垂直綠化系統對城市微氣候改善作用的分析

Analysis of the Effect of Vertical Greening System on Urban Microclimate Improvement

ZHAO Xi

摘要：隨著城市的快速發展，密集的城市建筑系統除了為公眾帶來前所未有的便利之外，還有城市熱島效應。本文目的是通過分析城市熱島現象，引入垂直綠色系統，分析其對城市氣候變化的改善作用。本文將通過控制變量的實驗方法，在同一研究環境中，測試了兩個樣品，帶有植物材料的立面與普通立面，以評估垂直綠化系統的性能。總體而言，與普通的外墻相比，垂直綠化系統的外墻熱量減少了40%至50%。

Abstract： With the rapid development of the city， the dense urban building system not only brings unprecedented convenience to the public， but also causes the urban heat island effect. The purpose of this paper is to analyze the urban heat island phenomenon and introduce a vertical green system to analyze its improvement effect on urban climate change. In this paper， two samples， facade with the plant material and the common facade， were tested in the same research environment by the experimental method of controlling the variables to evaluate the performance of the vertical greening system. Overall， the thermal insulation of the vertical greening system is reduced by 40% to 50% compared to conventional exterior walls.

關鍵詞：綠色建筑;綠色立面;熱島效應

Key words： green building;green facade;heat island effect

中圖分類號：S731? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0205-02

0? 引言

近幾十年來，人口過剩和工業化導致了城市的快速擴張。城市地區變得越來越擁擠，綠色地區正在減少，城市中密集的建筑物和道路會增加地面輻射和空氣溫度，從而導致城市溫度明顯高于郊區，這種現象稱為城市熱島。為了獲得更舒適的生活環境，人們將花費更多錢用于制冷系統，同時溫室氣體的排放會破壞城市的環境。在21世紀，隨著城市化引起的日益嚴重的氣候問題，人們開始逐漸意識到綠色植物蒸騰降溫的重要性。如今，人們發現建筑物的外墻有足夠的空間來種植綠色植被，與傳統的城市綠化設施相比，垂直綠化系統不僅占地少，為公眾提供了更舒適的生活環境，同時降低了城市溫度，降低了制冷系統的成本。因此，垂直綠化系統具有改善城市氣候的巨大潛力。

1? 垂直綠化系統概述

垂直綠化系統分為“支撐”和“載體”[1]。支撐系統是指被攀緣植物覆蓋的建筑物的外墻。通常來說常春藤是最佳選擇。載體系統，也稱為生活墻，可以生長更多其他類型的植物。

2? 垂直綠化系統的好處

對于城市環境，垂直綠化系統緩解了城市熱島效應并改善了城市氣候。此外，這些綠色植被可以通過吸收空氣中的污染物和二氧化碳來改善城市空氣質量，減少溫室效應。由于城市中自然棲息地的增加，城市生物多樣性也將得到改善。對于城市經濟而言，垂直綠化系統為建筑物提供了更好的隔熱和遮陽效果，降低了城市制冷系統的成本。另外，這些綠色植物的葉子可以吸收噪音，從而減少了城市的噪音污染。最重要的是，攀緣植物可以保護建筑物的墻壁并增加墻壁的穩定性。最后，垂直綠化系統可以作為城市的特殊地標，提供美學優勢，例如建筑設計感。

3? 熱舒適

熱舒適度是人們對周圍熱環境的滿意度的主觀評估。通常受環境因素和個人因素影響。由于個人因素是主觀因素，因此很難通過實驗獲得準確的數據，因此我們僅考慮環境因素[2]。

4? 描述和分析前人的研究成果

4.1 實驗技術

Jaafar，Said和Rasidi[3]通過對垂直綠化系統對周圍建筑物的冷卻效果的文獻綜述，討論了垂直綠化系統如何更好地降低城市溫度并減輕城市熱島效應。他們選擇了具有垂直綠化技術參考價值的期刊文章，并根據垂直綠化系統對制冷效果的貢獻將研究論文進行收集和排序，以及根據垂直綠化系統的類型，研究地點和重要發現總結了21篇研究成果，以進一步探討了垂直綠化系統的設計因素與冷卻效果之間的關系。

4.2 討論

Jaafar，Said和Rasidi廣泛閱讀和理解有關垂直綠化系統的冷卻效果的文獻。他們引用的文獻具有代表性，可靠性和科學性。同時，介紹了以往對各種類型的垂直綠化系統的研究以及目前垂直綠化系統仍不流行的現狀。此外，分析了垂直綠化系統在制冷功能方面的發展及其作為減輕城市熱島效應的城市溫度調節工具的前景。最后，他們總結了影響垂直綠化系統冷卻效果的因素，并呼吁其他研究人員更加關注冷卻效果。

5? 實驗計劃

5.1 問題陳述

由于城市熱島效應，城市冷卻系統占用電力供應的40%至60%。這時，垂直綠化系統對于調節建筑物溫度非常重要，因為它可以減少很多能源消耗。該實驗的主要目的是研究垂直綠化系統的冷卻效果，包括觀察和記錄使用垂直綠化系統的外墻和普通外墻的溫度和濕度[4]。

5.2 影響實驗的因素

因為垂直綠化系統中建筑物外墻的溫度降低主要取決于陽光的遮擋和植物葉片的蒸騰作用。為了使實驗結果更準確，在實驗過程中應嚴格控制以下影響蒸騰作用的因素[5]。

5.2.1 光照

光線是影響垂直綠化系統中綠色植物蒸騰作用的重要因素之一。首先，光線可以幫助植物打開自己的氣孔，氣孔是植物蒸騰時進行物質轉化的途徑。充足的光照不但有助于促進植物蒸騰而且可以增加周圍環境和植物葉片的溫度，導致葉片內部和外部的壓力不同，因此植物的蒸騰速率將得到提高。

