重慶市屋頂綠化的降溫增濕效應(yīng)

吳志能，鄒 敏，陳 祥，艾麗皎，先旭東

(重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院，重慶 401329)

重慶市屋頂綠化的降溫增濕效應(yīng)

吳志能，鄒 敏，陳 祥，艾麗皎，先旭東

(重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院，重慶 401329)

選擇在植物降溫作用最為明顯的夏季，以重慶市不同屋頂綠化類型為研究對象，比較研究簡單式和花園式屋頂綠化的降溫增濕效應(yīng)。結(jié)果表明，簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化對室內(nèi)溫度的平均降溫程度分別為1.75 ℃、4.35 ℃；與無綠化屋頂相比，簡單式、花園式屋頂綠化對屋頂環(huán)境的平均降溫程度分別為2.55 ℃、9.81 ℃，增濕效果分別為5.01%、21.19%，降低地表溫度的程度分別為7.93 ℃、18.14 ℃。表明屋頂綠化具有顯著的降溫增濕效應(yīng)。

屋頂綠化；空氣溫度；空氣濕度；地表溫度；重慶市

屋頂綠化是以各類建筑物頂部的平臺為依托，營造不同園林景觀的空間立體綠化模式。屋頂綠化作為城市立體綠化的重要形式之一，在豐富和拓展城市綠化空間、改善城市生態(tài)環(huán)境等方面具有十分重要的作用[1]。屋頂綠化主要分為簡單式屋頂綠化和花園式屋頂綠化2大類，簡單式屋頂綠化主要采用草本植被栽植于屋頂綠化結(jié)構(gòu)層上，重量輕，適用范圍廣，養(yǎng)護(hù)投入少。而花園式屋頂綠化是指采用建筑、水體和景觀小品等豐富的造景形式，進(jìn)行“喬灌草”復(fù)層配置模式的屋頂綠化類型[2]。屋頂綠化的發(fā)展已有近2000 a的歷史，古巴比倫的“空中花園”是早期屋頂綠化的典型代表。屋頂綠化最早在歐洲興起，隨后在美洲發(fā)展起來，之后在許多發(fā)達(dá)國家迅速發(fā)展[3]。我國屋頂綠化始于20世紀(jì)60年代，現(xiàn)在仍處于起步階段，與發(fā)達(dá)國家的屋頂綠化水平有很大差距。目前，國內(nèi)外對屋頂綠化的研究主要集中在屋頂綠化植物的選擇及屋頂綠化的生態(tài)效益，如降溫增濕、固碳釋氧、殺菌滯塵等方面[4-13]。

重慶作為最年輕的直轄市，城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，在山地城市綠化用地有限的情況下，發(fā)展屋頂綠化等立體綠化模式，能有效地節(jié)約土地資源、美化城市生態(tài)景觀，具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益，符合 “美麗重慶”和“山水重慶”建設(shè)的要求[14-15]。目前，有關(guān)屋頂綠化生態(tài)效應(yīng)的定量研究較少，因此，在“生態(tài)城市”、“低碳環(huán)保”、“綠色宜居”等為主題的城市環(huán)境建設(shè)理念盛行的背景下，開展不同類型屋頂綠化的降溫、增濕等生態(tài)效益研究，闡明屋頂綠化在緩解城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度和改善城市環(huán)境質(zhì)量方面的作用，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究地概況和研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

重慶市位于東經(jīng)105°11′—110°11′、北緯28°10′—32°13′，總面積8.24萬km2，地貌以丘陵、山地為主，山地面積占全市總面積的75.3%。氣候溫和，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年均氣溫18 ℃左右，冬季最低氣溫平均在6～8 ℃，夏季炎熱，7月每日最高氣溫均在35 ℃以上，年日照時(shí)間1000～1200 h，冬暖夏熱，無霜期長，雨量充沛，年均降水量1000～1450 mm。目前，重慶主城區(qū)綠化覆蓋率達(dá)36%。

