建筑外墻不同形式的人工垂直綠化及其效用

鄒經宇，陳興利

（香港城市大學 中國香港 九龍 999077）

1 建立生態綠墻主要作用

通過建立生態綠墻可以有效緩解城市熱島效應降溫增濕，改善城市環境；優化城市雨水管理截留雨水，減少地面徑流，凈化水質；節約能源調節室內溫濕度，減少設備能耗；保護建筑物降溫隔熱，減少溫度波動、酸雨、紫外線等侵害；生物多樣性保護吸引動植物，為其提供棲息場所；健康保健調節身心，緩解壓力，放松心情；同時種植經濟作物，也能發展城市新興農業。

2 主要形式

2.1 水培式

營養豐富的水培養的水培系統是安裝在壁頂部的歧管中，培養液在此歧管中循環，排水罐在纖維壁底部用來收集水，以免造成墻面和地面腐蝕。兩層合成纖維包裹著植物的根夾，用來不支持微生物的生存以及根群的生長。這些存在根際中的微生物能夠極大的發揮它的效用。新建的房屋會產生對人們身體有害的揮發性有機化合物，如甲醛、甲烷、乙炔、二氯苯、對二氯苯等有害氣體。他們會被根際微生物“吞并”；光合作用也為他們所用，房屋中安裝通風系統，將植物吸收二氧化碳而產生的新鮮涼爽的空氣擴散到整個空間，達到凈化空氣的效果。同樣的概念可以稍作改動與其他系統相結合應用在綠色立面系統中，形成大規模的混合系統。水培式的優點在于質量輕、施工簡便、成本低，深受各類中小型室內空間的喜愛。不足之處是：后期的養護管理費用大。應用于水培式的常見室外植物有鴨腳木，三色鐵，朱蕉，天門冬，白紋山菅蘭，紅背桂，吊竹梅，腎蕨。

2.2 模塊式

市場上普遍采用模塊化綠化系統。模塊化系統由塑料箱體或金屬盒或托盤組成，一般選擇在容器中填充有機或無機土壤、礦棉、腐殖土、椰子糠或類似材料作為生長介質。灌溉系統位于系統內部，箱體或托盤安裝在墻上或固定在結構上。由于模塊化系統需要一些支撐物將其固定，所以它們通常比水培系統的重量更重。模塊化綠化系統是一種可以作為覆蓋板的墻面，也可以通過不同的圖案設計讓其具有裝飾效果，甚至可以設計成隔音板減少噪音。模塊化系統的底部還有一塊面板，用來支持植物的生長。帶生長介質的模塊化綠化系統更適合土壤中自然生長的植物，特別是溫帶植物。一般在室外陰選取鴨腳木，蕨類，鳶尾，春羽，龜背竹，滴水觀音；室外陽面采用金葉假連翹，黃金榕，小葉女貞，大紅花，紅花繼木，紅葉石楠，海桐，毛杜鵑，希美麗，金森女貞，金葉女貞，朱蕉，梔子花，花葉良姜，白文草，山菅蘭，非洲茉莉，紅花韭蘭等植物。模塊化綠化系統的優勢在于該立體綠化方式施工快捷，由于滴灌系統養分水分的補給，植物的可持續生長效果良好，后期極易維護。

2.3 直壁容器式

器式綠化系統結構較為簡單，由盛放植株的掛袋或掛盆組成。由于載體容器有很多細小的“單元”，直壁容器式綠化系統一直被很多人認為是模塊化系統。直壁容器式和模塊化系統區別在于植物在模塊化系統中水平生長或以一定角度生長，而在另一種系統中卻是像在自然環境中一樣垂直生長。當直壁容器式的綠化系統與高效的灌溉系統相結合時就會發揮巨大的潛力，使水可以通過一根滴管從上到下流動，很多大型綠色種植墻就采用了這種體系，例如，圳朗亭大酒店的綠色種植墻。直壁容器式的優勢是此方式施工簡便，成本低，該方式在室內的養護清潔方面比其它兩種方式具有優勢。

