屋頂花園生態節能技術研究進展與展望

徐曉晴?胡運宏

摘 要：屋頂花園在緩解城市熱島效應、雨洪管理、改善空氣質量等方面發揮了重要作用，體現了巨大的生態效益。近五年來，在生態節能技術方面對屋頂花園的研究成為風景園林學科領域的熱點之一。本文簡要總結了近五年來屋頂花園在新技術和新材料方面的研究進展，簡要討論了今后屋頂花園生態節能技術研究應重視的若干問題。

關鍵詞：屋頂花園;屋頂綠化;生態節能;環保

隨著城市化建設進程的加快，熱島效應、洪澇災害、空氣污染等城市生態問題日益嚴重，改善生態環境的呼吁聲越來越強烈。綠色建筑的研究在近幾年興起，具有生態、環保、休閑和美化城市的屋頂花園，作為構建綠色建筑的一種有效手段，正得到人們廣泛的認可。[1]屋頂花園是在各類建筑物、構筑物、橋梁（立交橋）等的屋頂、露臺、天臺、陽臺等上造園，種植樹木花卉的統稱。[2]國內外大量的研究表明，屋頂花園的許多生態價值已經被證實，比如降低溫度、蓄收雨水、凈化空氣等等。屋頂花園生態節能技術能使屋頂花園在生命周期內，資源和能源消耗最小化，通過科學的整體設計，集成太陽能利用、風能利用、雨水循環利用、節水措施、綠色材料等技術，達到了最高效率地利用能源和資源，最低限度地影響環境的目的。[3]本文通過對近五年國內屋頂花園生態節能技術的文獻進行了梳理，對裝配式屋頂綠化技術、太陽能利用技術、節水灌溉技術、新型綠色材料應用作扼要總結，并對關于屋頂花園研究的科學問題與未來屋頂花園的生態節能研究進行了展望。

1 新技術利用

1.1 裝配式屋頂綠化技術

裝配式屋頂綠化系統是將防水和種植部分分開設計，種植部分采用專門的種植箱、輕質營養種植土，而防水部分則升級了防水層和保溫層，提升了防水的可靠性，強化了保溫隔熱功能。[4]種植容器主要由保溫隔熱層、排水槽、蓄水層、阻根層和排水過濾層組成，能滿足過濾、排水、蓄水、阻根等功能需求;容器可根據實際情況拼裝、疊加，容器之間通過卡槽連接，由排水通道風槽連通，形成通路。[5]

裝配式屋頂綠化技術具有顯著的生態效益，在不破壞原有屋頂的基礎上提高城市綠化率，減少施工帶來的損耗。組合式容器綠化增加的荷載低于屋頂臨時荷載，[6]且在雨水滯留、水質凈化和保溫隔熱方面有很大作用。[7]韓麗莉等[8]發現移動種植容器式屋頂花園非常適用于舊建筑的改造，降低屋頂傳熱量的同時減少了對房屋結構的建設性破壞。

1.2 太陽能利用技術

我國在太陽能利用方面具有地勢優勢，平均每天每平方米接收到的太陽輻射能在4kW·h～6kW·h。[9]目前，太陽能利用技術在屋頂花園中的應用主要有光伏發電技術和集熱技術，太陽能光伏發電技術的應用較為廣泛。

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應，將光能直接轉變為電能的一種技術，[10]在屋頂花園的使用中，主要將太陽能設施置入園林小品實現自我供電，和利用太陽能光伏發電機、光伏發電薄膜為建筑用電作出補償。黃衍生等[11]在如春園林屋頂花園中使用了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。林敏等[12]在屋頂花園建設小規模太陽能光伏發電系統，發電足以提供屋頂花園灌溉和水循環用電，并可為該建筑的公共照明提供部分電源。程仁武等[13]在辦公樓樓梯間頂部及花架上方設置薄膜太陽能光伏發電機組，薄膜光伏工作時，通過薄膜分光技術將太陽輻射分為植物需要的光能和用于太陽能發電的光能，既滿足了植物生長需求，又實現了光電轉換。

除太陽能光伏發電技術之外，太陽能集熱技術逐步在屋頂花園中投入應用，通過設置太陽能集熱器實現熱能轉換，集熱可供部分建筑用電。袁凌[14]通過調查北京園博府居住小區屋頂綠化，發現其在有限的屋頂空間采用“復合屋頂式”設計，將太陽能集熱器整體架空抬高成為建筑造型的一部分，下方屋面布置簡式綠化，以解決太陽能集熱器體積龐大的問題。

1.3 節水灌溉技術

屋頂花園所處地理位置較高、風力較大、光照強烈，因此綠化灌溉用水的蒸發量較大。為節約水資源，多種節水灌溉技術措施在屋頂綠化中得到利用，包括噴灌、滴灌、滲灌以及自動化灌溉4類，屋頂綠化灌溉技術將向著灌溉自動化、人工智能化、節能化、控制系統多樣化等方面發展。[15]近年來，屋頂花園灌溉新技術可分為人工控制式和智能控制式，現將二者的比較做以下總結，見表1。

2 新材料應用

綠色材料是指采用清潔生產技術、少用天然資源和能源、大量使用工業或城市固態廢物生產的無毒害、無污染、無放射性、有利于環境保護和人體健康的建筑材料。[18]近年來，我國對于綠色新材料的研發越加重視，現將屋頂花園綠色新材料的應用做以下總結，見表2。

3 研究展望

國內關于屋頂花園在生態節能方向的研究還處于起步階段，應用案例較少，但隨著“綠色建筑”和“海綿城市”的推動發展，研究已有明顯增加，取得了很大的進展，今后在以下幾個方面還需要進一步的探索和研究。

第一，基于海綿城市體系的建設，屋頂花園在節水灌溉方面取得了很好的成果，可進行更進一步的研究。系統研究智能化、自動化的雨水循環系統，將雨水收集、凈化和灌溉技術一體化，對水資源節約具有重要的現實意義。

第二，雖然已經有人將廢棄玻璃、雞蛋殼等材料重新利用，但應用于園林綠化行業的綠色材料研究仍然較少。隨著國家對于廢棄材料的利用越來越關注，把廢棄材料直接利用或者經過加工之后再用于園林中的研究是很有前景的，既減少了資源的消耗，又豐富了園林材料的類型。

第三，已有研究將太陽能轉換成電能、熱能和動能在屋頂花園中利用，但由于節能設備與有限的屋頂空間難以協調，研究案例數量少、規模小。可進行建筑與屋頂花園生態技術一體化的設計研究，讓屋頂花園發揮出最大的生態效益。

（注：文中圖表均為作者自繪）

參考文獻：

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作者簡介：徐曉晴（1997—），女，湖南邵陽人，南京林業大學風景園林學院碩士研究生在讀，研究方向：風景園林歷史與理論。