垂直綠化對上海地區(qū)既有辦公建筑節(jié)能改造效果的實測研究

孟 濤 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院

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垂直綠化對上海地區(qū)既有辦公建筑節(jié)能改造效果的實測研究

孟 濤 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院

摘要：為研究垂直綠化在上海地區(qū)既有建筑節(jié)能改造應用中的效果，通過實測比較分析了有無垂直綠化對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。結(jié)果表明，垂直綠化系統(tǒng)通過降低外墻外壁面溫度、外墻附近空氣溫度，間接降低內(nèi)壁面溫度和室內(nèi)空氣溫度，在測試工況下可使室內(nèi)空氣平均溫度降低3.01℃，從而降低室內(nèi)空調(diào)負荷以實現(xiàn)建筑節(jié)能。

關鍵詞：垂直綠化；室內(nèi)熱環(huán)境；建筑節(jié)能；上海地區(qū)

垂直綠化，即在距離外墻一定距離處直接栽種或者搭建附架并栽種綠化植物，作為一種植物與城市建筑物的有機結(jié)合，可以改善建筑的生態(tài)和室內(nèi)熱環(huán)境［1-3］、有效的減少熱島效應［4］、改善空氣質(zhì)量并節(jié)能減排［3， 5， 6］。采用垂直綠化墻體的建筑外墻比一般建筑的外墻增加一個垂直綠化系統(tǒng)，也即增加一個綠化層和一個空氣夾層。通過構(gòu)建垂直綠化墻體，大量的太陽輻射通過光合作用、蒸騰作用等被植物吸收，由外墻輻射進入室內(nèi)的熱量亦顯著減少。同時，滯止空氣夾層的存在減少了建筑外墻的傳熱系數(shù)，可有效減小建筑物內(nèi)外的熱傳遞速率。狄洪發(fā)等人通過數(shù)值分析探討了垂直綠化的降溫機理，證明其對降低室內(nèi)冷負荷有一定的積極作用［7］；研究表明，室內(nèi)空氣溫度每降低0.5℃將會使室內(nèi)空調(diào)負荷降低8%［8］。

學者對垂直綠化的原理已進行了較為深入的探討，但對其在上海地區(qū)既有建筑的節(jié)能改造中的作用還鮮有研究。垂直綠化可較為方便的對既有建筑物進行節(jié)能改造，具有施工簡單、工期較短、且不影響建筑物的正常使用等優(yōu)點。本文以上海某高校多層辦公建筑為研究對象，對其在垂直綠化改造后的室內(nèi)外空氣溫度、外墻內(nèi)外表面溫度進行測試分析，為垂直綠化在上海市既有建筑的節(jié)能改造提供科學依據(jù)。

1 測試方案

1.1測試對象

為研究垂直綠化對上海市既有建筑的節(jié)能改造效果，選取上海某高校的一棟辦公樓進行實測分析。該辦公樓建成于1985年，2007年在南立面和西立面進行垂直綠化。地上5層，無地下層，層高均為3.2 m。外墻為標準磚砌筑，無保溫措施；外窗為單玻單層窗，辦公室內(nèi)部有窗簾遮陽。如圖1所示，該建筑物由南、北兩個部分組成，其中南樓南、西外墻都已進行垂直綠化改造，北樓南外墻暫未進行改造。圖2是該建筑外墻所采用的垂直綠化系統(tǒng)，其為框架牽引式綠化，目前所選用的綠化植物為常春藤。分別選取北樓三層的A房間和南樓三層的B房間進行實測分析。

1.2測試儀器

圖1　實測對象三層平面布置圖

圖2　垂直綠化系統(tǒng)圖

空氣溫度測試采用哈爾濱工業(yè)大學建筑節(jié)能儀表研究室研制的溫濕度采集記錄器（BES-02），量程為（-30～50）℃，測量準確度為（≤0.5）℃；墻體表面溫度測試采用K型熱電偶，測量準確度為（≤1.5）℃。熱電偶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用泓格I-7017數(shù)據(jù)采集模塊對熱電偶讀數(shù)進行采集，精度為±0.01%，零點漂移為±20uV/℃。所有儀器均設置為每5 min自動采集數(shù)據(jù)一次，且為全天24 h連續(xù)記錄。

1.3測點布置

1）外墻內(nèi)、外壁面溫度傳感器的布置：把熱電偶探頭緊緊壓靠在墻壁面，利用透明膠帶緊緊固定，外壁面的熱電偶探頭用錫箔紙覆蓋住，減少太陽光直射對其的影響；在墻內(nèi)、外表面分別布置2個測點，取其平均值作為外墻表面溫度。

2）室內(nèi)、外空氣溫度記錄儀的布置：溫度自動記錄儀懸空裸露在空氣中。室外的溫度傳感器距離室外地面8.0 m，水平位置位于綠化層與外墻之間的空氣夾層的中間位置，用鋁箔紙對室外溫度傳感器進行遮擋；室內(nèi)的溫度傳感器布置在房間的中心位置，距房間地面1.5 m。

1.4測試時間及內(nèi)容

測試時間為2014年10月1日至2014年10 月8日，期間房間內(nèi)無人辦公停留，門窗關閉、空調(diào)及相關用電設備全部關閉。

測試內(nèi)容為夏季典型天氣條件下兩個房間的四個參數(shù)：南外墻外壁面附近空氣溫度、南外墻外壁面溫度、南外墻內(nèi)壁面溫度、室內(nèi)空氣溫度。

