垂直綠化綜合效應(yīng)研究

Tang Van Tai，Tran Ngoc Binh, Nguyen Nhu Anh, Phan Hong Nhung

(1.東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096; 2.越南榮市醫(yī)學(xué)大學(xué); 3.越南議案省農(nóng)業(yè)管理所; 4.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211800)

垂直綠化綜合效應(yīng)研究

Tang Van Tai1，Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096; 2.越南榮市醫(yī)學(xué)大學(xué); 3.越南議案省農(nóng)業(yè)管理所; 4.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211800)

除了美觀上的效果，垂直綠化緩解熱島效應(yīng)，減少水土流失，防塵減噪，節(jié)能環(huán)保，延長建筑壽命等作用也被越來越多的人意識(shí)到，有關(guān)垂直綠化各方面定性的研究也不斷得到開展。以南京的三種墻面綠化形式—攀援式墻面綠化、鋪貼式墻面綠化和組合移動(dòng)式墻面綠化作為研究對(duì)象，通過測(cè)定垂直綠化的降溫、減噪和心理效應(yīng)探討垂直綠化對(duì)建筑環(huán)境的綜合影響。

垂直綠化；熱效應(yīng)；噪音效應(yīng)

1 研究背景與方法

1.1 研究背景

近年來，中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使城市人口急劇增長，商業(yè)活動(dòng)日益集中于城市，城市規(guī)模迅速膨脹，基于城市越來越擁擠的現(xiàn)狀，建筑由橫向發(fā)展轉(zhuǎn)為縱向發(fā)展，高層建筑、超高層建筑成為一種趨勢(shì)[1]。這些鋼筋水泥的構(gòu)筑物在使用能源的過程中排放出大量的SO2、NO2、懸浮顆粒物和其他污染物，影響人體的健康和動(dòng)植物的生存[2]。垂直綠化能有效利用資源，展現(xiàn)出良好的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。垂直綠化的優(yōu)勢(shì)在于占地少、見效快，綠化效率高、效果顯著，在改善小氣候、凈化空氣、減少污染、防止噪聲、美化環(huán)境等方面有著十分重要的作用，是城市綠化建設(shè)的一條重要途徑，也是解決平面綠化與占地面積矛盾的一種方法和途徑[3-4]。

1.2 研究方法

在南京市分別選擇三種形式的墻面綠化作為研究對(duì)象。試驗(yàn)地選在科學(xué)會(huì)堂墻面、鼓樓黨校綠化墻面和察哈爾路綠化墻面。科學(xué)會(huì)堂采用爬山虎作為綠化材料，鼓樓黨校綠化采用佛甲草鋪貼式，察哈爾路綠化墻面采用組合移動(dòng)式綠化模塊。本文從點(diǎn)到面展開對(duì)熱效應(yīng)的分析研究，測(cè)溫儀是從點(diǎn)上分析，熱成像儀是從面上來分析。

測(cè)試所用儀器及方法：

表面溫度的連續(xù)測(cè)試采用AR330紅外線測(cè)溫儀；瞬時(shí)時(shí)間的墻面熱成像采用YRH600熱成像儀，測(cè)溫范圍-20℃至+250℃，精度±2℃或者讀數(shù)的±2%，取較大者。噪聲測(cè)試采用AWA6218A型噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀，測(cè)試完畢后可以通過USB端口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X。噪聲范圍50-130dB(高量程)，30-110dB(低量程)。

2 結(jié)果分析

2.1 降溫效應(yīng)

2.1.1 同天氣情況下的墻面綠化熱環(huán)境

2016年7月31日分別對(duì)三種類型的墻面綠化測(cè)試，研究三種形式墻體綠化的降溫效應(yīng)，澆水頻率為30min一次。當(dāng)天24h溫度變化詳見圖1。

