重慶市不同類型屋頂綠化的建筑節(jié)能效益研究

鄒敏+譚興晏+朱旭東+艾麗皎

作者簡介：鄒敏（1986—），女，四川錦陽人,助理工程師,碩士,主要從事城市生態(tài)學研究。中圖分類號：S731.2文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05003103

1引言

隨著我國城市化進程的加劇,城市規(guī)模不斷擴大,城市生態(tài)環(huán)境問題日益突出［1］。屋頂綠化泛指在各類建筑物、構筑物的頂部以及天臺、露臺上進行綠化,可緩解城市土地緊張、擴大城市綠地面積,是改善城市生態(tài)環(huán)境的有效措施之一,也是建筑節(jié)能減排的最佳途徑之一［2］。它不僅能有效緩解城市熱島效應、降低建筑物能耗［3~5］,還能增添城市景觀,使建筑物與環(huán)境更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一［6,7］。

由于綠色植物本身對太陽輻射具有反射和遮擋的作用,可使到達地面的太陽凈輻射急劇降低,單片葉子所接受的可見光大約75%被吸收,15%被反射,只有10%左右可透射［8］。研究表明,屋頂綠化對環(huán)境的改善有著明顯的作用［9~11］。屋頂綠化是冬暖夏涼的“綠色空調(diào)”,夏季可最大程度降低屋頂表面溫度15℃、室溫2.0~2.4℃,午后極端高溫時降溫作用可達到6℃;冬季綠化后的屋頂室內(nèi)溫度比普通屋頂室內(nèi)溫度高4.2℃［12］。有資料表明:夏季辦公樓室內(nèi)溫度每降低1℃,一般的空調(diào)器可減少5%~10%的用電量［13］。楊志強［14］等對長沙市校園樓房立體綠化的研究結果表明:降溫節(jié)能效果立體綠化<屋頂灌木綠化<屋頂草坪綠化<裸屋頂,3種綠化方式比裸屋頂降溫節(jié)能分別為40.4%、34.4%和31.4%［15］。隨著低碳城市和節(jié)能環(huán)保的推廣,屋頂綠化在城市中的應用越來越受到重視。目前,有關屋頂綠化的經(jīng)營方式和植物的科學配置等方面的研究較多,但對屋頂綠化的建筑室內(nèi)產(chǎn)生降溫作用的研究還較為鮮見。本研究通過對綠化、未綠化屋頂室內(nèi)溫度進行同步定點觀測,比較不同類型屋頂綠化建筑室內(nèi)的降溫效果,并計算出節(jié)能效益,對于重慶市進一步推廣城市屋頂綠化具有積極意義。

2材料與方法

2.1試驗地點概況

本試驗選擇了重慶市園林局辦公樓、重慶市風景園林科學研究院辦公樓為研究對象(表1)。

表1調(diào)查樣地建設概況

觀測點市園林局市園科院建筑樓層4層4層建筑年代2008年2010年屋頂綠化年代2008年2013年屋頂綠化類型花園式簡單式屋頂綠化建設面積400m2500m2主要植物種類天竺桂、桂花、假檳榔、三角楓、臘梅、山茶花、棕竹、海桐、梔子、紅檵木、紅背桂、八角金盤、花葉良姜、十大功勞、杜鵑、結縷草紅葉景天、綠葉景天

2.2調(diào)查內(nèi)容和方法

2.2.1觀測點設置

花園式屋頂綠化室內(nèi)溫度觀測點選擇在市園林局辦公樓花園式綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層),并選擇其未綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層)設對照觀測點;簡單式屋頂綠化室內(nèi)溫度觀測點選擇在重慶市風景園林科學研究院辦公樓簡單式綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層),并選擇其未綠化屋頂?shù)?樓室內(nèi)(總共樓層4層)設對照觀測點。

2.2.2觀測方法

本試驗數(shù)據(jù)觀測采用testo 174H自動溫濕度儀,觀測時將自動溫濕度儀安裝在平穩(wěn)的三腳架上,測點高度均為距地面1.5m高處。試驗選擇在植物降溫效果最為明顯的夏季7月10~12日進行3次重復觀測試驗,觀測日均為晴朗高溫、無風或弱風(風力小于三級)的天氣條件。觀測時間從早上9:00到下午17:00,在觀測時間段內(nèi)對試驗組和對照組各觀測點進行同步測定。自動溫濕度儀設置每隔5min記錄1次,將每個正點和半點前后5min記錄的溫度數(shù)據(jù)平均后作為各正點和半點的溫度值進行數(shù)據(jù)分析。

2.2.3試驗儀器

testo 174H自動溫濕度儀(溫度測定范圍為-40~85℃,精度為0.01℃)。

2.2.4數(shù)據(jù)分析

在本研究中選用Microsoft Excel 2007分析軟件對數(shù)據(jù)進行處理、分析,并作圖。基于數(shù)據(jù)處理結果,將各重復試驗的溫度相加后取平均值,分析并比較出不同類型屋頂綠化的建筑節(jié)能效益。

