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不同类型容器式屋顶绿化夏季降温效果研究

作者: 邹敏,李婷 时间:2020-1-7 阅读次数:331

一/引言

重庆地处四川盆地东南部,地貌以丘陵、山地为主,坡地面积较大,城市绿化用地紧张。重庆属亚热带季风性湿润气候,是我国“四大火炉”城市之一。并且,作为最年轻的直辖市,五大国家中心城市之一,重庆近年来发展迅速、城市化进程速度惊人;而与此同时,重庆城区建筑密度大、用地紧张、热岛效应等问题十分严峻。目前,屋顶绿化的生态节能效益得到了一致地肯定,屋顶绿化技术的研究和应用取得了不少成果,在全国性的建筑节能工作中各地都在大力提倡采用这类生态节能技术。

目前的研究大多是针对传统种植形式的屋顶绿化而言,而对于容器式屋顶绿化的研究较少[1-5]。传统式屋顶绿化有相当的荷载要求,难以应用于城市旧房改造、既有公共建筑中,容器式屋顶绿化形式因其具有荷载轻、施工方便、管护简单、成本低等特点,能有效解决这些难题,不仅适用于新建建筑屋顶,还可以在既有建筑屋顶上铺设,能广泛而大面积的推广应用,且具有一定的生态和景观效果。本文针对容器式屋顶绿化降温效果进行研究,为该类型屋顶绿化在绿色节能建筑中的应用积累基础数据,为推广应用生态节能技术、创造更好的社会经济、环境效益提供参考。

容器式屋顶绿化是荷载小于100kg/m2的屋顶绿化形式[6],即轻型屋顶绿化,是通过采用轻型基质、低矮植被、减少传统屋顶绿化工艺技术的复杂结构层等方法控制荷载。屋顶绿化降温是由绿化植物层、基质层、屋顶结构层三个部分共同作用的结果。

二/材料与方法

2.1 试验样地概况

本试验考虑植物群落结构、规模大小、可操作性等因素,选择两江新区嘉悦江庭商业住宅楼简单式屋顶绿化和重庆市九龙坡区人大办公楼花园式屋顶绿化为研究样地,两个样地屋顶绿化均为四周开阔、无遮挡的顶层屋面,基本情况如表2-1。

2.2 调查内容和方法

2.2.1 调查内容

同步测量实验组与对照组屋顶内、外表面温度,室内空气温度、屋顶空气温度。

2.2.2 监测点设置

监测点平面布置:在简单式屋顶绿化样地距绿地边缘1米范围内随机选取3个监测点,计算平均值表征简单式屋顶绿化实验组数据,在附近相似空置屋顶选取裸露监测对照监测点为;在花园式屋顶绿化样地距绿地边缘1米范围内随机选取3个不同植物配置类型的监测点,计算平均值表征花园式屋顶绿化实验组数据,在附近相似空置屋顶选取裸露监测点为对照组,测点布置见图2-1. 

监测点垂直布置:监测屋顶内、外表面温度和室内、屋顶水平地面垂直上方1.5米高度处的空气温度,测点布置如图2-2。

2.2.3 监测时间 

本实验选取2018年夏季7月-8月晴朗高温、无风或弱风(风力小于三级)的天气条件3天进行重复试验,监测时间为11:00-14:00,每半小时记录数据一次,在整点、半点及前后5分钟各记录一次数据,取3个数据的平均值为监测值,在监测时间段内对实验组和对照组进行同步测定。实验测试工况均为自然通风状态、无空调影响。

2.2.4 监测仪器

采用TPJ-20便携式温湿度记录仪测定屋顶和室内空气温度,采用CEM DT-811红外线测温仪测定屋顶内、外表面温度。

2.3 数据分析

由于重庆主城区结构的多组团特征,从而导致局部温度收到一定影响,为了削弱因外界环境因素对温度的影响而造成的实验误差, 本试验在比较两种不同类型屋顶绿化降温作用时,选择绿地的降温程度作为温指数进行研究。

