溫室效應在建筑外墻綠化上的應用與研究

姜 鵬

1 概述

我國幅員遼闊，地形復雜，各地由于緯度、地勢和地理條件不同，氣候差異懸殊，不同的氣候條件給建筑設計提出不同的要求。我國北方冬天寒冷、春天沙塵嚴重，這一時間段的自然條件不太適合綠色植物的生長。但是，室內暖氣充足、溫度恒定，給綠色植物的生長提供穩定的溫度條件;而植物通過光合作用和蒸騰作用產生的氧氣和水進入室內，又能凈化空氣。本課題著重針對氣候條件相對惡劣的地區而考慮的建筑外墻綠化設計。

溫室效應(Greenhouse effect)，又稱“花房效應”，是大氣保溫效應的俗稱。大氣能使太陽短波輻射到達地面，但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似于栽培農作物的溫室，故名溫室效應。目前在國內外的相關設計和研究中，建筑外墻的綠化技術比較成熟，但是利用“溫室效應”既美化室外環境，又凈化室內空氣的構想尚不多見。為此，在結構上需要進行一定的研究。主要探討在種植槽的基礎上，在建筑外墻或陽臺前面外加裝自動玻璃罩，利用玻璃罩自動升降的特點，在北方特有的氣候條件下，在室外低溫環境下的建筑外墻上創造一個“縱向的溫室”，從而能夠“美化室外環境、凈化室內空氣，為人們的生活創造更好的綠色空間。”

2 建筑外墻綠化

建筑外墻綠化又稱為豎向綠化，是指利用攀援植物或其他垂直綠化技術方法對建筑物外墻壁或圍墻進行綠化裝飾。此種豎向綠化內容形式簡單，并且綠化地域限定在了墻面及墻垣，其特點主要是植物貼墻面生長或攀附于墻垣，或從建筑物頂與圍墻頂垂掛生長。垂直綠化可通過利用物體的表面，向建筑物等索取綠化空間以達到節約土地、增加綠化面積、提高生態質量、美化生活環境的目的。建筑結合豎向綠化的形式有多種類型，不同的分類方式會導致不同的類型形態。本文主要是在擺放、種植槽式的處理方式的基礎上進行設計。

擺放、種植槽式綠化方式是指在建筑物墻體上設置適當尺寸的種植槽或者通過構件固定花盆或花箱種植植物，還可以結合立面設計，在陽臺周邊設置種植槽、花箱、花盆等。由于此種方式完全靠栽種容器來保證植物生長所需的水分和根系生長空間，因此至少要保證深度在45 cm以上，寬度在30 cm以上，并且橫向延伸較長的連續狀態。為了確保充足的水分，還應盡可能設置澆水設施。此外，為能將多余的水分盡快排出，防止根系腐爛，保證植物的健康生長，一定的排水設置也是必要的。如在栽種容器的底部保持適當的坡度、設置排水溝孔、在底部鋪上粗顆粒的石子都是可以采用的方法。

3 建筑外墻綠化的植物栽種類型

垂直綠化都選用攀援類和懸垂類植物，此類植物多屬于落葉類植物，冬季景觀效果差，給人以蕭條感。為了在冬季也能有一定的觀賞價值，應該配合常綠植物種植。

北方城市可用于垂直綠化的攀援植物種類不是很豐富，既要考慮耐旱性又要考慮耐寒性。常見的有三葉地錦、五葉地錦、南蛇藤、獼猴桃、五味子、山養麥、蔦蘿、金銀花、觀賞南瓜、啤酒花、小葫蘆等。

根據生長環境、綠化方式和目的的不同，選擇適合的栽種品種。如用于防熱降溫，就應選用生長快，枝葉茂盛的攀緣植物，如五葉地錦、三葉地錦等;如以防塵為主要目的，應盡量選用葉面粗糙且生長繁密的植物，如獼猴桃等;如為了環保要求，就應選用對空氣中的有害物質有一定吸附作用的植物。城市垂直綠化中所用的材料大多是兼顧各種功能，多種垂直綠化材料有機結合種植。

垂直綠化還要注意建筑不同朝向對植物選擇的影響，北墻面應選擇喜陰植物，如地錦，在北墻比西墻生長迅速，開花結果繁茂;西墻面綠化則應選擇喜光、耐旱的植物，如爬山虎、牽牛花葛藤等。垂直綠化與屋頂綠化相比，離人們居住工作的場所更近，因此植物選擇上要注意不能選擇對人體有可能產生危害的植物。此外，不應選用容易招引昆蟲的植物，以免病蟲害的發生對建筑內部產生影響。

4 建筑外墻綠化要注意的技術問題

4.1 結構說明

原墻體:本設計并不局限于一個特定的建筑，它適用于:住宅環境、機關單位以及城市的標志性建筑的外墻立面;

