摘要：简要叙述建筑屋顶绿化在绿色建筑中的作用和原理，分析各类建筑屋顶绿化在工程中的应用，探讨建筑屋顶绿化在建筑节能环保方面的实际效益。
关键词：建筑物绿化；绿色建筑
1 建筑物绿化的意义
建筑物绿化是指通过在建筑物上直接或间接附着可供绿化植物生长的环境，如花盆，种植毯等，为建筑物营造绿化环境，起到改善环境，提高美观度，节约能耗的效果。其中最常见的方式是建筑屋顶绿化，此外还包括建筑墙体绿化、墙面绿化以及室内绿化。
随着城市的迅速建设及城市人口、车辆的急剧增长，加剧了城市热岛现象，导致城市的环境恶化和生活环境质量的下降。加之城市规划不合理，城市发展过程中的乱序现象导致城市用地紧张等问题凸显，近年来受到越来越多的关注。城市中一般采用传统的平面绿化作为提高城市生态水平的重要途径，但其用地越来越少，成本越来越高，所以发展特殊空间绿化势在必行。20世纪60年代以后，一些发达国家开始重视并大力发展屋顶绿化，开始根据屋顶结构及植物生长环境，建造屋顶“空中花园”等相关绿化工程。我国建筑物绿化起步较晚，发展也相对缓慢，随着人们对于环境质量要求的日益增加，近些年来加大了建筑物绿化的力度。
对建筑物所处环境及建筑物本身进行绿化可降低建筑物周围微环境的温度、提高空气相对湿度，改善空气品质，降低噪音危害，从而延长建筑物通过自然通风降温的时间，改善室内空气品质，降低建筑物能耗，减轻“城市热岛效应”。此外，与其他常见的绿色建筑节能措施比起来，建筑设计中结合恰当的绿化设计更能给人以视觉感受上的新颖感受，传达绿色建筑理念，产生一定的社会效应，引导观看者对绿色建筑建立认识。
2 建筑物绿化的应用场景
2.1满足特定类型建筑的功能需求
为了推动城市的生态环境建设，一些城市开始试点进行城市空中花园的建设工作。尤其对于一些生态品质要求更高的建筑类型（如幼儿园、养老院等），建筑屋顶绿化这种方式恰巧可以同时解决生态和用地两方面的问题，因此得到广泛的发展。
一些幼儿园在设计中结合幼儿的个性需求在屋顶设计屋顶花园，在屋顶活动场地营造接近大自然的机会，促使幼儿在观赏植物时可以发挥智力、体力、想象力，并丰富他们的日常生活，在植物、空间中领略绿化和环境的舒适性和趣味性。（图1)
图1
人们对于养老建筑的绿化观念普遍滞后，随着我国社会老龄化问题日渐突出，养老建筑的绿化设计也开始逐渐得到关注。许多家庭一方面不惜重金改善家中老人的居住条件，另一方面却得不到高品质的老年人居住环境，这样的现状亟待改善。养老建筑更需要舒适的建筑环境，城市中缺少绿化用地的养老设施可以从建筑物绿化入手对老年人照料设置的生态环境进行改进，既能节省用地，又能获得绿色节能方面的效益。
例如：在实行绿化的过程中可以种植绿色蔬菜来增加收入或者供养日常生活。可以在绿化带内开辟菜园或者果园，种植生活菜品(图2)。现代老年建筑一般就有良好的排水和灌溉系统，种植菜园不仅能推动绿化工程的生态化，更能减轻物价压力，节省生活成本。另外，在绿化带自己种植菜园果园还可以降低老人的独自往外出的风险。
图2
2.2用于绿色建筑评分
伴随我国新版《绿色建筑评价标准》在2015年的正式施行,标志全社会对绿色建筑在近十年的实践发展予以了充分的认识与评估,我国绿色建筑事业蓬勃发展的积极态势必将对未来建筑的设计转型投入更多关注。其中《绿色建筑评价标准》第4.2.15条，明确了建筑物绿化计入绿色建筑评价标准的计分系统：
“1 种植适应当地气候和土壤条件的植物，采用乔、灌、草结合的复层绿化，种植区域覆土深度和排水能力满足植物生长需求，得3 分；
2 居住建筑绿地配植乔木不少于3 株/100m2，公共建筑采用垂直绿化、屋顶绿化等方式，得3 分。”