圖1 2016年7月31日的24h溫度變化 圖2 攀援式墻面綠化溫度圖

圖3 鋪貼式墻面綠化溫度圖 圖4 組合移動(dòng)式墻面綠化溫度圖

雖然墻面經(jīng)受陽光直射作用明顯，但由于建筑表面的葉面蒸騰作用而帶來的降溫效果，有綠化外墻表面溫度低于無綠化的墻表面。由圖2可知，攀援式墻面綠化降溫效果有限，在14:00左右太陽輻射達(dá)到最高，降溫效果隨之增強(qiáng)。攀援式墻面綠化、鋪貼式墻面綠化墻面溫度在11:20前變化較小，有綠化墻面溫度比無綠化墻面溫度明顯低，最大差值達(dá)到4℃；11:20后由于太陽輻射導(dǎo)致氣溫快速上升，墻面溫度也隨著上升，溫度最高達(dá)到44℃，其最高值出現(xiàn)在14:50左右。有綠化墻面溫度上升相對(duì)緩慢，表明植物對(duì)墻面的覆蓋能有效降低墻體外表面的溫度。對(duì)比澆水和不澆水的綠化墻面，可以看出澆水能直接有效地降低綠化墻面溫度。綜合對(duì)比圖2、圖3、圖4，氣溫32-34℃，在水分供應(yīng)充足時(shí)，植物葉片的氣孔會(huì)打開從而加強(qiáng)葉片表面的蒸騰作用，三種綠化墻面降溫效果分別為0.5-10℃、2-13.5℃、4-15℃。組合移動(dòng)式墻面綠化溫度曲線與攀援式、鋪貼式墻面綠化溫度曲線類似，綠化帶來的降溫效果較攀援式、鋪貼式墻面綠化更明顯。

2.1.2 紅外熱像儀研究垂直綠化對(duì)熱環(huán)境的影響

選取12:00采用颯特紅外熱成像儀YRH600進(jìn)行拍攝，通過SatIrReport軟件比較分析三種形式綠化墻體表面的溫度分布。

(1)紅外熱像儀原理

在自然界中，任何高于絕對(duì)溫度(-273℃)的物體都是紅外熱輻射源，都具有輻射現(xiàn)象。物體表面發(fā)射的長波輻射強(qiáng)度與物體表面熱力學(xué)溫度 T 的4次方成正比，與物體表面的輻射率ε成正比。根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼定律，物體紅外輻射的總功率與溫度的關(guān)系為：

圖5 攀援式綠化墻面表面熱成像圖

E=εσT4

式中：σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，5.67×10-8W/m2·K4，ε為無量綱，E為輻射強(qiáng)度，W/m2。

紅外熱像儀成像的基本原理就是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，一般是由光學(xué)系統(tǒng)收集被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能，經(jīng)過光譜濾波、空間濾波使聚焦的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)(焦平面熱像儀無此機(jī)構(gòu))對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或多元探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，通過電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖。

(2)紅外熱像儀分析。

由圖5可以看出，整面綠墻的溫度范圍為40.9-43.8℃，植物由于蒸騰作用使其周圍空氣降溫，綠化墻面最低40.9℃，無綠化墻面溫度最高達(dá)到43.8℃，降低溫度3℃左右。圖中直線L1、L2分別取在綠化墻面、無綠化墻面。兩條線上的溫度如圖6、圖7。

圖6 L1直線上的溫度

圖7 L2直線上的溫度

從圖上可以明顯看出攀援式垂直綠化對(duì)降低外墻的溫度有一定作用，前者比后者低1℃左右。

18：00點(diǎn)進(jìn)行第二次測(cè)量。

由圖8、圖9、圖10可以看出，整面綠墻的溫度范圍為37.6-42.5℃，隨著氣溫的降低，墻面溫度出現(xiàn)下降。最低溫度為37.7℃，最高為42.5℃。對(duì)比L1和L2可以看出有綠化墻面比無綠化墻面降溫2℃左右。效果優(yōu)于12：00的測(cè)量值，隨著溫度下降，有綠化墻面比無綠化墻面的散熱要快。這主要靠植物的蒸騰作用加快墻面的散熱，帶走部分熱量。

圖8 綠化墻面表面熱成像圖

圖9 L1直線上的溫度

圖10 L2直線上的溫度

圖11 鋪貼式綠化墻面表面熱成像圖

由熱成像圖11可以清楚地看出，地面溫度最高達(dá)到42.9℃，最低溫度出現(xiàn)在綠化墻面，為27.8℃。 圖中直線L1、L2、L3分別取在有綠化墻面、無綠化墻面和地面。三條線上的溫度如圖12、圖13、圖14所示。

圖12 L1直線上的溫度

圖13 L2直線上的溫度

圖14 L3直線上的溫度

圖11、圖12、圖13、圖14顯示，L1的溫度范圍28.7-30.7℃，L2的溫度范圍31.7-32.3℃，L3的溫度范圍39.3-41.5℃。有綠化墻面的溫度比無綠化墻面的溫度低了3℃左右。

