北京市屋頂綠化滯塵及不同材質(zhì)熱輻射效應(yīng)測(cè)定

李連龍，雷賽姣，桂琳麗

（北京中外建建筑設(shè)計(jì)有限公司，北京 100192）

北京市屋頂綠化滯塵及不同材質(zhì)熱輻射效應(yīng)測(cè)定

李連龍，雷賽姣，桂琳麗

（北京中外建建筑設(shè)計(jì)有限公司，北京 100192）

為探討屋頂綠化的滯塵效應(yīng)和不同材質(zhì)的熱輻射效應(yīng)，試驗(yàn)進(jìn)行了屋頂滯塵試驗(yàn)研究。滯塵測(cè)試結(jié)果表明：花園式屋頂綠化滯塵量平均為25.1349g/m2，比簡(jiǎn)單式屋頂綠化滯塵率高約10個(gè)百分點(diǎn)。熱輻射對(duì)比測(cè)定得出：裸露屋頂熱像值明顯高于綠化屋頂，屋頂綠化是緩解城市熱島效應(yīng)的關(guān)鍵手段。屋頂單一植物綠化，其熱像值高于多種植物復(fù)層結(jié)構(gòu)群落式綠化；佛甲草等景天屬植物的熱像值高于草坪地被植物，草坪地被植物的熱像值高于喬灌木；植物花體部分的熱像值高于葉體部分；枯死植物熱像值明顯高于活體植物；呼吸蒸騰作用弱的植物熱像值高于呼吸蒸騰作用旺盛的植物。

屋頂綠化；滯塵；熱輻射；熱像值；滯塵量

建設(shè)部“生態(tài)園林城市”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中提出的城市綠化指標(biāo)要達(dá)到45%以上，然而當(dāng)前許多城市綠化覆蓋率偏低，尤其是城市中心區(qū)，綠化面臨土地資源短缺的嚴(yán)重挑戰(zhàn)[1]。這為發(fā)展立體綠化提供了機(jī)遇和需求。李瑞蘭[2]分析了北京市屋頂綠化的現(xiàn)狀，魏艷等[3]對(duì)比了德國(guó)和北京的屋頂綠化建設(shè)的發(fā)展，黃金琦[4]、劉奕彤[5]探討了屋頂花園的設(shè)計(jì)方法，張琛麟等[6]分析了北京市屋頂綠化建設(shè)項(xiàng)目成本效益，但關(guān)于屋頂綠化的滯塵效應(yīng)和不同材料的熱輻射效應(yīng)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究在北京市園林科研所，分別就簡(jiǎn)單式屋頂綠化、花園式屋頂綠化和非綠化屋頂進(jìn)行滯塵效應(yīng)的測(cè)定，用以分析屋頂綠化在改善城市空氣質(zhì)量中所起的滯塵作用。同時(shí)在科技部節(jié)能建筑示范樓屋頂花園，分別就屋頂綠化植物（喬灌木、宿根地被、草坪、佛甲草）、水體、鋪裝（石材、木質(zhì)）等不同材質(zhì)進(jìn)行熱像儀拍攝，并通過(guò)熱像圖和影像圖比對(duì)，系統(tǒng)分析屋頂綠化植物和園林小品等不同材質(zhì)的熱輻射效應(yīng)，用以驗(yàn)證屋頂綠化在緩解城市熱島效應(yīng)中所起的作用，為今后屋頂綠化的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

滯塵效果研究以佛甲草綠化屋頂、花園式綠化屋頂為研究對(duì)象；不同材質(zhì)熱輻射效應(yīng)測(cè)定在科技部建筑節(jié)能示范樓屋頂花園，植物材料（喬灌木、地被、草坪、佛甲草）、水體及各種材質(zhì)鋪裝等。滯塵效應(yīng)測(cè)定在北京市園林科研所屋頂進(jìn)行。

1.2 方法

1.2.1 屋頂綠化滯塵效應(yīng)測(cè)定

1.2.1.1 試驗(yàn)處理

采用濕式降塵缸法，將集塵缸分成3組，分別放置在北京市園林科研所的1個(gè)裸露屋頂、2個(gè)簡(jiǎn)單式綠化屋頂（佛甲草綠化）、1個(gè)花園式綠化屋頂和距屋頂1.5m處，每個(gè)屋頂放置5個(gè)集塵缸，最后取其平均值，結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 滯塵效應(yīng)測(cè)定用集塵缸分布點(diǎn)

