長沙市城區(qū)屋頂綠化節(jié)能降溫調(diào)濕效能評價

莊志勇，王春梅，黃國林

（湖南省園藝研究所，湖南 長沙410125）

屋頂綠化是目前城市建設(shè)中使用較多的綠化形式之一[1]。在降低室內(nèi)溫度、減少空調(diào)能耗、緩解城市“熱島效應(yīng)”中發(fā)揮了重大的作用[2-3]。另外，屋頂綠化的土壤層或基質(zhì)層可儲存雨水，從而減緩城市雨水徑流、減輕城市排水管壓力、延長屋頂使用壽命[4]。目前，有關(guān)屋頂綠化方式的研究較多，但如何用試驗數(shù)據(jù)來評價綠化屋頂節(jié)能效應(yīng)的研究較少。研究通過對比綠化屋頂與未綠化屋頂?shù)臏囟?、相對濕度等指?biāo)，對夏季屋頂綠化的節(jié)能降溫調(diào)濕效應(yīng)進(jìn)行評價，以期為未來屋頂綠化建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

屋頂綠化試驗于2012年4月1日～2013年3月31日在湖南省長沙市芙蓉區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)進(jìn)行；兩地段毗鄰，地處東經(jīng)113°01'24"～113°08'40"、北緯28°12'11"～28°17'42"之間；屬典型的亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，溫暖濕潤、季節(jié)分明、春夏多雨、暑熱期長、秋冬少雨、低溫期短；年平均氣溫17.1℃，年平均降水量1 296 mm。

1.2 試驗材料

屋頂綠化為花園式復(fù)合型多層次植物景觀綠化，喬、灌、草結(jié)合，已建有2 a，養(yǎng)護(hù)較好，植物生長健壯，屋頂?shù)闹参锔采w率為75.6%。未綠化的屋頂外表面是做過柔性防水和剛性防水的裸露屋頂。試驗主要儀器有自動干濕球溫度計（天津市凱隆達(dá)儀器儀表有限公司）、熱電偶溫度傳感器（北京昆侖中大傳感器技術(shù)有限公司）和惠普數(shù)據(jù)采集儀（深圳鑫惠福電子儀器有限公司）。

1.3 試驗設(shè)計與方法

隨機(jī)選取4個位置和高度相對一致的地點(diǎn)于春、夏、秋、冬4 季對綠化屋頂外表面、建有遮陽板的屋頂外表面、裸屋頂外表面的溫度、相對濕度進(jìn)行測定。

1.3.1 溫度測定 溫度測量點(diǎn)有：樓房裸露頂層外表面、樓房裸露屋頂（平頂）內(nèi)表面、遮陽板屋頂外表面、遮陽板屋頂內(nèi)表面、屋頂綠化層外表面、屋頂綠化層下層內(nèi)表面、正常室外空氣溫度。室外溫度為距地面30 cm 處的空氣溫度，室內(nèi)數(shù)據(jù)測量為距屋頂100 cm處。溫度記錄時間為每天早晨06︰00～18︰00，每個正點(diǎn)測量一次，共12 次。

1.3.2 相對濕度測定 在測量溫度相同的地方和時間利用自動干濕球溫度計測量相對濕度。

2 結(jié)果與分析

2.1 長沙市城區(qū)典型綠化屋頂與地面的溫濕度對比情況

從圖1 中可以看出，長沙典型屋頂和地面的溫度隨著室外自然溫度變化均呈先上升后下降的趨勢，但是屋頂?shù)臏囟壬吆拖陆邓俣榷驾^快，溫差也比較大，地面溫度變化較平緩。中午12：00～14：00，屋頂溫度最高可達(dá)50℃，比06：00 高22℃；地面溫度在中午13：30 半左右達(dá)到最高值（38℃），比06：00 高10℃。長沙典型屋頂中午的溫度比地面高12℃。

由圖2 可知，長沙典型綠化屋頂和地面相對濕度的變化呈“U”型變化。屋頂?shù)南鄬穸认陆递^快，變化范圍為22%～80%；中午13：00～14：00，相對濕度達(dá)到最小值22%，比6：00 下降59個百分點(diǎn)；地面相對濕度變化范圍為30%～82%，在下午15：00 左右相對濕度達(dá)到最小值30%，比6：00 下降52個百分點(diǎn)。

2.2 綠化與未綠化的屋頂外表面溫度的差異

圖1 長沙典型綠化屋頂和地面夏季溫度變化情況

圖2 長沙典型綠化屋頂和地面夏季相對濕度變化情況

由表1 可知，與裸露屋頂外表面相比，春、夏、秋3季綠化屋頂外表面的日平均溫度分別低1.37、2.05、1.93℃，而冬季綠化屋頂外表面的日平均溫度高0.75℃，春夏秋3 季的平均降幅（8.1%）與冬季的增幅（8.1%）相同；與帶遮陽板的屋頂外表面相比，春、夏、秋3 季綠化屋頂外表面的日平均溫度分別低0.11、0.86、1.19℃，降幅分別為0.6%、3.1%、5.8%；而冬季綠化屋頂外表面的日平均溫度高0.81℃，增幅達(dá)8.8%。這說明綠化屋頂有著較為明顯的“冬暖夏涼”作用。