2 測試結(jié)果及分析

2.1室外空氣溫度對比

圖3　室外溫度對比

由圖3可以看出：有垂直綠化房間的室外空氣溫度在白天時段（6：00～20：00）較無垂直綠化房間的低，也即垂直綠化系統(tǒng)對室外空氣溫度的影響時間段和太陽照射的時間段基本吻合，夜晚時間段（20：00～·6：00）無太陽輻射，垂直綠化系統(tǒng)基本不會對室外空氣溫度造成影響。

有垂直綠化房間的室外空氣平均溫度和最高溫度分別為22.13℃、29.32℃，無垂直綠化房間的平均溫度和最高溫度分別為22.75℃、32.21℃，二者日平均溫度相差0.62℃，日最高氣溫相差2.89℃。數(shù)據(jù)表明垂直綠化系統(tǒng)在太陽直射的情況下，能較大幅度降低建筑外墻附近室外空氣溫度。

2.2外墻外壁面溫度對比

圖4　外墻外壁溫度對比

圖4為有無垂直綠化房間外墻外壁溫度的對比圖，現(xiàn)分析如下：

有垂直綠化房間的外墻外壁平均溫度和最高溫度分別為24.71℃、33.82℃，無垂直綠化房間的平均溫度和最高溫度分別為25.87℃、34.66℃，二者日平均溫度差為1.16℃，日最高氣溫相差0.84℃。同時，有垂直綠化的外墻外壁面溫度的變化幅度明顯要比無垂直綠化外壁面溫度的變化幅度小，這表明綠化植物的覆蓋效果好、蒸騰作用強烈，有效地減少了墻體對太陽輻射的吸收，進而減少了墻體向室內(nèi)傳遞的熱量。

2.3外墻內(nèi)壁面溫度對比

圖5　外墻內(nèi)壁溫度對比

圖5為有無垂直綠化房間外墻內(nèi)壁溫度的對比圖，現(xiàn)分析如下：

有垂直綠化房間的外墻內(nèi)壁平均溫度和最高溫度分別為25.18℃、26.19℃，無垂直綠化房間的平均溫度和最高溫度分別為28.78℃、30.19℃。由圖5可知，各個時間點無垂直綠化房間外墻內(nèi)壁溫度均比有垂直綠化房間外墻內(nèi)壁溫度高，二者日平均溫度差為3.6℃，日最高氣溫相差4.0℃。通過對兩個曲線對比可知，有垂直綠化的外墻內(nèi)壁溫度曲線較為平緩，表明垂直綠化系統(tǒng)對外墻內(nèi)壁面的溫度有較大的影響，且這種影響相對室外空氣溫度和外墻外壁面溫度的影響較穩(wěn)定。

2.4室內(nèi)空氣溫度對比

圖6　室內(nèi)空氣溫度對比

圖6為有無垂直綠化房間室內(nèi)空氣溫度的對比圖，現(xiàn)分析如下：

有垂直綠化房間的室內(nèi)空氣平均溫度和最高溫度分別為25.36℃、27.20℃，無垂直綠化房間的平均溫度和最高溫度分別為28.37 ℃、30.43℃。兩個房間的室內(nèi)空氣溫度曲線的變化趨勢基本一致，各個時間點無垂直綠化房間室內(nèi)溫度均比有垂直綠化房間室內(nèi)溫度高，二者日平均溫度差為3.01℃，日最高氣溫相差3.23℃。通過對兩個曲線對比可知，有垂直綠化的室內(nèi)溫度曲線較為平緩，表明垂直綠化一定程度上增大了圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性。

綜合以上數(shù)據(jù)可知，垂直綠化可以通過降低建筑物外墻外壁面溫度、外墻附近空氣溫度，間接降低內(nèi)壁面溫度和室內(nèi)空氣溫度，并增大圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性，因此可以有效的減少空調(diào)能耗并改善空調(diào)在夏季最不利條件下的運行工況。

3 結(jié)論

本文主要研究了垂直綠化系統(tǒng)對上海地區(qū)既有建筑物節(jié)能改造后的室內(nèi)溫度的影響，通過對測試數(shù)據(jù)分析得到以下結(jié)論：

1）垂直綠化系統(tǒng)是有效的自然遮陽裝置，使外墻外壁面溫度和外墻附近空氣溫度較無垂直綠化的房間顯著降低。

2）垂直綠化系統(tǒng)有效的降低了室內(nèi)空氣溫度（平均溫度降低3.01℃），對夏季室內(nèi)熱環(huán)境改善效果良好，從而降低室內(nèi)空調(diào)負荷以實現(xiàn)建筑節(jié)能。

3）垂直綠化墻體能夠有效抵抗室外環(huán)境變化對室內(nèi)環(huán)境的影響，有利于室內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定。

參考文獻

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孟濤：（1988-），男，碩士，主要從事建筑節(jié)能工作。

Experimental Study on Vertical Greening Impact on Shanghai Existing Office Building Energy Conservation Renovation

Meng Tao Shanghai Quality Supervision and Inspection Technology Research Institute

Abstract：The article carries out research on vertical greening impact on Shanghai existing building energy conservation renovation application through measurement and comparison to analyze impact on indoor thermal environment with or without vertical greening. The result shows that vertical greening system could directly decrease outer wall surface temperature and air temperature near outer wall meanwhile vertical greening system could indirectly decrease inner wall surface temperature and indoor air temperature. Under test condition， indoor air average temperature could decrease to 3.01℃， which could reduce indoor air-conditioning load to realize building energy saving.

Key words：Vertical Greening， Indoor Thermal Environment，Building Energy Saving， Shanghai Area

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.05.005

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