長(zhǎng)沙屋頂綠化節(jié)能效能評(píng)價(jià)
莊志勇,王春梅,黃國(guó)林
(湖南省園藝研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125)
摘要:屋頂綠化的建設(shè)在現(xiàn)代城市的發(fā)展中不可或缺,為建筑起到綠色、節(jié)能的作用。但在屋頂綠化環(huán)保功能效能研究方面比較少,通過(guò)比較試驗(yàn)法評(píng)估了輕型屋頂綠化和屋頂花園的節(jié)能降溫增濕效應(yīng)。對(duì)屋頂綠化新技術(shù)節(jié)能效能做出正確的評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞:屋頂綠化;節(jié)能效能;評(píng)價(jià)
Evaluation of Changsha green roof energy saving efficiency
Zhiyong Zhuang, Chunmei Wang, Guolin Huang
(Hunan Province Institute of Horticulture, Hunan Changsha 410125)
Abstract: the construction of roof greening is an important part in the development of modern cities, to green, energy-saving effect for building.But in the study of environmental protection function of effectiveness of roof greening is less, by comparing the test method to assess the energy saving light roof greening and Roof garden, cooling and humidifying effect. Make a correct evaluation on the roof greening of new technologyenergy-saving efficiency.
Keywords: green roof; energy saving effectiveness;evaluation;
屋頂綠化是目前城市發(fā)展越來(lái)越多的綠化形式,它的作用大家都知道。但如何量化,如何用試驗(yàn)數(shù)據(jù)告訴大家來(lái)進(jìn)一步提高認(rèn)識(shí),更加重視,還有很多的工作要做。比如夏季降低樓底室內(nèi)多少溫度,減少多少空調(diào)能耗,對(duì)減輕城市"熱島效應(yīng)"起了多大作用。又比如在通過(guò)屋頂綠化中的土壤層或基質(zhì)層儲(chǔ)存雨水,使城市雨水徑流變得緩和,減輕雨水排水管壓力,延長(zhǎng)屋頂?shù)氖褂脡勖矫娴木唧w表現(xiàn)。試驗(yàn)通過(guò)在長(zhǎng)沙城市的屋頂做對(duì)比試驗(yàn),記錄和試驗(yàn)分析,得出夏天屋頂綠化節(jié)能效能比較評(píng)價(jià)。
1 材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
屋頂綠化試驗(yàn)設(shè)在湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)兩處地方,此兩地段毗鄰,地處東經(jīng)113°01'24"~113°08'40"、北緯28°12'11"~28°17'42"之間。氣候?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候,溫暖潮濕、四季分明、春夏多雨、暑熱期長(zhǎng)、秋冬多旱、低溫期短。每年平均氣溫17.1℃,每年的平均降水量為1296毫米。試驗(yàn)屋頂為10層樓頂和6樓裙樓樓頂。試驗(yàn)時(shí)間:2012年4月1日~2013年3月31日。
1.2試驗(yàn)材料情況
