垂直綠化綜合效應研究

Tang Van Tai，Tran Ngoc Binh, Nguyen Nhu Anh, Phan Hong Nhung

(1.東南大學土木工程學院，江蘇 南京 210096; 2.越南榮市醫學大學; 3.越南議案省農業管理所; 4.南京工業大學，江蘇 南京 211800)

垂直綠化綜合效應研究

Tang Van Tai1，Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.東南大學土木工程學院，江蘇 南京 210096; 2.越南榮市醫學大學; 3.越南議案省農業管理所; 4.南京工業大學，江蘇 南京 211800)

除了美觀上的效果，垂直綠化緩解熱島效應，減少水土流失，防塵減噪，節能環保，延長建筑壽命等作用也被越來越多的人意識到，有關垂直綠化各方面定性的研究也不斷得到開展。以南京的三種墻面綠化形式—攀援式墻面綠化、鋪貼式墻面綠化和組合移動式墻面綠化作為研究對象，通過測定垂直綠化的降溫、減噪和心理效應探討垂直綠化對建筑環境的綜合影響。

垂直綠化；熱效應；噪音效應

1 研究背景與方法

1.1 研究背景

近年來，中國經濟的快速發展，使城市人口急劇增長，商業活動日益集中于城市，城市規模迅速膨脹，基于城市越來越擁擠的現狀，建筑由橫向發展轉為縱向發展，高層建筑、超高層建筑成為一種趨勢[1]。這些鋼筋水泥的構筑物在使用能源的過程中排放出大量的SO2、NO2、懸浮顆粒物和其他污染物，影響人體的健康和動植物的生存[2]。垂直綠化能有效利用資源，展現出良好的生態環境效應。垂直綠化的優勢在于占地少、見效快，綠化效率高、效果顯著，在改善小氣候、凈化空氣、減少污染、防止噪聲、美化環境等方面有著十分重要的作用，是城市綠化建設的一條重要途徑，也是解決平面綠化與占地面積矛盾的一種方法和途徑[3-4]。

1.2 研究方法

在南京市分別選擇三種形式的墻面綠化作為研究對象。試驗地選在科學會堂墻面、鼓樓黨校綠化墻面和察哈爾路綠化墻面?？茖W會堂采用爬山虎作為綠化材料，鼓樓黨校綠化采用佛甲草鋪貼式，察哈爾路綠化墻面采用組合移動式綠化模塊。本文從點到面展開對熱效應的分析研究，測溫儀是從點上分析，熱成像儀是從面上來分析。

測試所用儀器及方法：

表面溫度的連續測試采用AR330紅外線測溫儀；瞬時時間的墻面熱成像采用YRH600熱成像儀，測溫范圍-20℃至+250℃，精度±2℃或者讀數的±2%，取較大者。噪聲測試采用AWA6218A型噪聲統計分析儀，測試完畢后可以通過USB端口將數據傳輸到電腦。噪聲范圍50-130dB(高量程)，30-110dB(低量程)。

2 結果分析

2.1 降溫效應

2.1.1 同天氣情況下的墻面綠化熱環境

2016年7月31日分別對三種類型的墻面綠化測試，研究三種形式墻體綠化的降溫效應，澆水頻率為30min一次。當天24h溫度變化詳見圖1。

圖1 2016年7月31日的24h溫度變化 圖2 攀援式墻面綠化溫度圖

圖3 鋪貼式墻面綠化溫度圖 圖4 組合移動式墻面綠化溫度圖

雖然墻面經受陽光直射作用明顯，但由于建筑表面的葉面蒸騰作用而帶來的降溫效果，有綠化外墻表面溫度低于無綠化的墻表面。由圖2可知，攀援式墻面綠化降溫效果有限，在14:00左右太陽輻射達到最高，降溫效果隨之增強。攀援式墻面綠化、鋪貼式墻面綠化墻面溫度在11:20前變化較小，有綠化墻面溫度比無綠化墻面溫度明顯低，最大差值達到4℃；11:20后由于太陽輻射導致氣溫快速上升，墻面溫度也隨著上升，溫度最高達到44℃，其最高值出現在14:50左右。有綠化墻面溫度上升相對緩慢，表明植物對墻面的覆蓋能有效降低墻體外表面的溫度。對比澆水和不澆水的綠化墻面，可以看出澆水能直接有效地降低綠化墻面溫度。綜合對比圖2、圖3、圖4，氣溫32-34℃，在水分供應充足時，植物葉片的氣孔會打開從而加強葉片表面的蒸騰作用，三種綠化墻面降溫效果分別為0.5-10℃、2-13.5℃、4-15℃。組合移動式墻面綠化溫度曲線與攀援式、鋪貼式墻面綠化溫度曲線類似，綠化帶來的降溫效果較攀援式、鋪貼式墻面綠化更明顯。