本研究選定重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院簡單式屋頂綠化(圖1)和重慶市園林事業(yè)管理局花園式屋頂綠化(圖2)作為試驗(yàn)觀測樣地，并分別以每個(gè)屋頂綠化調(diào)查點(diǎn)周邊無綠化的屋頂為對照?；▓@式屋頂綠化位于重慶市鵝嶺正街179號重慶市園林事業(yè)管理局4樓屋頂，總面積約為200 m2，綠化覆蓋率為60%，土層厚度約為35 cm，主要綠化植物有紅葉石楠(Photiniaxfraseri)、桂花(Osmanthusfragrans)、三角楓(Acerbuergerianum)、山茶花(Camelliajapomica)、棕竹(Rhapisexcelsa(Thunb)Henry ex Rehd)、海桐(Pittosporumtobira)、結(jié)縷草(Zoysiajaponica)。簡單式屋頂綠化位于重慶市九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)芳驛路8號重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院4樓屋頂，總面積約200 m2，主要屋頂綠化植物為佛甲草(SedumlineareThunb.)。試驗(yàn)地基本情況見表1。

表1 屋頂綠化試驗(yàn)樓房基本情況

圖1 簡單式屋頂綠化圖2 花園式屋頂綠化

1.2 研究方法

1)儀器設(shè)備。溫濕度測定采用testo174H自動溫濕度儀(溫度測定范圍為-40～85 ℃，精度為0.01 ℃；濕度測定范圍為0～100%，精度為0.01%)，調(diào)查前對每個(gè)自動溫濕度記錄儀進(jìn)行校正，在開闊場地(重慶市風(fēng)景園林科研院內(nèi))將儀器安裝在平穩(wěn)的三腳架上(距地面1.5 m)，同步記錄氣溫、空氣濕度。地溫測定采用CASON CA380手持式紅外地溫儀，調(diào)查前在重慶市風(fēng)景園林科研院內(nèi)開闊場地連續(xù)進(jìn)行地溫測定。連續(xù)觀測2 h后分別對比每個(gè)溫、濕度儀和地溫的觀測結(jié)果，選出觀測數(shù)據(jù)中重復(fù)最多的數(shù)據(jù)，以此為基準(zhǔn)對儀器進(jìn)行統(tǒng)一校準(zhǔn)。

2)調(diào)查方法。測定日期選擇在植物降溫作用最為明顯的夏季(7月10—12日)進(jìn)行，觀測日均為晴朗高溫、無風(fēng)或弱風(fēng)(風(fēng)力小于3級)的天氣條件。于9∶00—17∶00，對綠化屋頂、室內(nèi)和對照(裸露屋頂)1.5 m處的氣溫、空氣相對濕度和地表溫度進(jìn)行測定，重復(fù)3次，空氣溫、濕度及地溫均為每隔5 min記錄1次，將每個(gè)正點(diǎn)和半點(diǎn)前后5 min的記錄數(shù)據(jù)平均后作為各正點(diǎn)和半點(diǎn)的氣溫、相對濕度、地溫。測定時(shí)將自動溫、濕度記錄儀放進(jìn)百葉箱內(nèi)，安裝在平穩(wěn)的三角架上，最大限度保證儀器免受外界人為干擾。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別將簡單式、花園式屋頂綠化及對照3 d內(nèi)每個(gè)調(diào)查點(diǎn)同一時(shí)刻的氣溫、相對濕度、地溫加以平均，算得屋頂綠化不同時(shí)刻的氣溫、相對濕度、地溫，并進(jìn)行比較分析。

圖3 不同類型屋頂綠化室內(nèi)、屋頂及對照溫度日變化圖

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型屋頂綠化的氣溫變化

由圖3可以看出，隨著太陽輻射的增強(qiáng)，不同類型屋頂綠化調(diào)查點(diǎn)的氣溫日變化均隨著時(shí)間的推移呈先逐漸上升后下降趨勢，其中，簡單式屋頂綠化和對照的溫度上升速度較快，而花園式屋頂綠化中氣溫上升相對較慢。不同觀測點(diǎn)均在12∶00—15∶30時(shí)間段內(nèi)氣溫較高，在15∶30時(shí)均達(dá)到最大值。同時(shí)，不同類型屋頂綠化的室內(nèi)溫度均低于屋頂?shù)臏囟?，屋頂綠化的溫度均低于對照的溫度，由此可知，在夏季高溫季節(jié)，屋頂綠化可以有效地降低室內(nèi)溫度。

