基于案例分析的屋顶绿化降温能力研究

宋欣怡 孔令云 胡雪

摘要：高密度的城市核心区开发方式对生态环境造成的负面影响很多，因此，生态低碳的设计理念尤为重要。屋顶绿化可在高楼上开辟绿地，节约空间，有效解决高密度地区的环境问题。目前，关于屋顶绿化与城市热岛效应之间的关系一直是研究的热点，然而对于如何使用的问题，给出的具体建议并不是很多。文章通过对国内外部分屋顶绿化案例进行分析比较，对比其降温作用、降温机制以及对城市热岛效应的影响，总结影响屋顶绿化的降温能力的因素，对我国屋顶绿化设计提出建议，并展望未来我国屋顶绿化的发展方向。

关键词：屋顶绿化；降温；人居环境

中图分类号：TU985.12 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）10-0-03

0 引言

随着我国经济的快速发展，城镇化水平越来越高，城市中心区域、发展迅速区域等人口、建筑密度较高的地区越来越多。这些地区凸显出越来越多的环境问题，亟须解决。

研究表明，城市的绿色空间对居民健康不仅具有积极影响，还能降低周边环境温度。屋顶绿化作为城市绿色空间的重要发展方向，相关研究与建设尤为重要。屋顶绿化具有城市绿地的大部分功能，有助于实现生物的多样性，改善城市热环境，净化污水，改善人居环境等。在城市高密度区域，屋顶绿化是快速增加城市绿地面积最简单有效的方式，也是最贴近人们生活的改造方式，可以快速有效地美化生活环境。总之，屋顶绿化是在城市用地紧张、绿地扩张受限的现实问题下，降低城市温度、改善人居环境、减少城市碳排放的最有效的方法之一，也是近年来研究的热点。

1 屋顶绿化缓解热岛效应研究进展

1.1 热岛效应评价方法

目前，城市热岛效应的评价方法主要有三种：实地观测、空间技术观测和数值模拟方法［1］。

1.2 影响屋顶绿化降温作用的因素

屋顶绿化能够降低屋面及其周边温度，起到被动式降温作用，缓解热岛效应。主要通过三种方式实现［2］。

第一，植物的蒸腾作用和土壤蒸发，带走大量热量，降低周边温度。

第二，叶面能有效阻挡太阳辐射，并具有较高的反照率，相比人造材料，更能反射太阳光。

第三，基质可在一定程度上影响建筑的保温效果，在高温和寒冷的状态下，效果更为明显。

植物种类、基质种类与厚度、灌溉方式的不同，在很大程度上影响屋顶绿化的降温效果。

2 高密度城市地区绿化屋顶降温效果

2.1 厦门、广州地区屋顶绿化降温分析

厦门、广州都属于我国经济比较发达的地区，是高密度城市地区，面临的环境问题也比较突出。同时，这两个地区也是我国屋顶绿化发展比较早的区域，屋顶绿化已有一定的规模，对屋顶绿化的降温也有比较明显的作用。表1对广州国际金融岛与厦门岛地区屋顶绿化降温概况进行了比較。

2014—2017年，厦门岛LST的空间分布没有变化，明显低温区集中在南方，高温区主要分布在北方，最严重的UHI效应在西北地区。与2014年相比，厦门岛的平均LST在2017年增加了4.54℃，屋绿色屋顶部分增加了3.63℃。

在实施屋顶绿化之前，厦门岛平均LST和绿色屋顶分别为31.96℃和33.13℃。实施绿色屋顶之后，厦门岛平均LST和绿地屋顶分别为36.50℃和36.76℃。遵循绿色屋顶实施政策，厦门岛平均LST和绿色屋顶差值下降0.91℃。这一结果与以前研究一致，绿色屋顶降低的平均环境温度在0.3至3K，高密度城市地区的绿色屋顶正帮助降低UHI对厦门的影响［3］。

2.2 应用思考

在高密度地区，更应将屋顶绿化与绿化系统当作整体进行统一考虑，使屋顶绿化范围集中并形成规模，使其更接近地面绿化的作用，最大限度发挥绿色缓冲区的生态效益。

不过，在现代城市建设中，并不是所有的屋顶都适合进行绿化建设。屋顶的承重防水也要纳入考虑范围。在同一座建筑物中，低矮部分的屋顶绿化具有更加明显的降温效果，较低矮的区域也更适宜植物生长，环境条件不太恶劣。屋顶绿化的范围要根据建筑高度来规定，因此在高密度地区的设计中，楼层的高低要合理搭配，控制楼层高度，适当减少过高楼层，以增加更多的可用屋顶绿化面积。

3 单个屋顶绿化项目降温效果

3.1 项目降温效果比较

新加坡是屋顶绿化发展较早的国家之一。21世纪以来，其一直遵从让花园及绿化带都生长在缝隙里，与混凝土并存共生的理念。上海同济大学的Joy Garden是研究性设计方法的实施成果之一，范围虽然比较小，但各方面成熟完善。本文将其与新加坡The Interlace大楼进行对比（见表2），分析二者的异同及降温效果。

二者都是比较有代表性的屋顶绿化，都经过仔细的规划设计，虽然在规模上有较大差异，植物种类数量差别也巨大，但降温效果都十分明显。

3.2 设计特点

The Interlace被设计为城市绿色和蓝色系统的一部分，它的地面景观空间容纳了大量的植被，丰富了现有的生态系统，地面和高架景观空间提供了一个综合的雨水管理系统，以调节径流率，并在水流进入各自的排水沟之前做好净化处理工作。