2.3作为建筑造型元素
此外，在建筑设计中加入绿化设计，不仅能提高建筑舒适性，对于建筑造型和美感也有让人眼前一亮的效果。
3 建筑屋顶绿化提升环境品质的机理
3.1对温湿度的影响
植物在光合作用过程中吸收利用大量的太阳辐射能，直接减少地面对太阳辐射的吸收，与此同时还通过蒸腾作用吸收周围空气中的能量，有效降低该区域的空气温度、增加空气湿度。文献研究表明：相同时刻水泥地表面的温度大于草坪地表面的温度，该差值在下午16 00时达到最大值，约为10℃，两者之差的最小值出现在4 00左右，差值也在2℃以上。裸地与草坪两者温度分布的差别与水泥地和草坪的分布差别类似。相同时刻裸地地表的温度明显高于草坪地表温度，在下午2 00相差最多，约为12℃，夜间有所降低。相关研究同时表明绿化地面与裸地面、水泥地面相比较，对峰值温度的出现有延迟作用。在调节空气相对湿度方面，一公顷阔叶林，夏季每天可以蒸发2600升水，草坪等植物的叶面积，一般为地面面积的20倍左右，茂密的茎和叶通过蒸腾作用，能使周围空气中的水分增加20%左右。
建筑物绿化对建筑节能的作用更直接。主要表现在：夏季，通过植物冠盖、叶片的遮阳作用减少建筑物对太阳辐射热的吸收，通过蒸腾作用吸收建筑物维护结构的热量，释放水蒸汽，改善建筑物外表的热、湿环境，降低建筑空调负荷，实现节能；冬季，绿化主要起屏蔽作用，减小风压对建筑物的作用，从而减小冷风渗透和外表面对流换热损失，降低供热负荷，达到节能目的。实测结果表明：在室外气温38℃时，无绿化建筑物的外表面（深灰色外墙涂料）温度最高可达50℃，而有绿化建筑物外墙面温度为27℃；有绿化建筑物室内温度较无绿化建筑物室内温度约低3~5℃，降温效果明显。日本学者的实验研究表明:相同条件的平屋顶, 在种植草坪的情况下, 可使室内温度降低约7℃。
3.2对空气品质的影响
合理选择绿化用花草树木品种，利用植物的光合作用和吸收作用的特点，对于幼儿园等以屋顶作为人员活动场地的建筑来说，具有提升空气品质的效果。通过光合作用每公顷阔叶林 (相当于1公里道路两侧单行行道树)每天能吸收1000kg的二氧化碳，释放出730kg的氧气，可以供1000人所需，一般来说，一个人一天需要0.7kg的氧气，人均拥有10平方米的树木或25平方米的草坪，就能自动调节空气中CO2与O2的比例平衡，保持空气清新。植物在进行光合作用的同时，还会吸收一氧化碳(CO)、二氧化硫（SO2）、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、氯气、氟化氢 、氨及汞、铅蒸汽等，例如成片的松林，每天可以从1立方米的空气中吸收20毫克的二氧化硫。
3.3对噪声控制的影响
植物能够降低噪音是因为植物的叶片能够将投射到它上面的噪声反射到各个方向上，叶片的轻微震动能使噪声能量得到消耗而减弱，据测定，快车道的汽车噪声，在穿过12米宽的林带后可以降低噪声3～5dB，穿过40米宽的防护林带时，噪声会降低10～15dB。当建筑物排列布置时，前排建筑屋顶的植物可以为后排建筑起到减小噪声的效果。4 建筑屋顶绿化的构造
屋顶绿化种植区的构造层可分为植被层、种植层、过滤层、蓄排水层、保湿层、隔根层、分离滑移层、防渗漏层，其竖向构造层根据建筑物的实际情况而略有差异(见图3) 。
图3