1.2.1.2 試驗(yàn)步驟

（1）放置集塵缸前，加入乙二醇60～80mL，以占滿缸底為準(zhǔn)，加入的水量視當(dāng)時(shí)的氣候情況而定。冬季和夏季加水50mL，春秋季節(jié)可加水100～200mL。在收集期間，始終保持缸底有水溶液，使在濕潤(rùn)條件下采樣，目的是防止風(fēng)將已沉降的顆粒物吹走。加入乙二醇水溶液除可保持缸底濕潤(rùn)外，還可防止冰凍、抑制微生物和藻類的生長(zhǎng)。

（2）將編好缸號(hào)并加有水溶液的集塵缸及時(shí)罩上塑料袋，將缸置于采樣點(diǎn)的固定架上，取下塑料袋，開(kāi)始收集樣品。記錄放缸地點(diǎn)、缸號(hào)、時(shí)間。

（3）取樣時(shí)間。按（30±2d）定期更換集塵缸1次。取缸時(shí)核對(duì)地點(diǎn)、缸號(hào)，并記錄取缸時(shí)間。罩上塑料袋，送回實(shí)驗(yàn)室。取換缸的時(shí)間規(guī)定為月底5d內(nèi)完成。

1.2.1.3 降塵總量的測(cè)定

（1）將100mL的瓷坩堝洗凈、編號(hào)，置于電熱干燥箱內(nèi)在（105±5）℃下烘3h，然后將瓷坩堝置于高溫熔爐內(nèi)在600℃灼燒2h，待爐內(nèi)溫度降至300℃以下時(shí)取出，放入干燥器中，冷卻后稱量。

（2）首先用尺子測(cè)量樣品集塵缸的內(nèi)徑，方法是按不同方向測(cè)定3處，取其算術(shù)平均值。然后用鑷子將落入缸內(nèi)的樹(shù)葉、昆蟲(chóng)等異物小心取出，并用水將附著在上面的細(xì)小塵粒沖洗下來(lái)后扔掉，同時(shí)把缸壁擦洗干凈，將缸內(nèi)溶液和塵粒全部轉(zhuǎn)入500mL燒杯中，在電熱板上蒸發(fā)，使體積濃縮到10～20mL，冷卻后用水沖洗杯壁，并把杯壁上的塵粒擦洗干凈，將杯中溶液和塵粒全部轉(zhuǎn)移入質(zhì)量已恒定的100mL瓷坩堝中，放在搪瓷盤(pán)里，在電熱板上小心蒸發(fā)至干后，放入干燥箱經(jīng)（105±5）℃烘干，然后將瓷坩堝置于高溫熔爐內(nèi)在600℃灼燒6h，待爐內(nèi)溫度降至300℃以下時(shí)取出，放入干燥器中，冷卻后稱量。

（3）在每批降塵總量樣品測(cè)定的同時(shí)，取與采樣操作等量的乙二醇水溶液，放入500mL燒杯中，在電熱板上蒸發(fā)濃縮至10～20mL，然后將其轉(zhuǎn)移至質(zhì)量已恒定的瓷坩堝內(nèi)，將瓷坩堝放在搪瓷盤(pán)中，再放在電熱板上蒸發(fā)至干，于（105±5）℃烘干，再按上述瓷坩堝置于高溫熔爐內(nèi)在600℃灼燒2h，待爐內(nèi)溫度降至300℃以下時(shí)取出，放入干燥器中，冷卻后稱量。

（4）計(jì)算。滯塵量M=（W1-W0-We）×30×104/S×n，式中：M-降塵總量（g/m2×30d）；W1-降塵、瓷坩堝、乙二醇的質(zhì)量（g）；W0-瓷坩堝的質(zhì)量（g）；We-乙二醇的質(zhì)量（g）；S-集塵缸缸口面積；n-采樣天數(shù)（d）。

