垂直綠化技術(shù)研究及推廣分析

潘林

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

城市熱環(huán)境是城市生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，涉及到人、氣候系統(tǒng)、人工環(huán)境、自然環(huán)境等多個(gè)組成要素。隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，城市的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了顯著變化，城市熱環(huán)境也呈現(xiàn)惡化趨勢，這直接影響了城市居民的生產(chǎn)狀況和生活質(zhì)量， 也給能源消耗帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，夏季平均溫度每提高1 ℃或冬季平均溫度每降低1 ℃， 城市居民用電量可增加6% ～ 10%， 這極大地限制了城市的可持續(xù)發(fā)展。在“雙碳目標(biāo)”下，如何利用建筑市政行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，改善城市熱環(huán)境、降低城市碳排放、制造良好的人居環(huán)境已經(jīng)成為建筑師和規(guī)劃師不容回避的問題。

1 垂直綠化的概念與作用

垂直綠化，是指將植物（主要是草本類、灌木類）種植于墻面之上， 通過一定的技術(shù)措施使其能夠存活一定的時(shí)間。該技術(shù)主要是通過植物遮陽，減少建筑吸收的太陽輻射， 從而達(dá)到降低建筑物表面溫度的目的。 一方面，通過減少熱流內(nèi)向的傳輸，降低建筑冷負(fù)荷；另一方面，通過減少建筑表面向外的二次輻射和輻射反射，改善建筑周圍環(huán)境的舒適度[1]。 因此，該技術(shù)作為人類應(yīng)對氣候變化、熱島效應(yīng)、城市空氣污染而進(jìn)行的一種城市生態(tài)修復(fù)措施， 其生態(tài)效應(yīng)和景觀效應(yīng)上都有其顯著的作用。

1）降低噪聲。綠色植物是天然的消聲器。噪聲通過植物的表層被折射出來， 而樹葉和樹枝之間的聲波會(huì)隨著聲波的連續(xù)反射而減弱， 從而降低噪聲的分貝。此外，葉片上的毛刺和毛刺也可以起到衰減噪聲的作用。

2）過濾和凈化空氣。 攀緣植物的葉片多有絨毛或凹凸的脈紋，能吸附大量的飄塵，起到過濾和凈化空氣的作用。 同時(shí)，由于植物能吸收二氧化碳，釋放氧氣， 因此有藤蔓覆蓋的住宅內(nèi)可獲得更多的新鮮空氣，改善城市熱島效應(yīng)，形成良好的微氣候環(huán)境。對于建筑密集的居住區(qū)而言， 垂直綠化對居住環(huán)境質(zhì)量的改善效果更為明顯[2]。

3）降低太陽的輻射強(qiáng)度，降低建筑物溫度。濃密的枝葉像一層厚厚的絨毯， 大幅降低了太陽的輻射強(qiáng)度，同時(shí)也降低了建筑外墻的溫度。 據(jù)測定，有植物遮蔭的地方， 光照強(qiáng)度僅有陽光直射地方的幾十分之一甚至百分之一； 有植物覆蓋的墻面溫度通常可比無綠化覆蓋的墻面溫度降低2～7 ℃， 室內(nèi)溫度可降3～5℃。 由此可見，垂直綠化的降溫效果明顯，可顯著改善室內(nèi)熱舒適性，減少空調(diào)能耗。 冬季植物落葉后，也不會(huì)影響墻面得到太陽輻射熱，同時(shí)附著在墻面上的枝莖還能作為一層保溫層，縮小冬夏兩季溫差[3]。

4）減少光污染。城市建筑外墻上的各類材料（如玻璃幕墻、大理石貼面、裝飾面涂料等）會(huì)反射出太陽輻射， 導(dǎo)致建筑物的外墻過于明亮從而產(chǎn)生刺眼的光芒， 在一定程度上損害人們的視力， 形成光污染。垂直綠化可以削弱建筑表面的反光作用，調(diào)節(jié)城市的光線和環(huán)境，減輕駕駛員的視覺疲勞，保證城市道路的安全。

5）美化環(huán)境，增強(qiáng)景觀效應(yīng)。墻面垂直綠化具有很好的觀賞性， 其綠化的面積和形狀都可以人為控制，還可讓綠化整覆建筑或成圖案式覆于墻面。植物品種選擇得當(dāng)，整座建筑幾乎四季常青，給人以置身于大自然之中的感受。