圖15 組合式綠化墻面表面熱成像圖

由熱成像圖15可以清楚地看出，最低溫度出現(xiàn)在綠化墻面，為27.6℃。 圖中直線L1、L2分別取在綠化墻面、無綠化墻面。三條線上的溫度如圖16、17。

圖16 L1直線上的溫度

圖17 L2直線上的溫度

L1的溫度范圍27.6-28.7℃，L2的溫度范圍32.4-32.9℃，有綠化墻面的溫度比無綠化墻面的溫度低了5℃左右。

由熱成像圖形可以看出，有綠化墻面溫度分布均勻，顏色比無綠化墻面暗，對(duì)比分析有、無墻體垂直綠化建筑的室外溫度，攀援式垂直綠化降溫1℃，鋪貼式降溫3℃，模塊式降溫5℃，綠化表現(xiàn)出顯著的降溫效果。三種形式中，組合移動(dòng)式效能最為突出，因?yàn)槠洫?dú)特的構(gòu)造形式，利于空氣流通，加快熱量散失。紅外熱成像分析的熱效應(yīng)與12:00實(shí)測(cè)效果基本一致。

2.2 減噪效應(yīng)

2.2.1 聲級(jí)計(jì)測(cè)試

噪聲是一種環(huán)境污染，通常指一切頻率混雜、呆板、凌亂，對(duì)人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和健康有妨礙的聲音。噪聲的測(cè)試通常采用聲級(jí)計(jì)。聲級(jí)計(jì)是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)按照一定的頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)測(cè)量聲壓級(jí)的儀器，它是聲學(xué)測(cè)量中最基本最常用的儀器，適用于室內(nèi)噪聲、環(huán)境保護(hù)、機(jī)器噪聲、建筑噪聲等各種噪聲測(cè)量。聲級(jí)能夠較好地反映人耳對(duì)噪聲的強(qiáng)度和頻率的主觀感覺，對(duì)于一個(gè)連續(xù)的穩(wěn)定噪聲，它是一種較好的評(píng)價(jià)方法(如圖18所示)。

圖18 聲級(jí)計(jì)工作圖

2.2.2 噪聲監(jiān)測(cè)方法

在噪聲控制的研究過程中，尤其是在環(huán)境噪聲控制技術(shù)的研究中，植物減弱噪聲的功能因其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和美觀生態(tài)性而受到各國研究者的關(guān)注。測(cè)試方法參照城市區(qū)域環(huán)境噪聲測(cè)量方法(GB/T14623-93)

測(cè)量儀器：精度為2型以上的積分聲級(jí)計(jì)及環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器。

氣象條件：無雨、無雪的天氣條件下進(jìn)行，風(fēng)速不大于5.5m/s。傳聲器應(yīng)加風(fēng)罩。

測(cè)點(diǎn)選擇：選在居住或工作建筑物外，離任一建筑物距離不小于1m。傳聲器距地面垂直距離不小于1.2m。傳聲器指向主要聲源(道路交通噪聲指向道路)。

測(cè)量時(shí)間：晝間進(jìn)行。

采樣方式：用“快”響應(yīng)，采樣時(shí)間間隔不大于1s,資料連續(xù)采集。

時(shí)間同步：對(duì)比測(cè)點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)(當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，以標(biāo)志性車輛到達(dá)測(cè)點(diǎn)時(shí)開始監(jiān)測(cè))，測(cè)量時(shí)長10min。

測(cè)量參數(shù)：等效連續(xù)A聲級(jí)Leq(A)、統(tǒng)計(jì)聲級(jí)L10、L50、L90，以A聲級(jí)Leq(A)作為評(píng)價(jià)量。

車流狀況：道路交通正常狀態(tài)下監(jiān)測(cè)，測(cè)量時(shí)同時(shí)記錄車流量，當(dāng)測(cè)點(diǎn)之間存在車流量差異時(shí)，進(jìn)行聲級(jí)修正。

避免其他噪聲的影響：測(cè)量過程中盡可能避免其他噪聲影響，當(dāng)難以避免其他噪聲時(shí)則同時(shí)對(duì)干擾噪聲的貢獻(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后再作聲級(jí)修正。測(cè)量中應(yīng)盡可能減少對(duì)聲場(chǎng)的干擾。應(yīng)防止人群圍觀。應(yīng)盡可能使用三角架支撐儀器，測(cè)量者盡可能遠(yuǎn)離(1m以外)測(cè)點(diǎn)。每臺(tái)聲級(jí)計(jì)測(cè)量前后均進(jìn)行了聲級(jí)校準(zhǔn)。