降温程度计算公式如下:

T%=∑[(Tck-Ttest)/Tck]/n × 100%

Ttest为实验组所测得的温度,Tck、为对照组所测得的温度。n代表测试时重复的次数。

基于数据处理结果,将各重复试验的温度相加后取平均值,比较不同类型屋顶绿化的降温程度。

三/结果分析

3.1 不同类型屋顶绿化的瞬时温度对比 

以3天的绿化屋顶内外表面温度和内外气温的监测数据平均值来进行分析,两种不同屋顶绿化类型屋顶绿化各垂直监测点的瞬时温度平均值分布见图3-1~图3-4。

由图3-1~图3-4可知,绿化屋顶内外地表温度、屋顶气温和室内气温均在监测时间段内的总趋势呈现先升高再降低。建筑顶层屋顶内外表面温度和屋顶气温均比裸露屋面相应的温度先达到最大值,即当温度升高到一定范围,绿化屋顶的温度不再升高,而裸露屋顶继续升高直至达到温度顶峰;绿化屋顶的各层温度均低于裸露屋顶, 说明:夏季容器式屋顶绿化对室内得热具有明显的降温作用。

3.2 不同类型屋顶绿化的降温程度对比 

以个监测点的数据平均值来进行分析,两种不同屋顶绿化类型屋顶绿化对屋顶内外表面温度和内外气温的降温程度影响情况见图3-5。

由图5可知,屋顶绿化具有显著的降温作用,尤其是对屋顶地表温度的影响,其次是屋顶内表面温度的影响,对屋顶内外气温的影响程度较小。花园式屋顶绿化对建筑顶层屋顶气温、室内气温、屋顶地表温度、屋顶内表面温度的影响程度分别是简单式的2.70倍 、1.30倍 、3.75倍 、1.46倍。

四/结语

屋顶绿化能有效解决城市用地紧张问题、改善城市人居环境,是城市生态文明建设和可持续发展城市的核心内容[7],是建筑与绿化艺术的有机结合,也是人类与自然的有机结合。随着绿色建筑的进一步发展,必将对屋顶绿化的相关研究提出更高质量、更加系统的要求。屋顶绿化的生态服务功能是人们共识的,但是对比研究不同类型容器式屋顶绿化的夏季降温效果还较为鲜见[8]。

本文以重庆市简单式、花园式容器式屋顶绿化为研究对象,对比研究了不同类型容器式屋顶绿化的夏季降温效果。研究结果表明:夏季容器式屋顶绿化对室内得热具有明显的降温作用;花园式屋顶绿化对建筑顶层屋顶气温、室内气温、屋顶地表温度、屋顶内表面温度的影响程度分别是简单式的2.70倍、1.30倍 、3.75倍 、1.46倍。在今后的研究工作中,需在现有研究成果的基础上,进行更加深入、系统地探索研究。

参考文献:

[1] 钟欣全. 屋顶隔热防漏重大革新——佛甲草屋顶绿化技术[Z]. 绿色建坛, 2005.11.

[2] 冯雅, 陈启高. 种植屋面热过程的研究[J]. 太阳能学报, 2009.07.

[3] 项铮, 储依. 几种屋顶绿化形式的隔热及节能效果研究[J]. 土木建筑与环境工程. 2011(33).

[4] 冯驰. 佛甲草植被屋顶能量平衡研究[D].  广东:华南理工大学硕士论文,2011.

[5] 孙乐祥.种植屋面热作用及能耗变化规律研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文,2014.

[6] 赵定国, 薛伟成. 轻型屋顶绿化的节电效果[J]. 上海农业学报, 2008.24.

[7] 吴云霄 ,王海祥.城市绿 地生态效益的影响因素[J J. 林业调查规戈ct ,2006,31(2) :99-101.

[8] 项 铮,储 依.几种屋顶绿化形 式的隔热及节能效果研究[JJ . 土木建筑与环境T 程,2011 , 33( 增刊 1) :42-44.