2 南昌城市熱環(huán)境現(xiàn)狀分析

南昌作為一個(gè)新興的大都市， 在城市建設(shè)發(fā)展的同時(shí)， 也面臨著熱島效應(yīng)這樣典型的城市熱環(huán)境問題。 然而，當(dāng)?shù)貙π屡d的垂直綠化技術(shù)關(guān)注不足。除了少數(shù)的屋面綠化外， 在南昌很難看到垂直綠化的身影。 因此，為了更好地美化城市環(huán)境，更有效地解決城市熱環(huán)境問題， 有必要探討垂直綠化技術(shù)在南昌推廣的可行性。 以下擬對南昌的城市熱環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以期為后續(xù)。研究分析城市垂直綠化推廣對改善南昌城市熱環(huán)境的作用及效果提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1 地區(qū)熱環(huán)境現(xiàn)狀

南昌氣侯濕潤溫和， 屬夏熱冬冷地區(qū)， 雨量充沛，四季分明，春秋季短，冬夏季長，適合植物、花卉生長，是營造“花園城市”的理想地區(qū)。 但是，近年來南昌城市建設(shè)的飛速發(fā)展也給城市的熱環(huán)境帶來了嚴(yán)重的破壞。 具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）平均氣溫逐年上升。 據(jù)資料記載，南昌1971年的年平均溫度為17.4 ℃，而近幾年南昌的年平均溫度已達(dá)到了18.4 ℃。 不難發(fā)現(xiàn)，南昌的氣溫逐年上升，尤其是近10年，南昌的年平均氣溫升高了0.6 ℃。 同時(shí)，受城市熱島效應(yīng)的影響，近10年南昌高溫日數(shù)平均增加了3 d。

2）水分流失，城市濕度降低。由于南昌城市建筑物和道路基本采用的是不透水層，因此降雨后，水分很快流失， 加上城市植被面積減少， 造成蒸發(fā)量減少，城市近地層空氣濕度降低。近10年來，南昌年平均相對濕度降低了1.2%，該市大霧日數(shù)逐漸減少[4]。

3）年總降水量明顯增加。 城市化發(fā)展排放的污染物使城市上空大氣中含有大量有利于降水的凝結(jié)核，而在城市高層建筑集中區(qū)，熱島環(huán)流又有利于城市上空的熱對流發(fā)展，易于引發(fā)暴雨[5]。 根據(jù)資料分析，近10年南昌年總降水量增加了約120 mm，暴雨日數(shù)平均增加了2 d。

4）空氣質(zhì)量下降。隨著城市化的發(fā)展，城市內(nèi)部高樓林立，形成了特殊的下墊面，再結(jié)合各式各樣的建筑體態(tài)，對自然風(fēng)的流通產(chǎn)生了一系列阻礙，導(dǎo)致自然風(fēng)速減弱，從客觀上增加了“城市火爐”的特質(zhì)。自然風(fēng)速的減弱還會(huì)導(dǎo)致氣候環(huán)境變差。 因?yàn)槌鞘信欧诺墓I(yè)廢氣、汽車尾氣等，使大氣中的氣溶膠、懸浮物明顯增多, 空氣混濁度增加， 大氣透明度降低。資料顯示，近10年，南昌灰霾日數(shù)年平均增加了45 d，平均每年太陽年總輻射減少7.4 MJ/㎡。

總而言之， 南昌市現(xiàn)在的城市熱環(huán)境已經(jīng)越來越影響到了居民的日常生活， 同時(shí)這種近乎不可逆性的城市發(fā)展和生態(tài)破壞將直接影響城市的未來。因此， 南昌迫切需要找到一種能夠有效遏制城市熱環(huán)境持續(xù)惡化的方法。

2.2 室內(nèi)熱環(huán)境分析

針對南昌市室內(nèi)熱環(huán)境問題， 研究人員做了一次問卷調(diào)查， 采用上門訪問的形式， 發(fā)出問卷500份，收回465 份，回收率為93%，其中有效問卷300份，有效率為60%。調(diào)查內(nèi)容包括調(diào)查對象的基本情況、居住情況、冬季調(diào)查和夏季調(diào)查四大部分。 問卷揭示了南昌市民住宅的概況、 居民的生活方式以及他們對室內(nèi)熱環(huán)境的主觀評價(jià)等。 被調(diào)查對象的基本情況見表1。 被調(diào)查對象的住宅及室內(nèi)熱環(huán)境情況如下：1）居住面積為0～70 m2的有50 戶，70～90 m2的有65 戶，90～110 m2的有68 戶，110～130 m2的有61 戶，130 m2以上的有56 戶；2）住宅朝向上，南北向210 戶，東西向90 戶；3）外墻結(jié)構(gòu)上，磚混結(jié)構(gòu)89 戶，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)211 戶；4）樓層分布上，地上1～8 層112 戶，9 層以上188 戶；5）對室內(nèi)熱環(huán)境滿意程度上，表示滿意的72 戶，感覺一般的有124 戶，表示不滿意的有98 戶，很糟糕的有6 戶。