1.2.2 屋頂綠化不同材質(zhì)熱輻射效應(yīng)測(cè)定

（1）針對(duì)屋頂花園不同角度和部位，同時(shí)進(jìn)行熱像圖拍照和數(shù)碼相機(jī)拍照，形成對(duì)應(yīng)的熱像圖和影像圖，用以分析對(duì)比不同材質(zhì)的熱輻射效應(yīng)。

（2）儀器。熱像儀（美國(guó)產(chǎn)THERMACAM PM695）和數(shù)碼相機(jī)（日本產(chǎn)SONY-F-707）。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬灌草花園式與佛甲草簡(jiǎn)式屋頂綠化滯塵效果分析

喬灌草花園式與佛甲草簡(jiǎn)式屋頂綠化滯塵效果對(duì)比測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 喬灌草花園式與佛甲草簡(jiǎn)式屋頂綠化滯塵效果對(duì)比

依據(jù)表2喬灌草花園式與佛甲草簡(jiǎn)單式屋頂綠化數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析結(jié)果（見(jiàn)表3）表明：無(wú)論簡(jiǎn)單式還是花園式屋頂綠化，其滯塵效果與未綠化的水泥屋頂差異極為顯著；同時(shí)，不同處理間多重比較分析表明：花園式屋頂綠化不同部位（高、低處）以及不同地塊的佛甲草綠化，其相對(duì)應(yīng)的滯塵效果也存在著顯著差異。該試驗(yàn)結(jié)果表明：在立地條件基本相同情況下，喬灌草結(jié)合的花園式屋頂綠化滯塵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于佛甲草簡(jiǎn)單式屋頂綠化。

表3 單因素方差分析

根據(jù)屋頂綠化植物整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的滯塵結(jié)果分析，花園式屋頂綠化滯塵量平均為25.1349g/m2，滯塵比率平均為31.1271%；佛甲草簡(jiǎn)單式屋頂綠化滯塵量平均為31.0152g/m2，滯塵比率平均為21.53%，花園式滯塵率比簡(jiǎn)單式屋頂綠化滯塵率高約10個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 不同材質(zhì)熱輻射效應(yīng)分析

科技部建筑節(jié)能示范樓屋頂花園熱像圖和影像圖見(jiàn)圖1。將屋頂綠化不同材質(zhì)的熱像值按照6個(gè)變化梯度20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50℃歸類排序（見(jiàn)表4）。結(jié)果可反映出不同材質(zhì)間其熱輻射效應(yīng)的差異。

根據(jù)表4科技部建筑節(jié)能示范樓屋頂花園不同材質(zhì)熱像值結(jié)果分析和圖1不同材質(zhì)熱像圖和影像圖對(duì)比可以看出：

（1）單一植物平面式綠化的熱像值高于多種植物群落式綠化的熱像值；植物花體部分的熱像值高于葉體部分。

表4 科技部建筑節(jié)能示范樓屋頂花園不同材質(zhì)熱像值

（2）多種植物群落式綠化熱像值明顯低于地被草坪的熱像值；枯死植物熱像值明顯高于活體植物。

（3）蒸騰作用相對(duì)旺盛的植物（如大葉黃楊、金葉女貞等）的熱像值低于蒸騰作用相對(duì)弱的植物（如小葉黃楊、佛甲草等）。

（4）水體的熱像值最低，約在20～25℃之間；石材和木材鋪裝的熱像值最高，約在40～50℃之間，相對(duì)而言，木材鋪裝熱像值高于石材鋪裝。

圖1 科技部建筑節(jié)能示范樓屋頂花園不同材質(zhì)熱像圖和影像圖對(duì)比

綜上所述，屋頂綠化保溫隔熱作用主要是通過(guò)植物蒸騰減少熱輻射，降低大氣環(huán)境溫度。在城市建設(shè)當(dāng)中，應(yīng)盡量采取屋頂綠化措施以減少建筑下墊面的熱輻射，緩解城市熱島效應(yīng)。為達(dá)到綜合生態(tài)效益，屋頂綠化應(yīng)以喬灌草相結(jié)合的復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式為主導(dǎo)。相比較而言，佛甲草等景天屬植物雖然耐旱，但由于呼吸蒸騰作用較弱，其降溫、滯塵等作用也相對(duì)較弱，應(yīng)作為實(shí)施屋頂綠化的輔助材料。