3 效用分析

3.1 隔音作用

專家發現，垂直綠化系統（VGS）比單純的建筑構件在降噪方面具有更好的性能。與其他常用建筑材料相比，綠色墻體具有相同或更好的吸聲系數，比純墻體構件等可以多降低噪音5~10bel，一般在中低頻時隔音效果更為明顯。有專家報告稱，綠色墻體系統的吸聲系數明顯高于其他建筑材料和裝飾。由于它能更有效地吸收不同波長的聲波，因此餐館、酒店和立交橋等噪音較大的公共設施可以廣泛應用。此外，隔音系數會隨著植物覆蓋面積的擴大而增大。

3.2 熱隔離作用

研究發現，城市中植物覆蓋區的表面溫度要低于淺色磚墻和黑色建筑的表面溫度。這是因為建筑物可以直接被垂直綠化系統隔離而免受太陽輻射和蒸散的影響，減少太陽光對大氣的反射和二次輻射，從而減少城市熱島效應。更有研究表明UHI 垂直綠化系統的遮陽效果每年可降低能耗8%，且對于不同的城市，預計節能率在35%~90%之間。加拿大專家發現，城市中的垂直綠化系統可以充分降低建筑物的低表面溫度，這些植物可以通過遮擋墻壁來有效降低建筑物表面的最高溫度，將每日的最高溫度波動減少50%。影響垂直綠化系統能量交換和傳遞的因素很多，包括氣象條件、植被生理功能和建筑結構等。例如，朝南的綠墻可以通過較強的林冠蒸散效應傳遞更多的熱量，因此，與朝北的綠色墻體相比，它具有最差的熱流吸收能力和最大的熱流損失。

3.3 風效應及氣流和溫度

風速和風向在很大程度上影響了垂直綠化系統的防風能力。冬季，冷風會降低建筑物內部溫度，削弱構建的隔熱效果，排除建筑物內的冷空氣可以減少25%的供暖需求。在高密度的城市環境中，綠化系統可以為空氣降溫，提供陰影，將大量的太陽輻射吸收。植被和地表水的蒸發和彌散作用會產生冷卻效應，因此，建筑墻體表面溫度會降低。

3.4 節能作用

垂直綠化系統可以降低建筑能耗，優化建筑物的熱性能。垂直綠化系統通過阻擋部分陽光進入來減少進入混凝土墻的熱量從而減少對能源的需求，冷卻建筑物的內外部。垂直綠化系統可以阻擋陽光直射輻射和熱量流入建筑從而直接降低室外溫度5.5～8℃，能耗降低50%～70%，大大地降低了空調負荷。植被葉面積指數與遮光系數呈正相關線性關系，遮光系數越高，綠化程度越高，遮光隔熱效果越好。

3.5 二氧化碳效應

在城市地區，可將垂直綠化視作一個碳池，因為它具有強效的碳隔離功能，這需要一個動態模型來評估二氧化碳的封存。理論上，建筑物表面生長的早期植被可以作為垂直綠化來評價其二氧化碳回收和永久性碳去除能力。計算表明，約92m2的綠色植被平均每年可吸收13.41~97.03kg的二氧化碳，此效率相當可觀，因此，垂直綠化系統是緩解城市氣候變化的一種強有力的方案。

3.6 微氣候層

在炎熱干燥的氣候條件下，垂直綠化系統對微氣候的影響很大，尤其對城市溫度和能量，而這些都可以通過對植被的適應性和布局來改變。垂直綠化通過植被陰影、植被與墻的隔離、植被的蒸散與冷卻、風障效應這四種機制來影響環境。綠色墻體可以更合理地利用水資源，隔離噪聲污染，提高城市雨水排水質量。現有研究表明，垂直綠化系統在改善環境和改善建筑物方面具有巨大的潛力。