表1 被調(diào)查對象背景資料統(tǒng)計(jì)

通過調(diào)研， 冬季有20%的住戶選擇開啟一部分窗戶，而夏季則有高達(dá)60%的住戶將窗戶全開；冬季有30%的住戶選擇晚上開空調(diào)， 而夏季則有高達(dá)80%的住戶晚上開空調(diào)。

綜上，依據(jù)問卷調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，近三分之二的住戶對于自己的居住熱環(huán)境不太滿意。 南昌市是個(gè)典型的夏熱冬冷型的城市， 不論是夏季或者冬季，室內(nèi)溫度的恒定與舒適都較大程度依賴空調(diào)，從而導(dǎo)致能源的消耗較多，也更加劇了城市熱島效應(yīng)。

3 垂直綠化技術(shù)類型及植物選擇原則

如前所述，垂直綠化是指將植物種植于墻面、窗臺(tái)、屋頂、棚架等地的綠化方法，利用植物遮陽作用，減少建筑吸收吸收的太陽輻射， 從而降低建筑物表面溫度。 該技術(shù)的關(guān)鍵在于將植物種植于墻面的技術(shù)類型以及植物品種的選擇等方面。

3.1 傳統(tǒng)垂直綠化技術(shù)類型

根據(jù)將植物種植于墻面的施工方法， 垂直綠化技術(shù)類型一般可以分為吸附攀爬型、纏繞攀爬型、下垂型、攀爬下垂并用型、樹墻型、“骨架+花盆”組合型、模塊化等類型。

1）吸附攀爬型綠化，即將爬山虎、地錦類、凌霄類等吸附型的藤蔓植物栽植在墻面的附近， 讓藤蔓植物直接吸附墻面攀爬的綠化方式。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是培植簡單、方便、價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是不知道植物生長的方向，在墻面上看起來比較凌亂，沒有統(tǒng)一感。

2）纏繞攀爬型綠化，是指在墻面前安裝網(wǎng)狀物、格柵，或設(shè)置混凝土花器，栽植木通、南蛇藤、絡(luò)石、紫藤等纏繞型蔓藤植物的綠化技術(shù)。 優(yōu)點(diǎn)是外觀統(tǒng)一；缺點(diǎn)是植物死后不易清理。

3）下垂型綠化，即在墻面的頂部安裝種植容器，種植枝蔓伸長力較強(qiáng)的藤蔓植物，如常春藤、牽牛、地錦、凌霄、扶芳藤等，讓枝蔓下垂的綠化方式。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，工程實(shí)現(xiàn)簡單；缺點(diǎn)是灌溉不方便。

4）攀爬下垂并用型綠化，即在墻面的頂端和附近栽植藤蔓植物， 從上方讓須根下垂的同時(shí)， 也從下方讓須根攀爬的綠化方式。 植物從上下兩個(gè)方向朝樓層中間生長，能更快速地起到全面綠化的作用。

5）樹墻型綠化，即將灌木栽植在墻體前面，使樹橫向生長，呈籬笆狀貼附墻面遮掩墻體。這種方法所需的綠化空間小，特別適合土地狹小地區(qū)。優(yōu)點(diǎn)是種植方便，缺點(diǎn)是不適用高層建筑。

6）“骨架+花盆”組合型綠化，通常是先緊貼墻面或離開墻面5～10 cm 搭建平行于墻面的骨架， 輔以滴灌或噴灌系統(tǒng)， 再將事先綠化好的花盆嵌入骨架空格中。 其優(yōu)點(diǎn)是無論地面植物或山崖植物均可以選用，采用自動(dòng)澆灌系統(tǒng)，更換植物方便，適用于臨時(shí)植物花卉布景。不足之處在于需在墻外加骨架，骨架厚度大于20 cm，體量過大可能在影響表觀；骨架須固定在墻體上，固定點(diǎn)處容易產(chǎn)生漏水隱患；骨架銹蝕會(huì)影響系統(tǒng)整體使用壽命； 滴灌系統(tǒng)容易被堵失靈從而導(dǎo)致植物缺水死亡[6]。