景观区域包括地下室花园、生态甲板、景观甲板、屋顶花园和沿着较低层挡土墙的绿色墙壁。种植面积（硬景观和软景观）占场地面积的78%，即景观置

换面积（LRA）为0.78，绿色区域（软景观）的份额为39%。其中，80%位于地面花园，8%分布在高层水平，8%分布在屋顶花园，其余4%分布在较低水平的绿色墙壁上。

Joy Garden规模相对较小，运用了研究型设计方法，通过预研究，进行屋顶荷载模拟、风环境模拟、日照模拟、雨洪调节设计、生物多样性设计，后经项目实际实施后的调整，以最大限度地发挥它的生态效益。两个建筑物的场地平面图如下（见图1）。

在生物多样性方面，对The Interlac开发景观区域的植被进行调查，在该地区的5个区域中发现了248个不同的物种，树叶覆盖面积为3公顷。其中，有34种是新加坡本土物种，其余214种是引进物种。在34种本地物种中，有6种吸引鸟类，有3种吸引蝴蝶。

Joy Garden为增加屋顶花园的生物多样性，在原来的基础上增加蜜源植物，以吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，创造小型生态系统。新增的植物包括松果菊（Echinacea purpurea）、藤本月季（Climbing Roses）、波斯菊（Cosmos bipinnata Cav.）、风车茉莉（Trachelospermum jasminoides.）和八仙花〔Cardiandra moellendorffii （Hance） Migo〕，植物种类由原本的15种增加到20种。

虽然二者规模差别较大，但在生物多样性方面都运用了较多的蜜源植物吸引昆虫鸟类，且屋顶绿化有较好的降温作用。对城市的硬质地面来说，更加适宜生物生存。

在节能降温方面，二者在设计上都有意识地进行了温度监测，The Interlac对各个位置的遮阴进行了合理的安排规划，每种材质表面都有较好的降温效果，Joy Garden绿化区域平均降温10℃左右，非绿化区域仍比周围屋面低2℃～6℃，降温效果明显，每年制冷期节约电能约58.8kW/h，取暖期节约894.4kW/h，全生命周期内约节约电能达38.13MW/h。

3.3 总结

经以上对比，发现无论屋顶绿化规模如何，其降温节能效果都十分显著。且众多研究表明，屋顶绿化可以将传统屋顶的寿命延长两倍，虽然屋顶绿化的建造养护成本比普通屋顶高出不少，但对降温节能的生态效益和屋顶寿命的延长来说具有积极作用，应该大力推广。

4 降温效果产生的生态效益

4.1 减少碳排放

在屋顶绿化发展较广泛的地区，建筑内耗显著降低，屋顶绿化推广面积越大，效果越显著，越能减少碳排放。减少城市用电量相当于减少城市碳排放，一些屋顶绿化运用光伏屋顶，在节能减排方面甚至有望实现“零碳”目标，结合我国碳达峰、碳中和的“双碳”政策，更应该大范围普及屋顶绿化项目。

4.2 增加生物的多样性

城市的发展在一定程度上会对生态環境造成破坏，而屋顶绿化可以缓解这一现象，对保护生物多样性有显著作用。屋顶绿化可以在城市立面形成供植物与动植物生存的小型生态系统，为鸟类增加栖息地，为昆虫提供蜜源。同时，也可在城市屋顶上形成小的斑块。

屋顶空间的利用为增加城市绿地面积提供了切实可行的途径。随着城市化进程的加快，绿色屋顶必然得到普及，设计得当的屋顶绿化能够发挥与地面绿地相当的生态保护作用，也能为人们亲近自然提供更方便快捷的途径，从而真正实现人与自然和平共处。

4.3 提高人居环境的舒适度

屋顶绿化群能使整个城市的生态环境得到改善，提高整个城市的人居环境舒适度，使城市居民生活在一个更健康舒适的环境中。在屋顶上除了造景的植物外，果蔬的栽植不仅能满足观赏需求，还能给青少年提供更多的科普区域，使其以充满趣味的方式亲近自然。人居环境舒适度的提升可以增强居民的幸福感和对生活的认同感，减少青少年的心理问题。

5 结语

分析以上案例表明，屋顶绿化对城市室内外降温作用明显，能有效减缓城市热岛效应，减少城市碳排放，增加城市生物的多样性，在人口密度大、城市建筑密集的地区，屋顶绿化的作用更为明显。实践证明，屋顶绿化是解决城市绿地环境问题的重要方式，不过目前相关屋顶绿化降温案例还不够多，在后续的研究中可分地区进行系统的调研统计，更全面地总结研究屋顶绿化的降温效果。同时，可根据各地区的现实条件进行屋顶绿化降温模拟研究，规划出更加合理的城市屋顶绿化营建模式，最大限度地保护城市的生态环境。

参考文献：

［1］ 章莉，詹庆明，蓝玉良.武汉市居住用地绿地降温效应研究［J］.中国园林，2018，34（4）：47-53.

［2］ 苏王新，常青，刘筱，等.城市蓝绿基础设施降温效应研究综述［J］.生态学报，2021，41（7）：2902-2917.

［3］ 张棋斐，文雅，吴志峰，等.高密度建成区湖泊水体的热缓释效应及其季相差异：以广州市中心城区为例［J］.生态环境学报，2018，27（7）：1323-1334.

作者简介：宋欣怡（1997—），女，山东烟台人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。

孔令云（1997—），女，吉林梨树人，硕士在读，研究方

向：风景园林规划设计与理论。

胡雪（1999—），女，山东临沂人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。