2.1.2 紅外熱像儀研究垂直綠化對熱環境的影響

選取12:00采用颯特紅外熱成像儀YRH600進行拍攝，通過SatIrReport軟件比較分析三種形式綠化墻體表面的溫度分布。

(1)紅外熱像儀原理

在自然界中，任何高于絕對溫度(-273℃)的物體都是紅外熱輻射源，都具有輻射現象。物體表面發射的長波輻射強度與物體表面熱力學溫度 T 的4次方成正比，與物體表面的輻射率ε成正比。根據斯蒂芬-波爾茲曼定律，物體紅外輻射的總功率與溫度的關系為：

圖5 攀援式綠化墻面表面熱成像圖

E=εσT4

式中：σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數，5.67×10-8W/m2·K4，ε為無量綱，E為輻射強度，W/m2。

紅外熱像儀成像的基本原理就是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統接收被測目標的紅外輻射信號，一般是由光學系統收集被測目標的紅外輻射能，經過光譜濾波、空間濾波使聚焦的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間有一個光機掃描機構(焦平面熱像儀無此機構)對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或多元探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經放大處理轉換成標準視頻信號，通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。

(2)紅外熱像儀分析。

由圖5可以看出，整面綠墻的溫度范圍為40.9-43.8℃，植物由于蒸騰作用使其周圍空氣降溫，綠化墻面最低40.9℃，無綠化墻面溫度最高達到43.8℃，降低溫度3℃左右。圖中直線L1、L2分別取在綠化墻面、無綠化墻面。兩條線上的溫度如圖6、圖7。

圖6 L1直線上的溫度

圖7 L2直線上的溫度

從圖上可以明顯看出攀援式垂直綠化對降低外墻的溫度有一定作用，前者比后者低1℃左右。

18：00點進行第二次測量。

由圖8、圖9、圖10可以看出，整面綠墻的溫度范圍為37.6-42.5℃，隨著氣溫的降低，墻面溫度出現下降。最低溫度為37.7℃，最高為42.5℃。對比L1和L2可以看出有綠化墻面比無綠化墻面降溫2℃左右。效果優于12：00的測量值，隨著溫度下降，有綠化墻面比無綠化墻面的散熱要快。這主要靠植物的蒸騰作用加快墻面的散熱，帶走部分熱量。

圖8 綠化墻面表面熱成像圖

圖9 L1直線上的溫度

圖10 L2直線上的溫度

圖11 鋪貼式綠化墻面表面熱成像圖

由熱成像圖11可以清楚地看出，地面溫度最高達到42.9℃，最低溫度出現在綠化墻面，為27.8℃。 圖中直線L1、L2、L3分別取在有綠化墻面、無綠化墻面和地面。三條線上的溫度如圖12、圖13、圖14所示。

圖12 L1直線上的溫度

圖13 L2直線上的溫度

圖14 L3直線上的溫度

圖11、圖12、圖13、圖14顯示，L1的溫度范圍28.7-30.7℃，L2的溫度范圍31.7-32.3℃，L3的溫度范圍39.3-41.5℃。有綠化墻面的溫度比無綠化墻面的溫度低了3℃左右。

圖15 組合式綠化墻面表面熱成像圖

由熱成像圖15可以清楚地看出，最低溫度出現在綠化墻面，為27.6℃。 圖中直線L1、L2分別取在綠化墻面、無綠化墻面。三條線上的溫度如圖16、17。

圖16 L1直線上的溫度

圖17 L2直線上的溫度

L1的溫度范圍27.6-28.7℃，L2的溫度范圍32.4-32.9℃，有綠化墻面的溫度比無綠化墻面的溫度低了5℃左右。

由熱成像圖形可以看出，有綠化墻面溫度分布均勻，顏色比無綠化墻面暗，對比分析有、無墻體垂直綠化建筑的室外溫度，攀援式垂直綠化降溫1℃，鋪貼式降溫3℃，模塊式降溫5℃，綠化表現出顯著的降溫效果。三種形式中，組合移動式效能最為突出，因為其獨特的構造形式，利于空氣流通，加快熱量散失。紅外熱成像分析的熱效應與12:00實測效果基本一致。

2.2 減噪效應

2.2.1 聲級計測試

噪聲是一種環境污染，通常指一切頻率混雜、呆板、凌亂，對人們的生活、工作、學習和健康有妨礙的聲音。噪聲的測試通常采用聲級計。聲級計是根據國際標準和國家標準按照一定的頻率計權和時間計權測量聲壓級的儀器，它是聲學測量中最基本最常用的儀器，適用于室內噪聲、環境保護、機器噪聲、建筑噪聲等各種噪聲測量。聲級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感覺，對于一個連續的穩定噪聲，它是一種較好的評價方法(如圖18所示)。

圖18 聲級計工作圖

2.2.2 噪聲監測方法

在噪聲控制的研究過程中，尤其是在環境噪聲控制技術的研究中，植物減弱噪聲的功能因其經濟實用性和美觀生態性而受到各國研究者的關注。測試方法參照城市區域環境噪聲測量方法(GB/T14623-93)