7）模塊化墻體綠化，其建造工藝與“骨架+花盆”組合型類似，但將花盆變成了方塊形、菱形等幾何模塊。 模塊化的栽植方式方便采用不同形態(tài)的單元進(jìn)行適當(dāng)?shù)仄唇印?/p>

3.2 新型垂直綠化概念的引進(jìn)

考慮到在南昌推行垂直綠化多為在已有建筑上進(jìn)行改造，為方便改造，特別引進(jìn)了兩種新型的垂直綠化技術(shù)，可直接在已有屋面上增加預(yù)制面層，既方便安裝也方便后期維護(hù)。

1）預(yù)制式垂直綠化貼面是一種以“工廠預(yù)制”為理念的新型墻面垂直綠化， 其特色在于可以像外墻貼面一樣將在工廠預(yù)制后的模塊直接運(yùn)往現(xiàn)場進(jìn)行安裝，且不需要太多的后期維護(hù)，也需要管道鋪設(shè)，只需在合適部位做蓄水槽。 但是在干掛或者砌筑時(shí)需要注意上下以及左右錯(cuò)縫砌筑， 以保證水分順利流到下層貼面綠化。 由于該方式需要考慮外掛承重問題，貼面植物應(yīng)以輕質(zhì)草皮為主，不適宜采用較大型花卉。

2）干掛式熱橋垂直綠化是一種以解決建筑熱橋問題為出發(fā)點(diǎn)的綠化措施。 建筑熱橋是指外墻和屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土或金屬梁、柱、肋等部位。熱橋部位多為建筑承重部位，這些部位傳熱能力強(qiáng)，熱流較密集，內(nèi)表面溫度較低，所以容易引起室內(nèi)溫度的較大波動(dòng)[7]。干掛式熱橋垂直綠化即是將熱橋部位作為龍骨，在其基礎(chǔ)上砌筑植物種植槽，通過針對性的覆蓋綠化達(dá)到更高效的降溫效果。

干掛式熱橋垂直綠化即是其構(gòu)造方法見圖1。

圖1 干掛式熱橋垂直綠化構(gòu)造方法示意（單位：mm）

3.3 植物的選擇原則

垂直綠化植物配置應(yīng)充分尊重植物的生長習(xí)性，根據(jù)立地條件、植物的生長習(xí)性以及景觀的協(xié)調(diào)性綜合進(jìn)行選擇。 常見的垂直綠化用植物包括纏繞類植物牽牛、菜豆、金銀花、紫藤等，勾刺類植物木香、攀爬月季、薔薇，攀援類植物葫蘆、絲瓜、鐵線蓮，攀附類植物常春藤、 扶芳藤以及爬山虎等。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，建筑物低于2 m 的，可選擇鐵線蓮、常春藤、牽牛等。建筑物高度為2～5 m，可種植葡萄、杠柳、葫蘆等植物。 建筑物在5 m 以上，可種植中國地錦、美國地錦、美國凌霄等。

4 垂直綠化技術(shù)應(yīng)用效果比較與分析

以下針對南昌市的具體情況采用上述垂直綠化新技術(shù)的適應(yīng)性進(jìn)行研究， 技術(shù)分析選用Autodesk Ecotect Analysis 2011 建筑軟件，分析數(shù)據(jù)采用南昌市氣象局提供的氣象資料。 本研究分析的建筑有84個(gè)區(qū)域房間，本文主要分析第25 個(gè)區(qū)域房間。 未采用垂直綠化的建筑A 和采用垂直綠化的建筑B 分別見圖2（a）、圖2（b）。 A、B 兩個(gè)建筑的位置結(jié)構(gòu)相同，選取其中相同的房間（二樓客廳）作為研究對象，見圖2（c）。

圖2 未采用、采用垂直綠化的建筑對比

A、B 建筑的測試房間得熱分析如圖3 所示。

圖3 A、B 建筑測試房間得熱分析

從圖3 可以明顯看出， A 建筑測試房間夏季直接得熱比B 建筑測試房間要多；而冬季失熱明顯比B 建筑要多。而這對比說明采用了垂直綠化的建筑，其保溫隔熱性能有較大的提高， 建筑也會(huì)因此消耗更少的能量用于恒定室內(nèi)溫度。