由于植被下面长期保持湿润，并且有酸、碱、盐的腐蚀作用，会对防水层造成长期破坏。同时，屋顶植物的根系会侵入防水层，破坏建筑屋面结构，造成渗漏，因此屋顶绿化的构造需相对合理且满足建筑防水技术要求，还需保证屋面荷载轻质，以利后期一旦出现渗漏，可以方便的进行检修。屋顶绿化须选择憎水高效的保温材料，将保温层置于防水层下并设置滑移层，优先考虑使用防水耐根穿刺材料，以利于保证保温节能效果以及渗漏检测。
图4
4 建筑屋顶绿化的绿色价值评价
屋顶绿化的价值评价，主要集中在以下三个方面：
（1）屋顶绿化的室内热环境以及效益比较分析，如屋顶绿化的经济效益、环境效益、节能效益分析；
（2）屋顶绿化的降温效果以及节能效果；
（3）基于财务收益、资源消耗、环境负荷和外部收益维度的屋顶绿化的绿色价值评价方法开发。
本文通过屋顶绿化前后的室内外温差变化、空调耗电量指标变化两项实验数据，分析建筑屋顶绿化绿化的热工效益和节能效益。
屋顶绿化前后室内外温度差变化
屋顶绿化前、后室内、外温度变化曲线相似，均随时间温度升高至最高点后开始下降( 图5) 。由于2 次测量不在同一时间段，为消除环境差异，对屋顶绿化前、后室内、外温度差变化进行比较。由试验结果可知，屋顶绿化前室内、外温度差较小，且曲线变化趋势较为平坦，变化范围为0. 2 ～3. 1 ℃，平均值为1. 1 ℃; 屋顶绿化后室内、外温度差较大，曲线变化趋势较屋顶绿化前大，变化范围为0. 1 ～ 5. 2 ℃，平均值为2. 6 ℃。
图5
图6 图7
屋顶绿化后室内外温差变化较屋顶绿化前大，说明建筑物顶层天花板经屋顶绿化后吸收的热能增多，在夏天有利于阻隔外部热环境，降低室内温度，减少空调等降温电器的使用，节省能源; 且在吸收热能后，室内温度没有明显降低，说明屋顶绿化层还能贮存一定的热量，在冬季有利于保持室内温度。
5屋顶绿化前后空调耗电量指标变化
在为期1 个月的空调开启实验期间, 室外气温日变化范围见图6 , 2 房间的室内温度由空调控制在25 ℃左右, 但每天绿化屋顶的房间都比对比屋顶的房间用电量少(见图7)。1 个月期间, 有、无绿化屋顶的房间所消耗的空调电量分别为310 .7 kWh 和370 .2 kWh , 说明绿化屋顶减少了房间空调耗电量的16 %, 平均每天节省电量约2 kWh , 单位面积屋顶绿化每天节省电量约0 .1 kWh 左右。
比较图6 和图7 , 屋顶绿化节电量的大小与气候有很大关系。取10 d(2007 .8 .7 -2007 .8 .18)的节电量与气候参数进行相关性分析, 得到屋顶绿化节电量与太阳辐射强度的相关系数为0 .81(见图8), 与室外气温的相关系数为0 .70(见图9), 说明天气越热, 屋顶绿化的节能效果越好。
图8 图9
由于我国各地区的实际情况有差异，绿色价值评价在如何体现地方灵活性、可操作性方面还有待于进一步研究。但总体说来，作为城市的重要组成部分，屋顶绿化具有十分明显的美化城市、改善城市生态环境和降低能耗的作用。其充分利用了建筑的外部空间，搭建了灰色空间与外部空间过渡的桥梁，协调了生硬僵化的建筑实体与其周围环境的关系。对整个城市而言，高密度的屋面绿化可以净化空气，提高城市绿量，增加城市魅力，提升建筑节能的指标，是值得大范围、大面积推广的一种城市化工程。加强屋面绿化工程的推广和普及是实现我国城市可持续发展的保障，符合我国城市绿化发展的趋势。
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论文作者:张译
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：屋顶论文; 建筑论文; 建筑物论文; 温度论文; 城市论文; 环境论文; 室内论文; 《基层建设》2019年第12期论文;