長沙屋頂綠化節能效能評價
莊志勇,王春梅，黃國林
（湖南省園藝研究所，湖南 長沙 410125）
摘要：屋頂綠化的建設在現代城市的發展中不可或缺，為建筑起到綠色、節能的作用。但在屋頂綠化環保功能效能研究方面比較少，通過比較試驗法評估了輕型屋頂綠化和屋頂花園的節能降溫增濕效應。對屋頂綠化新技術節能效能做出正確的評價。
關鍵詞：屋頂綠化；節能效能；評價
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展越來越多的綠化形式，它的作用大家都知道。但如何量化，如何用試驗數據告訴大家來進一步提高認識，更加重視,還有很多的工作要做。比如夏季降低樓底室內多少溫度，減少多少空調能耗，對減輕城市＂熱島效應＂起了多大作用。又比如在通過屋頂綠化中的土壤層或基質層儲存雨水，使城市雨水徑流變得緩和,減輕雨水排水管壓力，延長屋頂的使用壽命方面的具體表現。試驗通過在長沙城市的屋頂做對比試驗，記錄和試驗分析，得出夏天屋頂綠化節能效能比較評價。
1 材料與方法
1.1試驗地概況
屋頂綠化試驗設在湖南省長沙市芙蓉區和經濟技術開發區兩處地方，此兩地段毗鄰，地處東經113°01'24"～113°08'40"、北緯28°12'11"～28°17'42"之間。氣候屬典型的亞熱帶季風性濕潤氣候，溫暖潮濕、四季分明、春夏多雨、暑熱期長、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。試驗屋頂為10層樓頂和6樓裙樓樓頂。試驗時間：2012年4月1日～2013年3月31日。
1.2試驗材料情況
屋頂綠化為花園式復合型多層次植物景觀綠化，喬、灌、草結合，建造完已有2年，養護好，植物生長健壯，屋頂的植物覆蓋率為75.6%。未綠化的屋頂外表面是做過柔性防水和剛性防水的裸露屋頂。
1.3試驗設計與方法
在4個不同的地方（A、B、C、D 4個試驗點）選取比較好的屋頂綠化進行溫度測量，測量的位置和高度相對一致。在同一時間春、夏、秋、冬四季綠化屋頂外表面和裸屋頂外表面溫度、濕度、輻射進行測定。溫度測量點 ：頂層裸屋頂外表面、頂層裸屋頂內表面、遮陽板下屋頂外表面、遮陽板下屋頂內表面、綠化層下屋頂外表面、綠化層下屋頂內表面、正常室外空氣溫度。室外溫度測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。室內的數據測量為距屋頂100厘米處。溫度記錄時間每天從早晨6點到下午18點每小時正點測量并記錄數據一次，共12次。應用比較研究法評估了屋頂綠化的節能降溫增濕效應。試驗儀器采用熱電偶溫度傳感器和惠普數據采集儀。
2結果與分析
2.1長沙城區屋頂與地面的主要氣象因素對比評價
對長沙城區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。通過對地面和屋頂主要氣象因素的觀測，結果發現除夏季外，其他三個季節的差異性不顯著。因此我們對兩種環境的夏季氣象指標進行比較，具體觀測結果見圖1～3。
從圖1中可以看出，樓頂和地面溫度隨著時間的變化均呈上升——下降的趨勢，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間溫度達到最高值50℃，比6:00高22℃，地面溫度在13:30左右達到最高值38℃，比6:00高10℃。屋頂與地面中午最大溫差達12℃。從圖2中可以看出，樓頂和地面相對濕度變化呈“U”型分布，樓頂相對濕度下降較快，變化范圍為22%～81%，在13:00～14:00相對濕度達到最小值22%，比6:00下降59％；地面變化范圍為30%～82%，在15:00左右相對濕度達到最小值30%，比6:00下降52％。從圖3中可以看出，樓頂與地面太陽輻射強度呈上升——下降趨勢，均在13:00～14:00間達到最高值，差別不明顯，但整體上樓頂的太陽輻射要高于地面。
本試驗僅是分別在四個季節的某一時段對屋頂和地面兩種環境的基本氣象指標進行了觀測和比較，還不能很好地說明兩種環境的動態變化規律，但是通過研究發現屋頂和地面在春、秋和冬季三個季節的溫度、濕度、太陽輻射強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，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出“冬暖夏涼”現象。
表3 不同季節不同屋頂外表面溫度差異
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外表面屋頂類型(℃/d) |
與屋頂綠化比較 |
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季別 |
裸露屋頂 |
遮陽板屋頂 |
綠化屋頂 |
裸露屋頂 |
遮陽板屋頂 |
||
|