A、 B 建筑的得熱組成指數(shù)分析見圖4。

圖4 A、B 建筑的得熱組成指數(shù)分析

從圖4 可以明顯看出，建筑得熱與傳導(dǎo)傳熱、空氣傳熱、太陽輻射、空氣流通傳熱、內(nèi)部傳熱、區(qū)域傳熱有關(guān)。1）傳導(dǎo)傳熱。A 建筑的傳導(dǎo)傳熱占總得熱的17.7%和75.3%，B 建筑的傳導(dǎo)傳熱占總得熱的17.0%和74.9%。 2）空氣傳熱。 A 建筑的空氣傳熱占總得熱的56.1%，B 建筑的空氣傳熱占總得熱的58.2%。 3）太陽輻射。 A 建筑的太陽輻射占總得熱的比例很小，B 建筑的太陽輻射占總得熱的比例也很小。 4）空氣流通傳熱。 A 建筑占13.4%，B 建筑占15.1%。 5）內(nèi)部傳熱。 A 建筑占9.6%，B 建筑占10.4%；6）區(qū)域傳熱。 A 建筑的區(qū)域傳熱占總得熱的10.7%和11.2%，B 建筑的區(qū)域傳熱占總得熱的8.1%和10.0%。

通過上述對比說明采用了垂直綠化的建筑，其傳導(dǎo)傳熱性能提高了，而且區(qū)域傳導(dǎo)也較低，所以建筑的耗能也相對較低。

5 結(jié)論

綜上所述， 城市的快速發(fā)展使城市的熱環(huán)境質(zhì)量急劇下降，如何在建筑密度高、人口稠密、公共綠地面積少的城市內(nèi)增大城市綠化面積， 提升居住環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為城市發(fā)展的新的難題。 垂直綠化技術(shù)在應(yīng)對氣候變化、減輕熱島效應(yīng)、減少城市空氣污染有著很好的生態(tài)修復(fù)作用， 但是由于垂直綠化的技術(shù)還不夠成熟，成本投入較大，后期維護(hù)也較為繁瑣， 導(dǎo)致大部分垂直綠化只用于標(biāo)志性建筑或是政府性建筑。 該技術(shù)在普通居民住宅建筑的設(shè)計(jì)中依舊比較少見。

本文以節(jié)能減排、改善城市熱環(huán)境為目的，探討了成本低廉、建設(shè)簡單、維護(hù)簡單、可行性大、可普及化的垂直綠化技術(shù)方案， 并以南昌實(shí)際建筑項(xiàng)目為研究對象， 利用專業(yè)的分析軟件對采用垂直綠化技術(shù)后建筑隔熱保溫性能進(jìn)行了分析。研究認(rèn)為：1）經(jīng)過垂直綠化技術(shù)處理后的建筑隔熱保溫性能得到質(zhì)的提升。 夏季最熱日室內(nèi)平均溫度比處理前可低5 ℃左右，冬季最冷日室內(nèi)平均溫度可比處理前高3 ℃左右，保溫隔熱效果明顯。 經(jīng)過垂直綠化技術(shù)處理后的建筑室內(nèi)舒適度明顯提高且室內(nèi)能耗明顯較低，室內(nèi)使用空調(diào)的頻率明顯減少。2）通過建設(shè)垂直綠化，區(qū)域內(nèi)光合作用明顯增加，二氧化碳含量明顯降低，可解決區(qū)域內(nèi)熱環(huán)境問題。若在整個(gè)城市內(nèi)推廣垂直綠化，可有效解決城市熱島效應(yīng)問題。 同時(shí)，通過建設(shè)垂直綠化，還可凈化城市空氣，吸附空氣中的懸浮物，降低PM2.5的含量。 3）垂直綠化的投入在545 元/m2左右，約占整個(gè)建設(shè)費(fèi)用的9.08%，在可接受范圍內(nèi)。

由此可見， 推廣垂直綠化技術(shù)無論是從社會(huì)效益、環(huán)境效益，還是經(jīng)濟(jì)效益上，都非?？捎^。最重要的是其成本較低，維護(hù)簡單，建設(shè)方便而節(jié)能減排效果明顯。除解決住宅本身的熱環(huán)境問題外，其對區(qū)域環(huán)境，城市環(huán)境都有明顯的改善效果，值得推廣。