3結果與分析

3.1不同類型屋頂綠化日變化規(guī)律

本試驗分別將每個調(diào)查樣地3d內(nèi)同一時刻的氣溫加以平均,算得各樣地不同時刻的氣溫,并進行比較分析(如圖1)。由圖1可以看出每個調(diào)查點室內(nèi)的溫度日變化規(guī)律,室內(nèi)溫度隨著時間的推移呈先逐漸上升后下降趨勢,在15:30時溫度均達到最大值。由圖可得,測量所得到的室內(nèi)溫度均較高,3種類型屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度變化有顯著差異,代表裸露屋頂類型的室內(nèi)溫度變化劇烈且較其他類型均偏高。代表裸露屋頂?shù)膬蓚€樣地室內(nèi)最高溫度分別是:37.92℃、39.97℃,平均溫度分別為:35.12±3.02℃、36.67±3.36℃;簡單式屋頂綠化室內(nèi)最高溫度35.41℃,平均溫度33.31±2.07℃;花園式屋頂綠化室內(nèi)最高溫度30.11℃,平均溫度2837±181℃。室內(nèi)溫度表現(xiàn)為:花園式屋頂綠化<簡單式屋頂綠化<未綠化屋頂,簡單式、花園式屋頂綠化降溫幅度分別為:-0.73℃~2.69℃、4.45℃~10.01℃,說明花園式屋頂綠化對室內(nèi)的降溫效果明顯高于簡單式。

圖1不同類型屋頂綠化室內(nèi)溫度日變化曲線

3.2不同類型屋頂綠化日平均溫度比較

不同類型屋頂綠化由于其植被降溫效果的差異,其室內(nèi)溫度的差異較大。本試驗分別將不同類型3d的溫度加以平均,算得日平均溫度,并進行比較分析(圖2)。由圖2可以看出,簡單式、花園式屋頂綠化分別能降低室內(nèi)溫度1.81℃,8.31℃,即花園式屋頂綠化對室內(nèi)的降溫效果是簡單式的4.6倍。不同的屋頂綠化類型因植物葉面積指數(shù)的差異,對陽光的反射率不同,加上綠色植物的同化作用及遮蔭作用,使花園式屋頂綠化屋面的凈輻射量遠小于簡單式屋頂綠化的屋面。同時,花園式屋頂綠化因植物的蒸騰和蒸發(fā)作用消耗的潛熱明顯比簡單式屋頂綠化的大。這樣就使得花園式屋頂綠化屋面的貯熱量以及地一氣間的顯熱交換量大為減少,從而使花園式屋頂綠化室內(nèi)空氣獲得的熱量少,熱效應降低［11］。因此,花園式屋頂綠化室內(nèi)的日平均溫度較低,而簡單式屋頂綠化的較高。

圖2不同類型屋頂綠化室內(nèi)日平均溫度

3.3不同類型屋頂綠化的建筑節(jié)能效益比較

耗電量主要看壓縮機的功率,壓縮機功率=制冷量/能耗比,一般空調(diào)能耗比大于3,因此1匹空調(diào)的耗電功率一般數(shù)據(jù)為735W［13］。1.5匹的空調(diào)耗電功率為735×1.5=1.10kW?h左右,加上10%左右的風扇等消耗［13］,每小時耗電1.21kW?h。根據(jù)屋頂綠化的降溫效果和建筑節(jié)能效益,我們對3種屋頂綠化類型辦公建筑全年節(jié)電進行估算,每天使用空調(diào)按10h計算,未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電10×1.21=12.1kW?h。

通過對3種屋頂綠化類型進行熱工測試實驗,實驗得出:在一間19.35m2(辦公室大小)的房間內(nèi),夏季溫度每降低1℃,平均每天可節(jié)約電0.47度kW?h。因此,市科研院簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電平均每天節(jié)約0.85kW?h;市園林局花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化平均每天節(jié)約3.90kW?h。即,簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)平均每天耗電量計為11.25kW?h,節(jié)約能源比例7.02%;花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)平均每天耗電量計為8.2kW?h,節(jié)約能源比例32.23%。

4結語

(1)通過比較未綠化屋頂、簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化室內(nèi)溫度的變化得出:未綠化屋頂室內(nèi)溫度日變化較為激烈,且明顯高于綠化屋頂室內(nèi)溫度,表現(xiàn)為花園式屋頂綠化<簡單式屋頂綠化<未綠化屋頂;花園式屋頂綠化對室內(nèi)的降溫效果是簡單式的4.6倍。

(2)簡單式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電平均每天節(jié)約0.85kW?h,節(jié)約能源比例7.02%;市園林局花園式屋頂綠化室內(nèi)空調(diào)耗電較未綠化平均每天節(jié)約3.90kW?h,節(jié)約能源比例32.23%。

(3)屋頂綠化研究的目的是促進城市屋頂科學利用,使人們充分認識到屋頂綠化這一特殊的綠化形式對于增加城市綠量,改善城市生態(tài)環(huán)境,提高人類生活質(zhì)量等方面的重要作用。只有加強城市屋頂綠化生態(tài)效益、功能的評估計量指標體系,為城市綠化規(guī)劃設計部門在指導城市綠化建設提供依據(jù),促進城市屋頂綠化發(fā)展。本試驗通過比較簡單式、花園式屋頂綠化建筑室內(nèi)的降溫作用,定量推算出了不同屋頂綠化類型建筑室內(nèi)的節(jié)能效益。

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