表1 攀援式垂直綠化噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2 鋪貼式垂直綠化噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 組合移動(dòng)式垂直綠化噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)

表1-表3對(duì)比分析有、無墻體垂直綠化建筑的室內(nèi)噪聲，顯示三種形式的墻面綠化降噪效果不大。攀援式垂直綠化降噪0.7dB(A)，鋪貼式降噪1dB(A)，組合移動(dòng)式降噪1.5dB(A)。綠化降噪主要是通過聲能被葉子吸收，并使植物體產(chǎn)生阻尼振動(dòng)，轉(zhuǎn)化為植物體固有的振動(dòng)頻率，從而將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。稀疏的植物對(duì)聲波的反射和吸收很小，因而降噪效果不大。

2.3 心理效應(yīng)

隨機(jī)選取了100人，對(duì)上述3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊的居民進(jìn)行了問卷調(diào)查，測(cè)點(diǎn)1為攀援式、測(cè)點(diǎn)2為鋪貼式、測(cè)點(diǎn)3為組合移動(dòng)式，運(yùn)用模糊語言的隸屬度原則探討墻面綠化的心理煩惱度的影響，問卷調(diào)查時(shí)將煩惱程度分為五個(gè)等級(jí)，分別為“非常煩惱”“煩惱”“有點(diǎn)煩惱”“樂意”和“非常樂意”。具體調(diào)查結(jié)果見表4。

表4 各測(cè)量點(diǎn)心理煩惱度比例

從調(diào)查結(jié)果可以看出，人們對(duì)綠化基本呈認(rèn)可態(tài)度，大部分提出需要大力推廣，以滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?。?duì)比三種形式的墻面綠化，組合移動(dòng)式墻面綠化更有益于身心健康。

3 結(jié)論

(1)植物對(duì)墻面的覆蓋，能有效降低墻體外表面的溫度。隨著太陽輻射增強(qiáng)，墻面綠化降溫效果隨之增強(qiáng)。

(2)植物通過蒸騰作用不斷地從環(huán)境中吸收熱量，降低空氣的溫度。在水分供應(yīng)充足時(shí)，植物葉片的氣孔會(huì)打開，加強(qiáng)葉片表面的蒸騰作用。

(3)由熱成像圖可直觀看出，三種形式中，組合移動(dòng)式效能最為突出，因?yàn)槠洫?dú)特的構(gòu)造形式，利于空氣流通，加快熱量散失。從測(cè)試結(jié)果來看，綠化對(duì)噪聲吸收效果不大，組合移動(dòng)式出現(xiàn)的降噪效果是由于基質(zhì)采用了陶粒等利于吸聲的介質(zhì)。

[1]吳玉瓊．垂直綠化新技術(shù)在建筑中的應(yīng)用[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2]涂逢祥．21世紀(jì)初建筑節(jié)能展望[J]．保溫材料與建筑節(jié)能，2001(1)：32-35.

[3]劉凌，劉加平．建筑垂直綠化生態(tài)效應(yīng)研究[J]．建筑科學(xué)，2009，25(10)：81-85.

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責(zé)任編輯：富春凱

Study on the Comprehensive Effect of Vertical Greening

Tang Van Tai1, Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.Southeast University- Civil Engineering College,Nangjing 10096, China; 2.Vinh Medical University; 3.Viet Nam Provincial Agricultural Management Office; 4.Nanjing Tech University, Nangjing 210096, China)

In addition to the aesthetic effect; an increase in the role of vertical greening can be recognized. It can alleviate heat island effect, reduce soil erosion, dust, and noise pollution, increase energy saving and environmental protection additionally extend the lifespan of construction. Studies on the qualitative aspects of vertical greening have also been carried out. In this study, three forms of wall greening in Nanjing:climbing wall greening, pavement wall greening and combination of mobile wall greening would be considered as objects of study. Through the measuring of vertical greening cooling, noise reduction and psychological effects,discuss the influence of vertical greening on the built environment.

Vertical greening; Thermal effects; Noise effects

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.04.005

2017-02-19

Tang Van Tai(1987-)，男，越南人，東南大學(xué)在讀博士研究生。研究方向： 水生態(tài)修復(fù)。

TU986.5

A

1674-6341(2017)04-0013-05