廣州城市屋頂花園生態節能設計初探

黃衍生　高艷芳　黃可珺　陳開江

摘要：以如春園林公司辦公大樓為例，從生態植物墻、微農場與生態堆肥、節能與綠色能源利用、節水與水資源利用、廢棄物品循環利用等方面入手，剖析生態節能技術在屋頂花園建設中的應用，并根據實踐總結出一些經驗，為廣州城市生態節能型屋頂花園的建設提供一定的借鑒。

關鍵詞：屋頂花園；生態節能技術；廣州城市 文章編號：1671-2641（2015）05-0004-32

中圖分類號：TU986 收稿日期：2015-07-29

早在20世紀70年代，“花城”廣州就在廣州東方賓館建立了我國第一個大型屋頂花園。但是與其他一線城市相比，廣州屋頂花園的發展速度較為緩慢。2012年，財政部和住建部聯合發布的《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》提出，到2015年新增綠色建筑面積要達到10億以上，到2020年綠色建筑占新建建筑比重將超過30%。2014年10月，廣州市人民政府更是在《廣州市綠色建筑行動實施方案》中提出，要大力發展綠色建筑，加快推進既有建筑節能改造，積極推廣屋頂綠化、垂直綠化。生態節能型屋頂花園作為綠色建筑的重要組成部分，能夠有效提高廣州城市屋頂花園的效能、改善城市生態環境、提升宜居品牌指數、創造可持續發展和諧社會。因此，對廣州城市屋頂花園進行生態節能技術應用的研究是很有必要的。

生態節能技術是指為實現生態節能、構造環境友好型空間而創造和發展起來的手段、方法和技能的總和。生態節能型屋頂花園就是在屋頂形成一個節約使用和有效利用自然資源和能源、能自我循環和完善的生態系統，為人們提供一個舒適、健康、無污染的綠色空間，它主要體現在節地、節水、節能和節材四方面。

本文以如春園林辦公樓屋頂花園生態節能設計為例，探索城市屋頂花園生態節能設計中一些實用的設計理念和技術應用。如春園林屋頂花園的主體工程竣工已接近一年，很多生態節能技術的使用效果得到初步驗證，具有一定的借鑒意義。

1項目概況及景觀構思

該項目位于廣州開發區科學城總部經濟區A5棟屋頂，北可遠眺暹崗大山，南可俯瞰新羊城八景之科城錦繡。項目所在地周圍密布世界500強企業，更有萬達廣場與高德匯等商業綜合體，是開發區的核心區域，交通便利，具有較強的展示和推廣價值。該建筑坐西南朝東北，整體設計荷載能力為3.5KN/m²。屋頂呈近四方形，總面積約943m²，其中空調機占地約170m²，機房占地約148m²，三面排水，坡度為2%。該項目采用了“三生”——生態、生活、生產共贏的設計理念。

生態：通過收集太陽能、風能、雨水等可再生能源，給建筑提供無污染能源，緩解城市排水壓力。同時該花園可以保溫隔熱，降低噪聲，凈化水體，有效改善城區生態環境，緩解熱島效應，形成一個可自我循環和完善的生態系統，實現人與自然、屋頂綠化和地域環境的和諧共生。

生活：打造優美的環境，為企業員工提供更多工作之余休閑游憩的自然空間，通過參與建造和養護的過程，豐富他們的生活體驗，緩解工作的緊張疲勞。

生產：打造立體農業、高效農業，增加經濟效益。同時，通過整合景觀休閑與產品展示，實現了休閑商業兩不誤。

“生態、生活、生產”三位一體的完美結合，滿足了生態節能型屋頂花園節地、節水、節能和節材的需求。一個不足1000m²的區域如何同時滿足休閑游憩、聚會招待、產品展示、文化傳遞、農業生產、能源收集等多種需求，體現“三生”理念，對景觀布局設計者是一個極大的考驗。項目因地制宜地設置了7個區：入口區、中心活動區、休息區、觀景區、產品展示區和空調機放置區（圖1）。

2生態節能技術應用

具體設計中，項目使用了生態植物墻、微農場與生態堆肥、節水與滴灌、廢棄物品循環利用、節能與綠色能源利用等多種生態節能技術，下面針對各種技術擬解決的主要問題及其功能特點、具體做法等作詳細介紹。

2.1生態植物墻

生態植物墻能利用有限的立面空間，增加綠量，優化人居環境，改善城市熱島效應，吸塵降噪，改善空氣質量，同時節能降耗，使室內冬暖夏涼。目前生態植物墻有多種做法，大致分為牽引式、板槽式、模塊式、布袋式、pvc水管、鋪貼式、生態袋模式等。該項目根據場地特點分別選用了不同的模式（圖2）。

1）美化女兒墻的垂直綠墻

此處選用了3種模式：牽引式、板槽式和布袋式。既美化女兒墻，又展示企業產品。

牽引式可對攀援物的生長方向進行引導，通常輔助構架與建筑物之間要保持一定的間距，這樣植物不會損壞建筑墻面材料，而且簡便易行、造價較低、透光透氣性好；板槽式更換植物方便，適用于臨時植物花卉布景，業主可根據不同節日更換植物以改變構圖，另外運用自動澆灌方便養護；布袋式由于沒有固定形狀容器的阻礙，土球不受限，可供選擇的植物品種多，布袋可以將水分和養分輸送到整個墻面和所有的根系，方便養護，另外成本較低。

