Analysis of the Effect of Vertical Greening System on Urban Microclimate Improvement

ZHAO Xi

摘要：随着城市的快速发展，密集的城市建筑系统除了为公众带来前所未有的便利之外，还有城市热岛效应。本文目的是通过分析城市热岛现象，引入垂直绿色系统，分析其对城市气候变化的改善作用。本文将通过控制变量的实验方法，在同一研究环境中，测试了两个样品，带有植物材料的立面与普通立面，以评估垂直绿化系统的性能。总体而言，与普通的外墙相比，垂直绿化系统的外墙热量减少了40%至50%。

Abstract： With the rapid development of the city， the dense urban building system not only brings unprecedented convenience to the public， but also causes the urban heat island effect. The purpose of this paper is to analyze the urban heat island phenomenon and introduce a vertical green system to analyze its improvement effect on urban climate change. In this paper， two samples， facade with the plant material and the common facade， were tested in the same research environment by the experimental method of controlling the variables to evaluate the performance of the vertical greening system. Overall， the thermal insulation of the vertical greening system is reduced by 40% to 50% compared to conventional exterior walls.

关键词：绿色建筑;绿色立面;热岛效应

Key words： green building;green facade;heat island effect

中图分类号：S731                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）32-0205-02

0  引言

近几十年来，人口过剩和工业化导致了城市的快速扩张。城市地区变得越来越拥挤，绿色地区正在减少，城市中密集的建筑物和道路会增加地面辐射和空气温度，从而导致城市温度明显高于郊区，这种现象称为城市热岛。为了获得更舒适的生活环境，人们将花费更多钱用于制冷系统，同时温室气体的排放会破坏城市的环境。在21世纪，随着城市化引起的日益严重的气候问题，人们开始逐渐意识到绿色植物蒸腾降温的重要性。如今，人们发现建筑物的外墙有足够的空间来种植绿色植被，与传统的城市绿化设施相比，垂直绿化系统不仅占地少，为公众提供了更舒适的生活环境，同时降低了城市温度，降低了制冷系统的成本。因此，垂直绿化系统具有改善城市气候的巨大潜力。

1  垂直绿化系统概述

垂直绿化系统分为“支撑”和“载体”[1]。支撑系统是指被攀缘植物覆盖的建筑物的外墙。通常来说常春藤是最佳选择。载体系统，也称为生活墙，可以生长更多其他类型的植物。

2  垂直绿化系统的好处

对于城市环境，垂直绿化系统缓解了城市热岛效应并改善了城市气候。此外，这些绿色植被可以通过吸收空气中的污染物和二氧化碳来改善城市空气质量，减少温室效应。由于城市中自然栖息地的增加，城市生物多样性也将得到改善。对于城市经济而言，垂直绿化系统为建筑物提供了更好的隔热和遮阳效果，降低了城市制冷系统的成本。另外，这些绿色植物的叶子可以吸收噪音，从而减少了城市的噪音污染。最重要的是，攀缘植物可以保护建筑物的墙壁并增加墙壁的稳定性。最后，垂直绿化系统可以作为城市的特殊地标，提供美学优势，例如建筑设计感。

3  热舒适

热舒适度是人们对周围热环境的满意度的主观评估。通常受环境因素和个人因素影响。由于个人因素是主观因素，因此很难通过实验获得准确的数据，因此我们仅考虑环境因素[2]。

4  描述和分析前人的研究成果

4.1 实验技术

Jaafar，Said和Rasidi[3]通过对垂直绿化系统对周围建筑物的冷却效果的文献综述，讨论了垂直绿化系统如何更好地降低城市温度并减轻城市热岛效应。他们选择了具有垂直绿化技术参考价值的期刊文章，并根据垂直绿化系统对制冷效果的贡献将研究论文进行收集和排序，以及根据垂直绿化系统的类型，研究地点和重要發现总结了21篇研究成果，以进一步探讨了垂直绿化系统的设计因素与冷却效果之间的关系。

4.2 讨论

Jaafar，Said和Rasidi广泛阅读和理解有关垂直绿化系统的冷却效果的文献。他们引用的文献具有代表性，可靠性和科学性。同时，介绍了以往对各种类型的垂直绿化系统的研究以及目前垂直绿化系统仍不流行的现状。此外，分析了垂直绿化系统在制冷功能方面的发展及其作为减轻城市热岛效应的城市温度调节工具的前景。最后，他们总结了影响垂直绿化系统冷却效果的因素，并呼吁其他研究人员更加关注冷却效果。

5  实验计划

5.1 问题陈述

由于城市热岛效应，城市冷却系统占用电力供应的40%至60%。这时，垂直绿化系统对于调节建筑物温度非常重要，因为它可以减少很多能源消耗。该实验的主要目的是研究垂直绿化系统的冷却效果，包括观察和记录使用垂直绿化系统的外墙和普通外墙的温度和湿度[4]。

5.2 影响实验的因素

因为垂直绿化系统中建筑物外墙的温度降低主要取决于阳光的遮挡和植物叶片的蒸腾作用。为了使实验结果更准确，在实验过程中应严格控制以下影响蒸腾作用的因素[5]。

5.2.1 光照

光线是影响垂直绿化系统中绿色植物蒸腾作用的重要因素之一。首先，光线可以帮助植物打开自己的气孔，气孔是植物蒸腾时进行物质转化的途径。充足的光照不但有助于促进植物蒸腾而且可以增加周围环境和植物叶片的温度，导致叶片内部和外部的压力不同，因此植物的蒸腾速率将得到提高。