3 結(jié)論

北京市大氣中的固體顆粒物來(lái)源有3個(gè)：遠(yuǎn)周邊大氣自由輸送、近周邊邊界層輸送和因城市化、工業(yè)化造成的空氣污染。從污染的時(shí)間和強(qiáng)度上看，遠(yuǎn)周邊大氣自由輸送和近周邊邊界層輸送主要發(fā)生在早春季節(jié)，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，強(qiáng)度較大。城市化和工業(yè)化造成的空氣污染常年存在，季節(jié)性不強(qiáng)。《北京城區(qū)綠化防沙治塵技術(shù)示范與研究》表明，植物的滯塵作用與植物葉片的生長(zhǎng)量有關(guān)，其變化規(guī)律可歸結(jié)為：3、4月份葉片生長(zhǎng)量小，滯塵作用弱；7、8月份植物生長(zhǎng)茂密，滯塵量最大；10月份植物落葉，滯塵量開(kāi)始下降。通過(guò)滯塵效應(yīng)測(cè)定，花園式滯塵率比簡(jiǎn)單式屋頂綠化滯塵率高。此結(jié)果證明屋頂綠化滯塵效果顯著，為城市環(huán)保提供計(jì)算參數(shù)。

熱輻射對(duì)比測(cè)定得出，裸露屋頂熱像值大大高于綠化屋頂，屋頂綠化是緩解城市熱島效應(yīng)的關(guān)鍵手段。（1）屋頂綠化單一植物品種綠化，其熱像值高于多種植物復(fù)層結(jié)構(gòu)群落式綠化；佛甲草等景天屬植物的熱像值高于草坪地被植物，草坪地被植物的熱像值高于喬灌木。（2）植物花體部分的熱像值高于葉體部分；枯死植物熱像值明顯高于活體植物；（3）呼吸蒸騰作用弱的植物熱像值高于呼吸蒸騰作用旺盛的植物。此結(jié)果可用于城市建筑規(guī)劃和屋頂綠化設(shè)計(jì)參考。

［1］陳輝，任塘，杜忠.屋頂綠化的功能及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32（2）：162-165.

［2］李瑞蘭.北京市屋頂綠化現(xiàn)狀問(wèn)題研究［D］.北京：北方工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］黃金琦.屋頂花園設(shè)計(jì)與營(yíng)造［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1994.

［4］劉奕彤.北京地區(qū)屋頂花園設(shè)計(jì)研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2010.

［5］魏艷，趙慧恩.我國(guó)屋頂綠化建設(shè)的發(fā)展研究——以德國(guó)、北京為例對(duì)比分析［J］.林業(yè)科學(xué)，2007（4）：95-101.

［6］張琛麟，田明華，趙蔓卓.北京市屋頂綠化建設(shè)項(xiàng)目成本效益分析［J］.中國(guó)城市林業(yè)，2009，7（4）：61-63.

The Determination of Dust Detention and Different Material Determination of Thermal Radiation Effect about Roof greening in Beijing

LI Lian-long，LEI Sai-jiao，GUI Lin-li
（Beijing foreign building architectural design co.，LTD，Beijing 100192）

To study the dust effect of roof greening and the thermal effect of different material，experiment on the roof.The dust retention effect determination，garden roof greening dust catching quantity averaged 25.1349g/m2；and the garden type dust removal rate is higher than the simple roof greening were about 10%.The results show that the effect of roof greening were significant，provides the calculation parameters for the city environmental protection.Through the comparative measurement of thermal radiation:Exposed roof thermal value is much higher than the roof greening，roof greening is the key means to alleviate urban heat island effect.The roof greening greening the single plant varieties，thermal value is higher than the plant complex layer structure of community greening;seduce lineare，thermal value is higher than the ground cover plants，ground cover plants thermal value higher than shrubs;Thermal plant body part is higher than the value of the leaf body part;dead plant thermal imaging was significantly higher than that of living plant;Respiratory transpiration weak plant thermal value is higher than the respiratory exuberant transpiration plant.

Roof greening；Dust detention；Thermal radiation；Thermal value；Dust catching quantity

X173

A

1002-3356（2017）01-0010-05

2017-01-21

北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目（Y060417040531）.

李連龍（1972-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事城市綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)及屋頂綠化研究。E-mail：lilianlong@126.com