測量儀器：精度為2型以上的積分聲級計及環境噪聲自動監測儀器。

氣象條件：無雨、無雪的天氣條件下進行，風速不大于5.5m/s。傳聲器應加風罩。

測點選擇：選在居住或工作建筑物外，離任一建筑物距離不小于1m。傳聲器距地面垂直距離不小于1.2m。傳聲器指向主要聲源(道路交通噪聲指向道路)。

測量時間：晝間進行。

采樣方式：用“快”響應，采樣時間間隔不大于1s,資料連續采集。

時間同步：對比測點同步監測(當兩測點距離較遠時，以標志性車輛到達測點時開始監測)，測量時長10min。

測量參數：等效連續A聲級Leq(A)、統計聲級L10、L50、L90，以A聲級Leq(A)作為評價量。

車流狀況：道路交通正常狀態下監測，測量時同時記錄車流量，當測點之間存在車流量差異時，進行聲級修正。

避免其他噪聲的影響：測量過程中盡可能避免其他噪聲影響，當難以避免其他噪聲時則同時對干擾噪聲的貢獻進行監測，然后再作聲級修正。測量中應盡可能減少對聲場的干擾。應防止人群圍觀。應盡可能使用三角架支撐儀器，測量者盡可能遠離(1m以外)測點。每臺聲級計測量前后均進行了聲級校準。

表1 攀援式垂直綠化噪聲監測結果

表2 鋪貼式垂直綠化噪聲監測結果

表3 組合移動式垂直綠化噪聲監測結

表1-表3對比分析有、無墻體垂直綠化建筑的室內噪聲，顯示三種形式的墻面綠化降噪效果不大。攀援式垂直綠化降噪0.7dB(A)，鋪貼式降噪1dB(A)，組合移動式降噪1.5dB(A)。綠化降噪主要是通過聲能被葉子吸收，并使植物體產生阻尼振動，轉化為植物體固有的振動頻率，從而將聲能轉化為熱能。稀疏的植物對聲波的反射和吸收很小，因而降噪效果不大。

2.3 心理效應

隨機選取了100人，對上述3個監測點周邊的居民進行了問卷調查，測點1為攀援式、測點2為鋪貼式、測點3為組合移動式，運用模糊語言的隸屬度原則探討墻面綠化的心理煩惱度的影響，問卷調查時將煩惱程度分為五個等級，分別為“非常煩惱”“煩惱”“有點煩惱”“樂意”和“非常樂意”。具體調查結果見表4。

表4 各測量點心理煩惱度比例

從調查結果可以看出，人們對綠化基本呈認可態度，大部分提出需要大力推廣，以滿足人們日常生活需求。對比三種形式的墻面綠化，組合移動式墻面綠化更有益于身心健康。

3 結論

(1)植物對墻面的覆蓋，能有效降低墻體外表面的溫度。隨著太陽輻射增強，墻面綠化降溫效果隨之增強。

(2)植物通過蒸騰作用不斷地從環境中吸收熱量，降低空氣的溫度。在水分供應充足時，植物葉片的氣孔會打開，加強葉片表面的蒸騰作用。

(3)由熱成像圖可直觀看出，三種形式中，組合移動式效能最為突出，因為其獨特的構造形式，利于空氣流通，加快熱量散失。從測試結果來看，綠化對噪聲吸收效果不大，組合移動式出現的降噪效果是由于基質采用了陶粒等利于吸聲的介質。

[1]吳玉瓊．垂直綠化新技術在建筑中的應用[D]．廣州：華南理工大學，2012.

[2]涂逢祥．21世紀初建筑節能展望[J]．保溫材料與建筑節能，2001(1)：32-35.

[3]劉凌，劉加平．建筑垂直綠化生態效應研究[J]．建筑科學，2009，25(10)：81-85.

[4]李淑娜，馮陽．南京市建筑外墻垂直綠化適宜的植物及效益分析[J]．綠色科技，2010(12)：11-13.

[5]竇懋羽，唐鳴放，鄭開麗．城市表面溫度的紅外熱像測量方法研究[J]．重慶建筑大學學報，2007(29)：1-6.

[6]劉葆華．屋頂綠化的環境與節能效益研究[D]．重慶：重慶大學，2008.

責任編輯：富春凱

Study on the Comprehensive Effect of Vertical Greening

Tang Van Tai1, Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.Southeast University- Civil Engineering College,Nangjing 10096, China; 2.Vinh Medical University; 3.Viet Nam Provincial Agricultural Management Office; 4.Nanjing Tech University, Nangjing 210096, China)

In addition to the aesthetic effect; an increase in the role of vertical greening can be recognized. It can alleviate heat island effect, reduce soil erosion, dust, and noise pollution, increase energy saving and environmental protection additionally extend the lifespan of construction. Studies on the qualitative aspects of vertical greening have also been carried out. In this study, three forms of wall greening in Nanjing:climbing wall greening, pavement wall greening and combination of mobile wall greening would be considered as objects of study. Through the measuring of vertical greening cooling, noise reduction and psychological effects,discuss the influence of vertical greening on the built environment.

Vertical greening; Thermal effects; Noise effects

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.04.005

2017-02-19

Tang Van Tai(1987-)，男，越南人，東南大學在讀博士研究生。研究方向： 水生態修復。

TU986.5

A

1674-6341(2017)04-0013-05