5.2.2 环境温度

植物的蒸腾作用主要受温度影响。随着环境温度的升高，植物的气孔越来越大，但是温度过高会导致植物的气孔关闭。例如，如果中午温度高，则植物的蒸腾作用将减弱，这将减少植物中水分的流失。

5.2.3 湿度

水分是植物蒸腾作用的主要物质之一，因此环境湿度是影响植物蒸腾作用的關键因素。环境湿度变大，并且足够的水分有利于植物气孔的开放。但是，如果环境湿度继续增加，过多的水分将导致植物气孔关闭。

5.2.4 风速

风速是可能影响蒸腾作用的因素。当风速高时，可以将叶片外部的水蒸气吹散，并且减小气孔的阻力。但是，强风会使气孔闭合，蒸腾作用减少。

5.3 实验步骤

本实验将使用定量测量方法。该研究是在两座建筑物上进行的，其中一座装有垂直绿化系统。两座建筑物的温度和湿度数据将通过温度计和湿度计测量。为了比较两个建筑物的室内和室外温度和湿度，将在两个建筑物的内外墙上安装相同的温度计和湿度计。最后，将在上午8：00至下午5：00的室内和室外温度和湿度表中填写温度和湿度记录以进行比较。数据的测量将在位置和方向相同的两座建筑物上进行，以控制两座建筑物的相同初始温度和湿度数据。

5.4 数据分析

根据以上实验，可以得到10套比较数据，即普通建筑物的室内和室外温度和湿度，以及安装了垂直绿化系统的建筑物的室内和室外温度和湿度。

5.4.1 普通建筑物的室内外温湿度差异

将普通建筑物的室内和室外不同时间段的温度和湿度数据导入数学软件Minitab生成折线图。根据其趋势，观察室内和室外之间的温度变化差异，如果相差不大，则普通建筑物的外墙对环境温度和湿度没有影响。

5.4.2 垂直绿化系统建筑物的室内和室外温湿度差异

将安装垂直绿化系统的建筑物在不同时间段的温度和湿度数据导入到数学软件Minitab中，生成折线图。观察图表趋势并比较室内和室外温度和湿度。如果室内和室外温度和湿度发生显着变化，则垂直绿化系统会对建筑物温度产生调节作用。

5.4.3 比较两座建筑物的制冷百分比

记录普通建筑物和同一时间安装垂直绿化系统的建筑物的温度数据，计算两种类型建筑物的室内和室外制冷百分比，并输入到数学工具Minitab中生成折线图。观察两个不同建筑物的制冷百分比线图之间的差异。如果垂直绿化系统建筑物的线图总是高于普通建筑物，则认为垂直绿化系统的冷却效果是有效的。

5.4.4 比较两座建筑物的湿度

将两种不同类型建筑物中同一时间的湿度数据输入到数学工具Minitab中，并将生成折线图。随时间观察两个不同建筑物的湿度变化。如果垂直绿化系统建筑物的湿度最终低于普通建筑物的湿度，则垂直绿化系统具有调节湿度的功能。

5.4.5 比较两座建筑物的温度

将两种不同类型的建筑物中选择相同时间段的温度数据输入到数学工具Minitab中生成折线图。观察两个不同建筑物随时间的温度变化。如果垂直绿化系统建筑物的温度往往低于正常建筑物的温度，则垂直绿化系统具有调节温度的功能。

6  总结

这项研究着重于垂直绿化系统对温度和湿度的调节，并讨论了前人的研究成果。同时，通过进行控制变量实验，该研究预测垂直绿化系统确实有助于缓解城市热岛效应并节省能源消耗的成本。研究表明，垂直绿化系统具有调节城市微气候的巨大潜力。政府应更加重视垂直绿化系统，并尽可能为相关研究提供财政支持。这将有助于促进生态绿色城市和人类与自然和谐相处的新局面。

参考文献：

[1]杨富淞.基于绿色建筑设计理论的建筑物立面设计探析[J].居舍，2018（30）：94.

[2]陈红.绿色建筑设计理论在建筑物立面设计中应用的探析[J].绿色环保建材，2018（08）：100，102.

[3]Badrulzaman Jaafar，Ismail bin Said，Mohd Hisyam Rasidi.Evaluating the Impact of Vertical Greenery System on Cooling Effect on High Rise Buildings and Surroundings： A Review[J].Evaluating the Impact of Vertical Greenery System on Cooling Effect on High Rise Buildings and Surroundings： A Review.Senvar，2011，12.

[4]郭思远，徐芯蕾.塑造屋顶上的绿色城市——浅谈南京屋顶花园的发展意义及阻力[J].艺术科技，2019，32（12）：183，197.

[5]王睿韬.谈低碳景观与绿色屋顶设计[J].工程建设与设计，2019（05）：43-44，47.

作者简介：赵熙（1994-），男，河南郑州人，助理工程师，研究方向为绿色建筑、可持续建筑物。