表1 不同季節(jié)不同屋頂內(nèi)外表面日平均溫度 （℃）

2.3 綠化與未綠化的屋頂內(nèi)表面溫度的差異

從表1 中還可以看出，與裸露屋頂內(nèi)表面相比，春、夏、秋3 季綠化屋頂內(nèi)表面的日平均溫度分別低2.22、3.89、1.34℃，降幅分別為11.3%、13.3%、6.1%；而冬季綠化屋頂內(nèi)表面的日平均溫度高2.66℃，增幅達(dá)22.2%；與帶遮陽板的屋頂內(nèi)表面相比，春、夏、秋3 季綠化屋頂內(nèi)表面的日平均溫度分別低0.01、1.12、0.52℃，其中春季遮陽板屋頂內(nèi)表面溫度與綠化屋頂內(nèi)表面的溫度基本相同，而夏、秋兩季的降幅分別為3.8%、2.2%；冬季綠化屋頂內(nèi)表面的日平均溫度高0.97℃，增幅達(dá)8.0%。

上述結(jié)果說明，裸露屋頂由于缺乏遮擋，夏季溫度較高，而冬季溫度較低，隨室外溫度變化明顯，遮陽板屋頂與綠化屋頂由于有遮陽設(shè)施，室內(nèi)溫度的波動沒有外界環(huán)境波動那樣明顯，變化稍有緩和，其中綠化屋頂對室內(nèi)溫度的調(diào)控效果優(yōu)于遮陽板屋頂，綠化屋頂頂層屋內(nèi)溫度在夏、秋、春三季比較平穩(wěn)，變化不大，冬季卻會升高，反映出綠化屋頂確有冬暖夏涼的效果。

2.4 夏季屋頂綠化節(jié)能降溫調(diào)濕效應(yīng)評價

從表2 中可以看出，上午08：00，綠化屋頂?shù)南鄬穸雀哂诼懵段蓓?，差值?.7～3.6個百分點(diǎn)之間，下午14：00；裸露屋頂?shù)南鄬穸雀哂诰G化屋頂，差值在0.5～0.8個百分點(diǎn)之間；這說明綠化屋頂有利于跟隨環(huán)境溫度變化來調(diào)節(jié)空氣相對濕度。從氣溫來看，不同類型屋頂?shù)臍鉁夭町惒淮?，差值范圍?.1～0.2℃。從地面溫度來看，綠化屋頂?shù)牡孛鏈囟让黠@低于裸露屋頂，上午08：00 的差值范圍在3.9～5.9℃，下午14：00的差值范圍在4.6～7.6℃，日最高溫的的差值范圍在1.5～6.9℃。從室內(nèi)溫度來看，綠化屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度比裸露屋頂?shù)牡?.3～1.8℃。綜上所述，綠化屋頂有利于調(diào)節(jié)空氣相對濕度，并能有效降低屋面與室內(nèi)溫度。

表2 不同類型屋頂夏季溫濕度差異的比較

3 結(jié)論與討論

試驗僅選取春夏秋冬4個季節(jié)的其中一段時間，對長沙典型屋頂和地面兩種環(huán)境的溫度、濕度和太陽輻射強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了測量和比較。這種簡單的分析還不能完全反映兩種環(huán)境下溫濕度的動態(tài)變化規(guī)律。但差異比對研究發(fā)現(xiàn)，屋頂和地面的溫濕度只在夏季有顯著差異，春、秋和冬3 季的差異不顯著，故研究著重測定分析了夏季典型屋頂與地面的溫濕度差異，以期為篩選適宜長沙市城區(qū)屋頂綠化的植物提供依據(jù)。

研究應(yīng)用比較法評估了綠化屋頂?shù)墓?jié)能降溫調(diào)濕效應(yīng)。結(jié)果表明，綠化屋頂冬天的保暖升溫效果顯著，外表面溫度分別比遮陽板屋頂和裸露屋頂?shù)母?.81 和0.75℃，內(nèi)表面溫度分別比遮陽板屋頂和裸露屋頂?shù)母?.97 和2.66℃。

夏季綠化屋頂?shù)母魺嵴{(diào)濕作用顯著。綠化后屋頂?shù)南鄬穸入S環(huán)境變化而變化，及時進(jìn)行調(diào)整；而溫度的變化比較平穩(wěn)，室內(nèi)溫度比裸露屋頂?shù)牡?.3～1.8℃。這說明屋頂綠化有明顯的隔熱保溫作用，使樓房頂層居室內(nèi)冬暖夏涼，大大緩解了氣候冷熱波動，從而有效延長了樓房屋頂保護(hù)層的使用壽命。

目前，屋頂綠化類型可分為簡單輕型、花園式以及介于兩者之間的類型，不論哪種類型在長沙未來綠化中都具有廣闊發(fā)展前景[5]。如何因地制宜地選擇屋頂綠化類型，發(fā)揮其最大能效是今后研究的重點(diǎn)。

[1]趙定國，唐鳴放，章正民.輕型屋頂綠化對屋面溫度的影響研究[J].中國建筑防水，2010，（11）：5-8.

[2]付品友，賀玉龍.屋頂綠化在城市建設(shè)中的作用及實施對策[J].中州建設(shè)，2014，（19）：77.

[3]陸 峰.城市建筑屋頂綠化技術(shù)[J].現(xiàn)代園藝，2014，（24）：142.

[4]張揚(yáng)漢，張召平，孫海周.屋頂綠化綜合評價與優(yōu)化研究——以漳州屋頂綠化為例[J].閩南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，27（4）：72-77.

[5]魏道江，葉建軍，李恒威.屋頂綠化的SWOT分析及發(fā)展建議[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，（14）：40-42.