5.2.2 環境溫度

植物的蒸騰作用主要受溫度影響。隨著環境溫度的升高，植物的氣孔越來越大，但是溫度過高會導致植物的氣孔關閉。例如，如果中午溫度高，則植物的蒸騰作用將減弱，這將減少植物中水分的流失。

5.2.3 濕度

水分是植物蒸騰作用的主要物質之一，因此環境濕度是影響植物蒸騰作用的關鍵因素。環境濕度變大，并且足夠的水分有利于植物氣孔的開放。但是，如果環境濕度繼續增加，過多的水分將導致植物氣孔關閉。

5.2.4 風速

風速是可能影響蒸騰作用的因素。當風速高時，可以將葉片外部的水蒸氣吹散，并且減小氣孔的阻力。但是，強風會使氣孔閉合，蒸騰作用減少。

5.3 實驗步驟

本實驗將使用定量測量方法。該研究是在兩座建筑物上進行的，其中一座裝有垂直綠化系統。兩座建筑物的溫度和濕度數據將通過溫度計和濕度計測量。為了比較兩個建筑物的室內和室外溫度和濕度，將在兩個建筑物的內外墻上安裝相同的溫度計和濕度計。最后，將在上午8：00至下午5：00的室內和室外溫度和濕度表中填寫溫度和濕度記錄以進行比較。數據的測量將在位置和方向相同的兩座建筑物上進行，以控制兩座建筑物的相同初始溫度和濕度數據。

5.4 數據分析

根據以上實驗，可以得到10套比較數據，即普通建筑物的室內和室外溫度和濕度，以及安裝了垂直綠化系統的建筑物的室內和室外溫度和濕度。

5.4.1 普通建筑物的室內外溫濕度差異

將普通建筑物的室內和室外不同時間段的溫度和濕度數據導入數學軟件Minitab生成折線圖。根據其趨勢，觀察室內和室外之間的溫度變化差異，如果相差不大，則普通建筑物的外墻對環境溫度和濕度沒有影響。

5.4.2 垂直綠化系統建筑物的室內和室外溫濕度差異

將安裝垂直綠化系統的建筑物在不同時間段的溫度和濕度數據導入到數學軟件Minitab中，生成折線圖。觀察圖表趨勢并比較室內和室外溫度和濕度。如果室內和室外溫度和濕度發生顯著變化，則垂直綠化系統會對建筑物溫度產生調節作用。

5.4.3 比較兩座建筑物的制冷百分比

記錄普通建筑物和同一時間安裝垂直綠化系統的建筑物的溫度數據，計算兩種類型建筑物的室內和室外制冷百分比，并輸入到數學工具Minitab中生成折線圖。觀察兩個不同建筑物的制冷百分比線圖之間的差異。如果垂直綠化系統建筑物的線圖總是高于普通建筑物，則認為垂直綠化系統的冷卻效果是有效的。

5.4.4 比較兩座建筑物的濕度

將兩種不同類型建筑物中同一時間的濕度數據輸入到數學工具Minitab中，并將生成折線圖。隨時間觀察兩個不同建筑物的濕度變化。如果垂直綠化系統建筑物的濕度最終低于普通建筑物的濕度，則垂直綠化系統具有調節濕度的功能。

5.4.5 比較兩座建筑物的溫度

將兩種不同類型的建筑物中選擇相同時間段的溫度數據輸入到數學工具Minitab中生成折線圖。觀察兩個不同建筑物隨時間的溫度變化。如果垂直綠化系統建筑物的溫度往往低于正常建筑物的溫度，則垂直綠化系統具有調節溫度的功能。

6? 總結

這項研究著重于垂直綠化系統對溫度和濕度的調節，并討論了前人的研究成果。同時，通過進行控制變量實驗，該研究預測垂直綠化系統確實有助于緩解城市熱島效應并節省能源消耗的成本。研究表明，垂直綠化系統具有調節城市微氣候的巨大潛力。政府應更加重視垂直綠化系統，并盡可能為相關研究提供財政支持。這將有助于促進生態綠色城市和人類與自然和諧相處的新局面。

參考文獻：

[1]楊富淞.基于綠色建筑設計理論的建筑物立面設計探析[J].居舍，2018（30）：94.

[2]陳紅.綠色建筑設計理論在建筑物立面設計中應用的探析[J].綠色環保建材，2018（08）：100，102.

[3]Badrulzaman Jaafar，Ismail bin Said，Mohd Hisyam Rasidi.Evaluating the Impact of Vertical Greenery System on Cooling Effect on High Rise Buildings and Surroundings： A Review[J].Evaluating the Impact of Vertical Greenery System on Cooling Effect on High Rise Buildings and Surroundings： A Review.Senvar，2011，12.

[4]郭思遠，徐芯蕾.塑造屋頂上的綠色城市——淺談南京屋頂花園的發展意義及阻力[J].藝術科技，2019，32（12）：183，197.

[5]王睿韜.談低碳景觀與綠色屋頂設計[J].工程建設與設計，2019（05）：43-44，47.

作者簡介：趙熙（1994-），男，河南鄭州人，助理工程師，研究方向為綠色建筑、可持續建筑物。