立體綠化對不同類型廠房降溫節(jié)能效果的影響

立體綠化對不同類型廠房降溫節(jié)能效果的影響

隨著我國城市化進程的加快，城市規(guī)模不斷擴大，加劇了城市生態(tài)環(huán)境的惡化，中心熱島效應日益明顯。屋頂和立體綠化是全方位美化城市、降低溫室效應、緩解土地緊張、增加綠地面積,改善城市生態(tài)環(huán)境的有效手段之一,也是建筑節(jié)能減排的最佳途徑和有效措施之一。它對改善城市生態(tài)環(huán)境、降低城市建筑能耗、緩解城市的熱島效應,勾勒城市空中景觀、增加城市整體美感等方面具有重要作用。立體綠化主要為屋頂花園、陽臺綠化、墻面綠化和架空層綠化4個方面。利用攀援性藤本植物進行垂直綠化,常用的攀援性藤本植物有爬山虎、長春藤、紫藤、日本蔓榕、三葉地錦和五葉地錦等攀援性藤本植物,進行屋頂和墻面進行垂直綠化。有實驗表明,有攀援植物墻體的降溫效果非常明顯,除凌晨2~3h外,垂直綠化墻體外表面溫度均比普通墻體低,兩者最大差值達到22.3℃。屋頂和墻面的綠色植物即能滯塵、殺菌和吸收低濃度污染物及增加空氣中負離子的作用,又能凈化和清新空氣能力,同時在夏天對室內(nèi)環(huán)境具有十分明顯的降溫和增濕作用,減少房間的空調(diào)用電量,從而進一步改善城市的熱環(huán)境。隨著節(jié)能環(huán)保和低碳城市的推廣,屋頂和立體綠化在城市中廣泛應用。對屋頂和立體綠化的經(jīng)營方式等方面研究較多,但對屋頂和立體綠化產(chǎn)生的降溫、增濕作用還鮮見研究。本研究就是通過對立體綠化的定位測量,計算出立體綠化節(jié)省電能并推算出減排二氧化碳的效果,長期為長沙市實現(xiàn)低碳城市提供基礎數(shù)據(jù)。1材料和方法1.1有自然或生態(tài)雙重功能的建筑試驗地設在長沙市韶山南路中南林業(yè)科技大學校園內(nèi)。以生命科學樓的屋頂綠化和生態(tài)站墻面綠化為研究對象,設置4種觀測對象:①裸屋頂?shù)钠胀欠拷ㄖ?空白對照);②屋頂草坪綠化的樓房建筑;③屋頂灌木綠化的樓房建筑;④立體綠化的樓房建筑。據(jù)生態(tài)站資料紀錄,全年平均氣溫17.2℃,1月最冷,平均4.7℃,7月最熱,平均氣溫29.4℃,極端最高氣溫40.6℃;無霜期為270~300d,日照時數(shù)年均1677.1h;雨量充沛,年平均降雨量1422mm。屬典型的亞熱帶濕潤季風氣候。其地層主要是第四紀更新世的沖積性網(wǎng)紋紅土和砂礫,屬典型紅壤丘陵區(qū),園內(nèi)小生境眾多,植物種類達2200余種,植被以人工次生林為主。①裸屋頂?shù)钠胀欠拷ㄖ?空白對照);②屋頂草坪綠化的樓房建筑;③屋頂灌木綠化的樓房建筑;④立體綠化的樓房建筑。1.2實驗時間實驗采集數(shù)據(jù)階段:2009年5月1日至10月31日,持續(xù)6個月。1.3溫度和濕度數(shù)據(jù)的采集1.3.1溫度數(shù)據(jù)的采集溫度記錄的時間為每天在06:00、09:00、12:00、15:00、18:00和21:00整點記錄,每天記錄6次。1.3.2建筑內(nèi)外墻溫度①裸屋頂外表面溫度;②裸屋頂內(nèi)表面溫度;③裸屋頂建筑外墻壁溫度;④裸屋頂建筑內(nèi)墻壁溫度;⑤綠化屋頂外表面溫度;⑥綠化屋頂內(nèi)表面溫度;⑦立體綠化外墻壁溫度;⑧立體綠化內(nèi)墻壁溫度;⑨室內(nèi)空氣溫度;⑩室外空氣溫度。1.4調(diào)開放溫度每個實驗房間各自配備一臺相同型號的空調(diào),安置在每個實驗房間的同一高度,預設空調(diào)開放溫度為26℃。每天06:00、09:00、12:00、15:00、18:00和21:00記錄室外空氣溫度、室內(nèi)空氣溫度及電表示數(shù)。根據(jù)采集所得數(shù)據(jù),計算出不同綠化類型下的單位綠化面積節(jié)電量,找出節(jié)能效果最好的綠化方式。2結(jié)果與分析2.1建筑頂平面綠化研究與實踐大氣溫度來源于大氣輻射熱和太陽輻射熱。利用綠色植物隔斷太陽輻射熱對建筑及環(huán)境溫度的影響是緩解城市的“熱島效應”和所存在的生態(tài)環(huán)境問題的有效方法,屋頂綠化和立體綠化正成為城市園林綠化的熱門課題而廣為全世界的關(guān)注,國內(nèi)外科研機構(gòu)和工程公司對城市建筑物頂平面綠化已進行了廣泛的試驗和應用。植物主要通過葉面反射、植物蒸騰、植物光合作用吸收轉(zhuǎn)化的熱量對建筑高層和底層的直接照射而削減的熱量。根據(jù)研究,植物的葉面積指數(shù)越高,其降溫效能越大。通常約8%太陽能被植物葉面反射,約60%用于植物的蒸騰作用,約2%~3%用于植物的光合作用,約30%透過植物體到達建筑墻體,因此植物通過蒸發(fā)作用和光合作用消耗了大量太陽能,起到明顯的降溫作用。