2）遮擋空調機的垂直綠墻

此處選用了PVC水管作為植物的容器，不僅節省材料成本，還體現了低碳環保的企業特色。長管狀容器適合種植不間斷、構圖成圖較為完整的植物，不會露出底部的pvc水管，適合近觀。表面的不銹鋼冰裂紋框架裝飾了綠墻，增加了現代中式的味道，整體效果簡潔美觀。

垂直綠墻選用的植物主要有草本類的金邊吊蘭Chlorophytum comosum、吊竹梅Tradescantia zebrina、合果芋Syngonium podophyllum、綠蘿Epipremnumaureum、波斯頓蕨Nepheolepis exaltata、小蚌蘭Tradescantia spathaeea'Compacta等，灌木類的斑葉鵝掌藤Scheffleraarboricola‘Vaxiegata'、紅檵木Loropet-alum chinense Var.rubrum、紫雪茄花Cuphea articulata、黃葉假連翹Duranta erecta‘Golden Leaves等，藤本類的彩葉常春藤Hedera helix、炮仗花Pyrostegia venusta、蒜香藤Mansoaalliacea、飄香藤Mandevilla sanderi、紫藤Wisteria sinensis等。

2.2微農場和生態堆肥

微農場以建筑為依托，運用非傳統的土地耕作形式進行農作物的種植培育。它除了具有保溫隔熱、凈化空氣、緩解城市熱島效應、充分利用城市空間等特點外，還兼具景觀性與實用性，是一種美觀又美味的可食地景，體現了一種高品位高境界的生活追求。項目將各種蔬菜果樹與常規的綠化植物一起搭配在廊架、道路、綠化、水景等園林空間中，既經濟環保又景觀獨特，恍如陶淵明式的桃花源：“土地平曠，屋舍儼然，有良田美池桑竹之屬。阡陌交通，雞犬相聞”。

屋頂陽光猛烈，風大，土層較薄，應選擇耐旱、耐貧瘠和抗風的淺根性植物。故微農場主要選用的植物有蔬菜類的生菜Lactuca sativavat.ramosa、白菜Brassica rapa var.chinensis、茄子Solanum melongena、番茄Lycoperstcon esculentum、蔥Allium fistulosum、薄荷Mentha canad-crisis、南瓜Cucurbita moschata等，藤本類的金銀花Lonicera japomca、苦瓜Momordica charantia、雞蛋果Passiflora edulis等，果樹類的神秘果Synsepalum dulcificum、嘉寶果Pliniacauliflora、石榴Punica granatum等。

主要的種植方式有4種：立體種植、傳統農田種植、移動容器種植、攀援廊架種植（圖3）。立體種植造型美觀、節省空間，通過滴箭灌溉智能控制澆水，節省用水，而安裝和拆卸也簡便；傳統農田種植形式施工簡便、造價低，結合了園藝造園手法，選用不同葉形和葉色的蔬菜品種，打造出了觀賞性強、充滿自然野趣的菜園；移動容器種植靈活多變，可自由拼裝成不同造型，高效利用各種邊角空間，選用廢舊的桶、盆、罐等作為種植容器，體現環保理念，也起到裝飾作用；攀援廊架形式節省空間，易與其他景觀搭配，此處充分利用花園入口區的休息廊架種植攀援植物，美化環境，同時起到遮陰效果。

對于生態堆肥，首先收集辦公室和飯堂的廢棄物品，如飯菜、果皮、茶葉、咖啡渣、植物落葉、過期食品等，然后通過碾壓和切搗，添加基肥和泥土，用堆肥箱進行堆肥處理。堆肥處理要加入紅蚯蚓，它在土壤里鉆動，讓土質疏松透氣，其排泄物也能增加土壤的肥力（圖4）。生態堆肥區設置在空調機區域，弱化了堆肥散發的微臭味帶來的影響。

2.3節水和滴灌系統

2.3.1雨水收集系統設計

通過利用機房和屋頂的自然高差收集雨水，減少了電器設備的使用，利用雨水自流的特點完成污染物的過濾，做到真正地節能環保。而雨水收集系統包括集雨面、過濾器、雨落管、蓄水箱、溢水管、進水管、灌溉管等。集雨屋面坡度為2%，集雨面約為53m²，集雨面下面安裝有過濾網和過濾器，雨水經過第一道過濾網和過濾器去除雨水中摻雜的殘葉和碎屑等物質，之后雨水經過雨落管匯集引流入蓄水箱中，再在需要時進行灌溉。