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，綠化屋頂內表面溫度與裸屋頂內表面溫度比春、夏、秋三季低12％左右，冬季要高22％。其與遮陽板屋頂內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％。綠化屋頂內表面溫度冬暖夏涼，效果比遮陽板屋頂略勝一籌。同時裸露屋頂內表面溫度表現出冬季明顯低于其他兩種屋頂，夏季高于其他兩種屋頂的趨勢。水泥遮陽板屋頂內表面溫度與綠化屋頂的差異不大，但表現出比綠化屋頂波動大的情況。綠化屋頂內表面溫度在夏、秋、春三季平穩且最低，冬季卻有升高，反映出綠化屋頂確有冬暖夏涼之效。
表4 不同屋頂結構內表面溫度差異
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內表面屋頂類型(℃/d) |
與屋頂綠化比較 |
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季別 |
裸露屋頂 |
遮陽板屋頂 |
綠化屋頂 |
裸露屋頂 |
遮陽板屋頂 |
||
|
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 夏天屋頂綠化節能效能比較評價
應用比較研究法評估了屋頂綠化的節能降溫增濕效應。觀測結果表明：冬天保暖升溫效果顯著，冬季裸屋頂外表面溫度圍繞遮陽板屋頂外表面溫度起伏，而遮陽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板屋頂，遮陽板屋頂高于裸屋頂的趨勢。屋頂綠化后室內冬季氣溫平均增溫近2.3℃，其地面和室內的溫度也略有提高，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，溫差在2.0℃左右；相同時間內觀測記載的裸露屋面溫度大幅度上下波動，酷熱夏天裸露溫差高達13-20℃，而寒冷的冬天也高達10℃左右。由此可見，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，從而延長了屋頂保護層的使用壽命。
從表5看出，綠化屋頂和裸露屋頂在夏季高溫時期與觀測的地面溫度平均值做比較，綠化區比裸露屋頂平均溫度降低6℃；裸露屋頂的屋頂地面溫度最高高達50.5℃，而綠化屋頂地溫只有35.4℃，使樓頂屋面溫度降低近15.1℃。綠化屋頂對應屋頂的室內溫度平均降低1.5℃。屋頂綠化區空氣濕度增加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。
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表5 炎熱夏天觀測主要數據對比分析 |
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實 測 溫 濕 度 |
地 溫 |
室溫（14時） |
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氣 溫 |
相對濕度 |
地面溫度 |
10厘米地溫 |
室內溫度 |
棚頂溫度 |
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|
08 |
14 |
08 |
14 |
08 |
14 |
日最高 |
08 |
14 |
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|
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 |
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|
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 |
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|
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 |
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3 結論與討論
屋頂綠化分為簡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型，不論哪種類型都將在長沙未來綠化中具有廣闊的發展前景，其具有夏天降溫、冬天保溫、增濕、美化環境、凈化空氣、降低噪音、提高城市蓄排水功能和緩解熱島效應等作用,而且還具有豐富城市立體景觀、改善建筑物環境小氣候,提高建筑物防水層使用壽命、節約能源等作用。如何更好的掌握屋頂環境相對于地面環境的變化及其規律、以及如何解決和利用好這些變化是今后發展屋頂綠化面臨的首要問題。
參考文獻：
[1] 江洪濤，程彬彬. 屋頂綠化節能降耗的定量分析.上海農業網，2010-03-11.
作者簡介：莊志勇（1975年 9月生），男，長沙縣人，職稱：副研究員，主要從事園林工程、花卉研究工作。