屋頂綠化為花園式復(fù)合型多層次植物景觀綠化,喬、灌、草結(jié)合,建造完已有2年,養(yǎng)護(hù)好,植物生長(zhǎng)健壯,屋頂?shù)闹参锔采w率為75.6%。未綠化的屋頂外表面是做過(guò)柔性防水和剛性防水的裸露屋頂。
1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法
在4個(gè)不同的地方(A、B、C、D 4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn))選取比較好的屋頂綠化進(jìn)行溫度測(cè)量,測(cè)量的位置和高度相對(duì)一致。在同一時(shí)間春、夏、秋、冬四季綠化屋頂外表面和裸屋頂外表面溫度、濕度、輻射進(jìn)行測(cè)定。溫度測(cè)量點(diǎn) :頂層裸屋頂外表面、頂層裸屋頂內(nèi)表面、遮陽(yáng)板下屋頂外表面、遮陽(yáng)板下屋頂內(nèi)表面、綠化層下屋頂外表面、綠化層下屋頂內(nèi)表面、正常室外空氣溫度。室外溫度測(cè)得的是地面上那一層空氣的溫度,而不是地面溫度,離地30厘米的位置。室內(nèi)的數(shù)據(jù)測(cè)量為距屋頂100厘米處。溫度記錄時(shí)間每天從早晨6點(diǎn)到下午18點(diǎn)每小時(shí)正點(diǎn)測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)一次,共12次。應(yīng)用比較研究法評(píng)估了屋頂綠化的節(jié)能降溫增濕效應(yīng)。試驗(yàn)儀器采用熱電偶溫度傳感器和惠普數(shù)據(jù)采集儀。
2結(jié)果與分析
2.1長(zhǎng)沙城區(qū)屋頂與地面的主要?dú)庀笠蛩貙?duì)比評(píng)價(jià)
對(duì)長(zhǎng)沙城區(qū)屋頂和地面溫度日變化方面的研究主要是為篩選屋頂綠化植物奠定基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)地面和屋頂主要?dú)庀笠蛩氐挠^測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)除夏季外,其他三個(gè)季節(jié)的差異性不顯著。因此我們對(duì)兩種環(huán)境的夏季氣象指標(biāo)進(jìn)行比較,具體觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1~3。
從圖1中可以看出,樓頂和地面溫度隨著時(shí)間的變化均呈上升——下降的趨勢(shì),樓頂溫度升高和下降的速度都較快,地面變化平緩。樓頂在12:00~13:00間溫度達(dá)到最高值50℃,比6:00高22℃,地面溫度在13:30左右達(dá)到最高值38℃,比6:00高10℃。屋頂與地面中午最大溫差達(dá)12℃。從圖2中可以看出,樓頂和地面相對(duì)濕度變化呈“U”型分布,樓頂相對(duì)濕度下降較快,變化范圍為22%~81%,在13:00~14:00相對(duì)濕度達(dá)到最小值22%,比6:00下降59%;地面變化范圍為30%~82%,在15:00左右相對(duì)濕度達(dá)到最小值30%,比6:00下降52%。從圖3中可以看出,樓頂與地面太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈上升——下降趨勢(shì),均在13:00~14:00間達(dá)到最高值,差別不明顯,但整體上樓頂?shù)奶?yáng)輻射要高于地面。
本試驗(yàn)僅是分別在四個(gè)季節(jié)的某一時(shí)段對(duì)屋頂和地面兩種環(huán)境的基本氣象指標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)和比較,還不能很好地說(shuō)明兩種環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,但是通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)屋頂和地面在春、秋和冬季三個(gè)季節(jié)的溫度、濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化差異性不顯著,夏季差異最大,其中在夏季晴朗天氣樓頂和地面中午溫度差異達(dá)到12℃。