蓄水系統是此次屋面雨水利用工程的重要組成部分之一，設計主要包括了雨水棄流池和儲水池兩部分。大量研究證明，雨水徑流有明顯的初期沖刷作用，即在多數情況下，污染物是集中在初期的數毫米降雨中。因此在雨水進入蓄水池前，預先設計棄流池將初期雨水分流排放，經過一定時間后雨水徑流中的污物含量逐漸穩定，再將可利用雨水收集到儲水池，待儲水池滿后再直接排往市政管道；儲水池的水也可以直接用于灌溉和景觀水補給，當儲水池的水用完后，開啟市政用水管道繼續補給用水（圖5）。

2.3.2灌溉系統設計

該項目綠量較大，除了垂直綠墻和微農場，屋面還有很多景觀植物，項目根據不同類型的綠化設置了不同的灌溉方式，下面主要介紹運用最多的灌溉方式——滴灌。

滴灌是利用安裝在末級管道（稱為毛管）上的滴頭，或與毛管制作成一體的滴灌帶（或滴灌管）將壓力水以水滴狀濕潤土壤，在灌水器流量較大時，形成連續細小水流濕潤土壤。通常將毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30cm左右。前者稱為地表滴灌，后者稱為地下滴灌。滴箭則是結合了灌水器的一種滴灌灌溉方式，灌水器外形似箭而名之。通常有彎箭和直箭兩種，前部的箭頭部分長度約10cm，是用于插入土壤或栽培基質中固定導流。滴箭的特點是迷宮長流道箭柄結構，膜片式穩流，獨特的導流圓盤，滲入式灌溉，單箭、雙箭、四箭等隨意組合，施工方便，節約水源，對水壓變化適應性強，是盆花盆栽植物及苗木等作物灌溉最合適的灌水器。

2.4廢棄物品循環利用

輪胎坐凳：用材除了廢舊輪胎外，還需要圓木板、麻繩、電鉆、熱膠槍、刷子、螺絲釘、透明膠等。制作過程簡單易行，經濟環保，普通員工就可DIY制作（圖6）。

輪胎花缽：先對廢舊輪胎做翻新和防曬處理，然后根據需要涂上各種不同顏色，再用圓木板封住輪胎的一個面作為花缽底，在輪胎中心填滿種植土，即可在里面搭配不同品種的植物，還可以疊加成一個花缽組合，自然有趣又經濟實用。

塑料瓶蓋字與輪胎的結合：將原木板釘在廢舊輪胎的一面，再將不同顏色的回收塑料瓶蓋釘在木板上組字構圖。項目中打造了一幅企業文化宣傳口號——“用心造境，大道自然”，并作為宣傳語掛在屋頂花園的廊架上，既經濟環保又美觀實用。

2.5節能和綠色能源利用

通過充分利用場地優勢，將太陽能自然環保資源轉換成可供花園利用的能源。

太陽能集熱器區域設置在空調機頂部，此處不受任何遮擋，陽光充足，集熱效果好，規避了景觀負面影響，對空調機還起到一定的減噪作用。此處擬設置35臺太陽能集熱器（圖7）集熱供部分辦公用電及跌水瀑布水循環和灌溉系統用電。另外，該項目還使用了LED太陽能草坪燈，其本身作為一個小型的太陽能供電系統，主要由太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池、照明電路和燈桿等部分組成。此燈無需電線連接，施工方便；沒有轉動部件，不產生噪音；沒有燃燒過程，不需要燃料；維修保養簡單，維護費用低；運行可靠性、穩定性好；作為關鍵部件的太陽電池使用了晶體硅材料，壽命可達到25年以上。

3生態環境循環系統分析

在該屋頂生態系統中，通過收集可再生資源太陽能和雨水，向系統中的植物灌溉、景觀水循環、照明、小品等園林元素提供了原材料或能源，形成了一個能較好地自我完善和循環的小生態系統（圖8）。

4結論與討論

實踐證明，在生態節能型屋頂花園建設中，生態植物墻不但解決了由設計荷載低、面積小等原因導致的綠量減少問題，還可以軟化“硬”景觀及美化“俗”景觀；微農場不但讓辦公人員感受到了農耕文化，豐富了大家的生活，還給企業增加了經濟效益；太陽能發電不但給園林和辦公提供了電能，還可以給空調機減噪；雨水收集和滴灌系統不但給園林灌溉和景觀水提供了水資源，還減緩了城市雨水排放，改善了城市水環境；廢棄物品循環利用不但減少了辦公生活廢棄垃圾，還豐富了景觀元素，裝扮了園林空間。這些技術通過不同的方式達到了節地、節水、節能和節材的效果。屋頂上的各種造園元素最終形成了一個節約使用和有效利用自然資源和能源、基本能自我循環和完善的生態系統，也滿足業主隔熱保溫、保護屋面、產品展示、文化傳遞、生態節能、美化景觀、娛樂休閑、招待客戶等多種功能需求。

但同時，我們也應該認識到這些技術存在的缺點，如垂直綠墻和太陽能發電的初期建設成本較高，生態堆肥過程中容易產生異味，雨水收集仍然無法滿足整年不同季節的供水量需求。除了進一步的提升改進相關技術之外，還要像文中案例一樣，緊密結合場地特點、功能需求、成本預算等因素，挖掘場地優勢，做到因地制宜、揚長避短、有的放矢，這樣就能實現真正的生態節能。