由表2可以看出，屋頂綠化的降溫作用十分明顯。然而，不同類型屋頂綠化的降溫效果不同。簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化對室內(nèi)溫度的平均降溫程度分別為1.75 ℃、4.35 ℃；降溫幅度分別為0.13～3.14 ℃、3.34～5.00 ℃；對室內(nèi)的降溫幅度，花園式屋頂綠化為簡單式屋頂綠化降溫幅度的2.5倍，花園式屋頂綠化對室內(nèi)的降溫效果明顯好于簡單式屋頂綠化，有很好的建筑節(jié)能效果。以1臺1.5匹的分體式空調(diào)機(jī)為例，如果溫度降低1 ℃，按照每天運(yùn)行10 h計(jì)算的話，可以節(jié)能0.5 kw·h，而空調(diào)調(diào)低1 ℃所能感受到的舒適度并不會增加。重慶市夏季開空調(diào)的時(shí)間按照100 d計(jì)算，每戶屋頂綠化的受益者將節(jié)省50 kw·h電量。夏季簡單式屋頂綠化可節(jié)省87.5 kw·h電量，節(jié)省電費(fèi)47.25元；而花園式將節(jié)省217.5 kw·h電量，節(jié)省電費(fèi)117.45元。

與無綠化屋頂(CK)相比，簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化的平均降溫程度分別為2.55 ℃、9.81 ℃；降溫幅度分別為1.27～3.36 ℃、6.20～11.51 ℃；花園式屋頂綠化的降溫幅度為簡單式屋頂綠化降溫幅度的3.8倍。表明，花園式屋頂綠化的降溫效果明顯好于簡單式屋頂綠化。

表2 不同類型屋頂綠化的降溫效果 ℃

2.2 不同類型屋頂綠化的空氣相對濕度變化

不同類型屋頂綠化空氣相對濕度的變化情況如表3和圖4，9∶00—15∶30受太陽輻射直接照射增強(qiáng)，空氣相對濕度呈逐漸降低的趨勢，15∶30—17∶00隨著太陽輻射強(qiáng)度變?nèi)?，空氣相對濕度呈逐漸上升的趨勢。不同類型屋頂綠化濕度的日變化規(guī)律中，2個(gè)未綠化屋頂(對照)的濕度大小變化趨勢較為相同，均明顯低于綠化屋頂空氣濕度；花園式屋頂綠化的屋頂空氣濕度明顯高于簡單式綠化的屋頂空氣濕度。與對照相比，簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化的平均增濕效果分別為5.01%、21.19%，花園式屋頂綠化的日增濕效果為簡單式的4.2倍。2種類型的日增濕幅度分別為3.21%～6.12%、12.92%～24.90%。

從圖4可以看出，3種類型屋頂平均濕度日變化動態(tài)基本呈單峰分布，濕度最高值均出現(xiàn)于9∶00，最低值出現(xiàn)于15∶00—15∶30，各時(shí)段內(nèi)濕度變化幅度較大，上午濕度持續(xù)下降，而到15∶30后，濕度開始上升。

表3 不同類型屋頂綠化空氣相對濕度日變化 %

圖4 不同類型屋頂綠化空氣相對濕度日變化圖

2.3 不同類型屋頂綠化的地表溫度變化

夏季不同屋頂綠化類型的地表溫度日變化見表4、圖5，夏季屋頂?shù)乇頊囟鹊淖兓厔菖c氣溫的變化趨勢一致，即9∶00—15∶30間，太陽輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，地表溫度呈先增加而后逐漸降低的趨勢，在9∶00地表溫度均為最低值，均在14∶00—15∶30期間達(dá)到最大值；在15∶30—17∶00期間隨著太陽輻射強(qiáng)度變?nèi)?，地表溫度呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。

