繁殖。方法简单，操作容易，成活率高。爬山虎适应性强，对土壤要求不严。我国从吉林省到广东省分布广泛，在现代城市绿化，特别是城市垂直绿化中运用十分广泛。

除爬山虎之外，蝶形花科紫藤、紫葳科美洲凌霄花、卫矛科南蛇藤、葡萄科葡萄、旋花科牵牛花等也可作遮荫植物。

至于遮荫植物特殊的护理方面，是在植物落叶后对枯枝落叶要进行认真的清理，以保持遮荫支架的清洁、干净，有利于冬季太阳光的透射。

3.2.2 方案的结构

就结构来说，这种新方案的结构较为简单。首先，在需要遮荫的窗户外安装类似图1的支架。这种支架为藤本植物创造了攀爬的空间。而且，通过对支架大小、横条疏密的控制，使藤本植物的遮荫覆盖率得到控制。植物的根系可以置于室外，也可以置于室内。如果室外不具备栽种条件，藤本植物的根系可以放置在室内，之后将主干引导到室外的支架上。

图1 攀爬支架Fig.1 Climbing support

3.2.3 方案的有效性

这种植物室外遮荫的方案有效性可通过建筑计算机热仿真的方式来加以检验。在此借用纽约州立大学石溪分校工程系王临树教授所指导的建筑节能研究小组的建筑热现象仿真模型[2]。这个模型是基于一座占地214.6 m2的一层楼建筑。其WWR(建筑开窗率)被定为42%，即窗户占所在墙体面积的42%。模型的仿真地点选在昆明，并采用2016年的气象数据。

由于此新方案重心在于限制夏天太阳辐射对室内温度的影响，因此模型计算5—10月份室内温度受植物遮荫覆盖率的影响。植物遮荫覆盖率被定义为能穿透植物遮荫层及窗户玻璃到达室内的太阳辐射百分比。

图2 无植物遮荫覆盖时室外环境温度及室内空气平均温度Fig.2 Temperature outdoors and indoors without plant shade

图2为未采用植物室外遮荫方案时，室外环境温度(最高和最低)及室内空气平均温度在无制冷设备条件下的仿真结果。在去除初始条件对结果的影响(5月初)之后，正如直观猜想，由于建筑的隔热作用，在夏天，室内空气温度普遍高于室外最低温度。同时，建筑墙体的热容量能够在室外环境温度达到最高时起到缓冲作用。

图3 不同植物遮荫覆盖率对室内空气平均温度的影响Fig.3 Effect of different plant shade coverage on indoor average temperature

图3为不同植物遮荫覆盖率对室内空气平均温度的影响。从图3中可看出，在无制冷设备的条件下，可以很明显地看到植物遮荫覆盖率对室内平均温度的影响。当覆盖率为20%时，室内最高温度为26°C。当覆盖率提升到80%时，室内最高温降至24°C。总体上，植物遮荫覆盖率每提升20%，室内均温则降低0.5°C。

计算机仿真的结果证实了室外植物遮荫方案在夏天对控制太阳辐射影响室内温度的有效性。

4 结论

藤本遮荫植物不但可以降低室温，节能环保，还可以观叶、观花、观果，有的藤本植物还散发芳香味，有些藤本植物的根、茎、叶、花、果实等还可以提供食材、药材、香料等。藤本遮荫植物还可以吸灰防尘、调节湿度、减少噪音、净化空气、吸收二氧化碳、美化环境。利用藤本植物遮荫可实现夏天遮荫，冬天不遮阳，使城市走向绿色生态化。

[1] CESARE P D.What is Low-E Glass?[EB/OL].http://glassed.vitroglazings.com/glasstopics/how_lowe_works.aspx.

[2] SHI P.Simulation of the Homeostasis Solution in Building Energy and The Roles of Structural Thermal Mass and Water-Based Thermal Mass[D]. Stony Brook University,2016.

[3] 中国气候资料网[EB/OL].

[4] 苏家和.常见花卉[M].成都：四川科学技术出版社，1981.

[5] 薛丹，张健，魏中鹏，等.伊宁市本地木本植物指数及园林应用研究[J].林业调查规划，2016，41(1)：139-143.

Effect of Lianas Shade on the Indoor Temperature

ZOU Xiufen1, SHI Peng2

(1.Yunnan Forestry Vocational and Technical College , Kunming 650224, China;2. Engineering Department , State University of New York at Stony Brook, New York 11790,American)

The main effect of solar radiation on the indoor temperature of buildings was discussed. By analyzing advantages and disadvantages of two conventional ways to limit the effect of solar radiation on the indoor temperature - the use of curtain or Low-e glass, this paper put forward the plan of limiting indoor temperature with lianas shade, and illustrated the choice of lianas, the structure of plant and the effectiveness of the plan.

lianas; limiting solar radiation; indoor temperature; Low-E glass; coverage of plant shade; effectiveness of plan

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.04.018

S687.2；P463.224

A

1671-3168(2017)04-0082-03

2017-03-20；

2017-04-11.

邹秀芬(1963-)，女，云南昆明人，讲师.从事森林植物等教学与研究.