外墻花壇:在外墻上以防水涂層為基礎，利用角鋼和膨脹螺栓固定三層花壇，種植綠色植物;

水噴淋系統:為保證植物必須的水分，在花壇上部設置水噴淋系統，該系統由帶溫度、濕度監控的自動控制系統組成;

排水系統:為防止根系腐爛，將多余的水分排出，在花壇下部設置排水系統并連接至建筑底部;

外墻溫室:安裝弧形鋼架和太陽能玻璃，以此構筑一個“縱向的溫室”(見圖1，圖2)。

4.2 低溫采暖分析

溫度降低時自動控制系統降下玻璃，既可阻擋寒風侵襲又能防止暖氣浪費。室內的暖氣和人體排出的二氧化碳通過通風口進入外墻溫室，給植物的光合作用提供了必要條件;暖空氣的上升，推動光合作用產生的氧氣和水分進入室內使空氣得以凈化。此外，利用室內的暖氣和室外的陽光控制溫度，可以創造出適合植物生長的必要條件。進一步美化室外環境、美化人類生存的空間。

4.3 高溫通風分析

溫度上升時自動控制系統升起玻璃，既能讓室外的新鮮空氣進入室內，有利于人體的健康;又能給“溫室”里的植物降溫，有利于植物的生長。室外的自然風進入“溫室”經過三層花壇過濾后帶著植物產生的氧氣進入室內供人體吸收。人體產生的二氧化碳通過排風口進入“溫室”又能讓植物進行光合作用，生成氧氣。整個過程循環開來，就形成一個“自然的空調系統”，凈化空氣。

5 建筑外墻綠化需要注意的其他問題

5.1 建筑表面情況

建筑材料的選擇應該考慮其表面的光滑程度是否利于植物攀爬。豎向綠化植物的生長方式大體可分為兩類:一類是依靠自身的器官直接附著于建筑表面;另一類必須借助支撐構件才能攀爬生長。對于第一類植物，在選擇時要考慮建筑表面的粗糙程度。如粘土磚、混凝土面材、水刷石、毛面花崗巖和大理石、粗加工的各種石材、有孔金屬板、毛面瓷磚、較粗糙的噴涂飾面等。有觀察表明，植物根系和吸附器官對這些材料及其縫隙砂漿破壞較小。有些材料，如木板、木瓦等，若長期被植物覆蓋，處于潮濕環境中易于腐敗變形，應該慎用。若必須采用，也需對其進行特殊處理，如防腐劑處理、涂刷防腐涂料等，以延長其使用期。對于金屬表面也應做好防銹處理，可對其進行鍍面處理(鋅、鎳等)、刷防腐涂料或直接采用不易生銹的金屬材料。

對于采用不易攀爬的光滑表面材料的建筑進行綠化可通過兩種方式，一種是在立面設置種植槽、花箱、花盆等;另一種方式是在建筑墻體上設置構件，讓植物攀爬生長。此種方式在支架的選用和設計時要充分考慮與整體建筑風格的統一，也可作為造型元素或賦予一定的使用功能，如可作為遮陽板、平臺或者受力構件等，材料可選用硬質的凸起物如金屬桿、細柱、金屬穿孔板等，也可是細金屬網、金屬絲等軟質材料。選用金屬和木材時，同樣需要進行防腐防銹處理。

5.2 結霜、結霧

由于北方早晚氣溫溫差大，容易在玻璃罩內形成結霜、結霧狀態。因此，在玻璃罩框內部應設上下通風口、排水孔，使室內外產生空氣氣流循環的狀態把所產生的水蒸氣及時排除。窗框內部可設除霜除霧試劑孔或選擇智能除污玻璃，使玻璃一年四季保持干凈清爽。

5.3 防風

陽臺和窗臺所受的風力大小與其所處的位置高低有關，一般來說樓層越高風勢越大，其朝向和周圍建筑物的情況也會影響風的大小。風速過大時將會對植物的生長產生不良影響，特別是炎熱干燥的夏季風，會迅速帶走土壤中的水分，并容易損傷植物根系，導致植物死亡。因此，高層建筑的陽臺和窗臺綠化應該設置擋風和遮陽構件，保證植物的正常生長。

6 結語

本項目的研究成果，將提高城市的生活質量。在發展的初期，其社會需求主要集中在市政建設、企業單位和高尚生活小區方面。而以此所引發的“立體空間生態環境”符合當前低碳、環保的理念，對相關科技、經濟的發展有著一定的影響。它提出一種對未來的生活環境的構想:隨著各方面條件的成熟，當城市的建筑都使用相關技術時，城市的綠化面積將成倍增長。“綠化”就不再是地面上的概念，它應該是一種綠色空間生態環境，并且這是一種不受氣候限制的綠色空間。因為它擁有獨立的、適合植物生長的氣候條件。

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