由圖5可知，不同類型屋頂綠化的地表溫度均明顯低于對照，而花園式屋頂綠化地表溫度明顯低于簡單式屋頂綠化地表溫度。屋頂綠化降低地表溫度的程度，簡單式為7.93 ℃、而花園式為18.14 ℃；屋頂綠化降低地表溫度的效果，花園式為簡單式的2.3倍；屋頂綠化降溫幅度，簡單式為1.17～14.30 ℃，花園式為9.25～24.17 ℃。這是由于花園式屋頂綠化主要采用喬灌草復(fù)層植物配置模式，植被覆蓋率高，綠量大，能夠有效地緩解地表對太陽輻射的吸收，降低地表溫度。

表4 不同類型屋頂綠化地表溫度日變化 ℃

圖5 不同類型屋頂綠化地表溫度的日變化圖

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明：不同類型屋頂綠化的室內(nèi)溫度均低于屋頂?shù)臏囟?，簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化對室內(nèi)溫度的平均降溫程度分別是1.75 ℃、4.35 ℃，對室內(nèi)的降溫幅度花園式屋頂綠化為簡單式屋頂綠化的2.5倍。夏季簡單式屋頂綠化將節(jié)省87.5 kw·h電量，節(jié)省電費(fèi)47.25元；而花園式屋頂綠化將節(jié)省217.5 kw·h電量，節(jié)省電費(fèi)117.45元。與無綠化屋頂(CK)相比，簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化的平均降溫程度分別為2.55 ℃、9.81 ℃，花園式屋頂綠化的降溫幅度為簡單式屋頂綠化降溫幅度的3.8倍。簡單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化的平均增濕效果分別為5.01%、21.19%，降低地表溫度的程度分別為7.93 ℃、18.14 ℃。

屋頂綠化具有十分重要的生態(tài)效應(yīng)，尤其在夏季高溫季節(jié)具有重要的降溫增濕效果。在城市用地緊張的情況下，增加城市屋頂綠化面積，提高城市綠化覆蓋率，構(gòu)建“喬灌草”復(fù)合植物配置模式，可以有效降低屋頂溫度，增加空氣相對濕度，調(diào)節(jié)氣候，緩解城市的熱環(huán)境狀況，使城市園林綠化發(fā)揮更大的綜合效益。由于時(shí)間、精力和條件的限制，對于屋頂下部(室內(nèi))的溫濕度的測量存在一定的困難，本文僅對屋頂綠化夏季的降溫、增濕效應(yīng)進(jìn)行研究，有關(guān)屋頂綠化春、秋和冬季的溫濕度變化及屋頂綠化在滯塵、降噪等方面的生態(tài)效應(yīng)有等進(jìn)一步研究。

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The Ecological Effects of Roof Greening in Chongqing

WU Zhi-neng，ZOU Min，CHEN Xiang，AI Li-jiao，XIAN Xu-dong

(ChongqingInstituteofLandscapeGardening，Chongqing401329，China)

This paper take different roof greening in Chongqing as research object，and choose the most obvious plant effect season summer as research time，so as to compare the cooling and humidifying effects of simple and garden roof greening modes.The results show that simple roof greening and garden roof greening′s average temperature indoor is 1.75 ℃ and 4.35 ℃ respectively；compared with blank roof，simple roof greening and garden roof greening′s cooling degree is 2.55 ℃，9.81 ℃ respectively，and the humidifying effects are 5.01%，21.19%；the sample and garden roof greening′s cooling degree of the surface temperature is 7.93 ℃ and 18.14 ℃ respectively.The results indicate that green roofs have significant ecological effect.

roof greening；temperature；humidity；land surface temperature；Chongqing

2014-04-26；

2014-05-03

重慶市建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目(綠色建筑與節(jié)能技術(shù)研究子課題三：屋頂綠化和垂直綠化在建筑中應(yīng)用，城科字2012第(8-3號))；重慶市園林局科技計(jì)劃項(xiàng)目(YKZ2013-012)

吳志能(1988—)，女，河南潢川人，重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院工程師，碩士，從事城市生態(tài)學(xué)研究。E-mail：wuzhineng524@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.019

S731.2

A

1002-7351(2015)01-0087-05