2.2、綠化與未綠化的屋頂外表面溫度的差異
從表3可見(jiàn),春、夏、秋三季綠化屋頂外表面溫度比裸屋頂外表面溫度低7%~9%,冬季高8%。綠化屋頂與遮陽(yáng)板屋頂外表面溫度相比,夏、秋二季低4%,春季高1%,冬季高9%。綠化屋頂外表面溫度體現(xiàn)出“冬暖夏涼”現(xiàn)象。
表3 不同季節(jié)不同屋頂外表面溫度差異
|
外表面屋頂類(lèi)型(℃/d) |
與屋頂綠化比較 |
|||||
季別 |
裸露屋頂 |
遮陽(yáng)板屋頂 |
綠化屋頂 |
裸露屋頂 |
遮陽(yáng)板屋頂 |
||
增加(℃/d) |
增加% |
增加(℃/d) |
增加% |
||||
春 |
19.69 |
18.43 |
18.32 |
1.37 |
7.4 |
0.11 |
0.6 |
夏 |
29.41 |
28.22 |
27.36 |
2.05 |
7.5 |
0.86 |
3.1 |
秋 |
22.36 |
21.62 |
20.43 |
1.93 |
9.4 |
1.19 |
5.8 |
冬 |
8.45 |
8.39 |
9.20 |
-0.75 |
-8.1 |
-0.81 |
-8.8 |
從表4可見(jiàn),綠化屋頂內(nèi)表面溫度與裸屋頂內(nèi)表面溫度比春、夏、秋三季低12%左右,冬季要高22%。其與遮陽(yáng)板屋頂內(nèi)表面溫度相比基本相同,略有差異,夏、秋二季低1%~2%,春季相同,冬季高8%。綠化屋頂內(nèi)表面溫度冬暖夏涼,效果比遮陽(yáng)板屋頂略勝一籌。同時(shí)裸露屋頂內(nèi)表面溫度表現(xiàn)出冬季明顯低于其他兩種屋頂,夏季高于其他兩種屋頂?shù)内厔?shì)。水泥遮陽(yáng)板屋頂內(nèi)表面溫度與綠化屋頂?shù)牟町惒淮,但表現(xiàn)出比綠化屋頂波動(dòng)大的情況。綠化屋頂內(nèi)表面溫度在夏、秋、春三季平穩(wěn)且最低,冬季卻有升高,反映出綠化屋頂確有冬暖夏涼之效。
表4 不同屋頂結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度差異
|
內(nèi)表面屋頂類(lèi)型(℃/d) |
與屋頂綠化比較 |
|||||
季別 |
裸露屋頂 |
遮陽(yáng)板屋頂 |
綠化屋頂 |
裸露屋頂 |
遮陽(yáng)板屋頂 |
||
增加(℃/d) |
增加% |
增加(℃/d) |
增加% |
||||
春 |
21.83 |
19.62 |
19.61 |
2.22 |
11.3 |
0.01 |
|
夏 |
33.11 |
30.34 |
29.22 |
3.89 |
13.3 |
1.12 |
3.8 |
秋 |
24.22 |
23.40 |
22.88 |
1.34 |
6.1 |
0.52 |
2.2 |
冬 |
9.32 |
11.01 |
11.98 |
-2.66 |
-22.2 |
-0.97 |
-8.0 |
2.4 夏天屋頂綠化節(jié)能效能比較評(píng)價(jià)
應(yīng)用比較研究法評(píng)估了屋頂綠化的節(jié)能降溫增濕效應(yīng)。觀測(cè)結(jié)果表明:冬天保暖升溫效果顯著,冬季裸屋頂外表面溫度圍繞遮陽(yáng)板屋頂外表面溫度起伏,而遮陽(yáng)板屋頂外表面溫度圍繞綠化屋頂外表面溫度起伏;綠化屋頂外表面溫度高于遮陽(yáng)板屋頂,遮陽(yáng)板屋頂高于裸屋頂?shù)内厔?shì)。屋頂綠化后室內(nèi)冬季氣溫平均增溫近2.3℃,其地面和室內(nèi)的溫度也略有提高,冬天保暖升溫效果顯著。
夏季屋頂綠化隔熱和縮小冷熱溫差的作用明顯:綠化后屋頂溫度的變化比較平穩(wěn),溫差在2.0℃左右;相同時(shí)間內(nèi)觀測(cè)記載的裸露屋面溫度大幅度上下波動(dòng),酷熱夏天裸露溫差高達(dá)13-20℃,而寒冷的冬天也高達(dá)10℃左右。由此可見(jiàn),屋頂綠化能起到顯著的隔熱作用,使居室冬暖夏涼,大大緩解了屋頂冷熱沖擊,從而延長(zhǎng)了屋頂保護(hù)層的使用壽命。
從表5看出,綠化屋頂和裸露屋頂在夏季高溫時(shí)期與觀測(cè)的地面溫度平均值做比較,綠化區(qū)比裸露屋頂平均溫度降低6℃;裸露屋頂?shù)奈蓓數(shù)孛鏈囟茸罡吒哌_(dá)50.5℃,而綠化屋頂?shù)販刂挥?span>35.4℃,使樓頂屋面溫度降低近15.1℃。綠化屋頂對(duì)應(yīng)屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度平均降低1.5℃。屋頂綠化區(qū)空氣濕度增加3%左右。炎熱夏天屋頂綠化后能降低屋面溫度,提高空氣濕度。
表5 炎熱夏天觀測(cè)主要數(shù)據(jù)對(duì)比分析 |
||||||||||||||||||||
|
實(shí) 測(cè) 溫 濕 度 |
地 溫 |
室溫(14時(shí)) |
|||||||||||||||||
氣 溫 |
相對(duì)濕度 |
地面溫度 |
10厘米地溫 |
室內(nèi)溫度 |
棚頂溫度 |
|||||||||||||||
08 |
14 |
08 |
14 |
08 |
14 |
日最高 |
08 |
14 |
||||||||||||
六月 |
屋頂綠化 |
24.6 |
27.8 |
80.6 |
68.3 |
24.8 |
28.9 |
33.7 |
24.4 |
26.2 |
26.1 |
28.6 |
||||||||
裸露屋頂 |
24.7 |
28.8 |
77.0 |
68.7 |
28.7 |
34.8 |
39.5 |
|
|
27.4 |
28.9 |
|||||||||
相差值 |
-0.1 |
-1.0 |
+3.6 |
-0.5 |
-3.9 |
-5.8 |
-5.9 |
|
|
-1.3 |
-0.3 |
|||||||||
七月 |
屋頂綠化 |
29.2 |
33.4 |
78.4 |
60.1 |
28.5 |
35.2 |
40.6 |
28.7 |
30.8 |
30.6 |
30.1 |
||||||||
裸露屋頂 |
28.9 |
33.1 |
77.0 |
60.7 |
34.4 |
42.6 |
47.5 |
|
|
32.4 |
31.1 |
|||||||||
相差值 |
+0.3 |
+0.3 |
+1.4 |
-0.6 |
-5.9 |
-7.6 |
-6.9 |
|
|
-1.8 |
-1.1 |
|||||||||
八月 |
屋頂綠化 |
28.5 |
32.6 |
84.9 |
74.6 |
29.3 |
36.2 |
42.1 |
28.5 |
30.9 |
29.0 |
|
||||||||
裸露屋頂 |
28.3 |
32.0 |
84.2 |
75.4 |
33.8 |
40.8 |
43.6 |
|
|
30.5 |
|
|||||||||
相差值 |
+0.2 |
+0.6 |
+0.7 |
-0.8 |
-4.5 |
-4.6 |
-1.5 |
|
|
-1.5 |
|
3 結(jié)論與討論
屋頂綠化分為簡(jiǎn)單輕型屋頂綠化和花園式屋頂綠化以及介于兩者之間的類(lèi)型,不論哪種類(lèi)型都將在長(zhǎng)沙未來(lái)綠化中具有廣闊的發(fā)展前景,其具有夏天降溫、冬天保溫、增濕、美化環(huán)境、凈化空氣、降低噪音、提高城市蓄排水功能和緩解熱島效應(yīng)等作用,而且還具有豐富城市立體景觀、改善建筑物環(huán)境小氣候,提高建筑物防水層使用壽命、節(jié)約能源等作用。如何更好的掌握屋頂環(huán)境相對(duì)于地面環(huán)境的變化及其規(guī)律、以及如何解決和利用好這些變化是今后發(fā)展屋頂綠化面臨的首要問(wèn)題。
參考文獻(xiàn):
[1] 江洪濤,程彬彬. 屋頂綠化節(jié)能降耗的定量分析.上海農(nóng)業(yè)網(wǎng),2010-03-11.
作者簡(jiǎn)介:莊志勇(1975年 9月生),男,長(zhǎng)沙縣人,職稱(chēng):副研究員,主要從事園林工程、花卉研究工作。