2.2屋頂評分的實測結(jié)果2009年5月1日至10月31日,根據(jù)該實驗所測得的數(shù)據(jù),對不同綠化類型建筑之間的降溫和增濕效果的比較,比較結(jié)果表明,裸屋頂外表面溫度變化劇烈(圖1),最高溫度59.6℃,平均氣溫為35.7±5.1℃;裸屋頂室內(nèi)溫度變化劇烈,最高溫度46.6℃,平均溫度為32.6±4.8℃;屋頂草坪綠化的樓房建筑最高溫度42.6℃,平均氣溫為28.4±3.6℃;屋頂灌木綠化的樓房建筑最高溫度39.6℃,平均氣溫為27.9±1.7℃,立體綠化的樓房建筑(圖1),最高溫度32.6℃,平均氣溫為26.0±1.1℃。實測結(jié)果表明,降溫效果顯現(xiàn)出立體綠化﹥屋頂灌木綠化﹥屋頂草坪綠化﹥裸屋頂。有綠化的室內(nèi)溫度均比普通墻體低,立體綠化墻體的降溫效果最明顯,雖然立體綠化墻體溫度也隨室外溫度波動,但波動幅度較小,最高溫度在32.6℃以下,在測試期間,兩者最大差值達到27.9℃。2.3空調(diào)能耗調(diào)查學校實驗室夏季空調(diào)開啟時間為5月~10月,共計6個月,每天約16h,2009年8月20~22日,3d天氣晴朗,室內(nèi)最高溫40.4℃,09:30~17:30室外平均溫度和平均濕度分別為37.82℃和64.86%。我們用3d時間對不同綠化類型建筑的空調(diào)能耗進行調(diào)查,為了比較立體綠化節(jié)能效果,我們選用2.5匹制冷量的空調(diào)進行測試,室內(nèi)開啟空調(diào)后各測點平均溫度在23~26℃,平均相對濕度在40%~53%。根據(jù)對空調(diào)系統(tǒng)日運行耗電量的測量,屋頂草坪綠化室內(nèi)空調(diào)耗電量較裸屋頂節(jié)約31.4%,屋頂灌木綠化較裸屋頂節(jié)約34.4%,立體綠化較裸屋頂節(jié)約40.4%。耗電量主要看壓縮機的功率,壓縮機功率=制冷量/能耗比,一般空調(diào)能耗比大于3,因此1匹的電功率一般數(shù)據(jù)為735W,2.5匹的耗電功率就是735×2.5=1837W·h,也就是每小時1.84kW·h左右,加上10%左右的風扇等消耗,每小時耗電2.02kW·h(見圖2)。2.4空調(diào)能耗計量根據(jù)降溫效果和節(jié)電效果,我們對4種綠化類型建筑實驗室全年節(jié)電進行估算,每天使用空調(diào)按14h計算,裸屋頂室內(nèi)空調(diào)耗電=14×2.02=28.28kW·h;屋頂草坪綠化室內(nèi)空調(diào)耗電量較裸屋頂節(jié)約31.3%,空調(diào)耗電量計為19.4kW·h;屋頂灌木綠化較裸屋頂節(jié)約34.6%,空調(diào)耗電量計為18.83kW·h;立體綠化較裸屋頂節(jié)約40.4%,空調(diào)耗電量計為16.85kW·h;2009年室內(nèi)溫度大于26℃的天數(shù)有120d,4種綠化類型建筑的空調(diào)能耗估算見表1。2.5單位面積發(fā)揮現(xiàn)行空調(diào)能耗指標根據(jù)4種綠化類型建筑的空調(diào)能耗,我們用供電標準煤耗推算CO2、SO2和氮氧化物減排效果,分別計算出不同綠化類型情況下所實現(xiàn)的CO2、SO2和氮氧化物減排效果。根據(jù)我國火電廠平均1kW·h(1度)供電煤耗360g標準煤,1kg標準煤產(chǎn)生二氧化碳2.62kg,二氧化硫0.0085kg,氮氧化物0.0074kg這個指標,估算4種綠化類型建筑空調(diào)能耗單位面積CO2、SO2和氮氧化物排放量見表2。計算出每平方米有立體綠化內(nèi)建筑較普通建筑少排放CO2排放量0.54kg,SO2排放量0.00175kg,氮氧化物排放量0.00152kg。以中南林業(yè)科技大學建筑總面積101.26萬m2為例進行計算,每年僅夏季可以節(jié)約空調(diào)用電69.24萬kW·h,實現(xiàn)CO2減排372.9t,SO2減排12.42t,氮氧化物排放10.5t。3屋頂綠化和立體綠化在文獻記載中的應用(1)通過比較屋頂草坪綠化的樓房建筑、屋頂灌木綠化的樓房建筑和立體綠化的樓房建筑與裸屋頂?shù)钠胀欠拷ㄖ覂?nèi)溫度的變化可知,有綠化的建筑室內(nèi)溫度均比裸屋頂?shù)?立體綠化墻體的降溫效果最明顯。(2)用空調(diào)耗電量來估算不同的綠化方式對減排的效果并進行定量分析,屋頂草坪綠化室內(nèi)的空調(diào)耗電量較裸屋頂節(jié)約31.4%,屋頂灌木綠化較裸屋頂節(jié)約34.4%,立體綠化較裸屋頂節(jié)約40.4%。(3)依據(jù)供電煤耗標準煤標準,有立體綠化內(nèi)建筑每平方米較普通建筑少排放CO2排放量0.54kg,SO2排放量0.00175kg,氮氧化物排放量0.00152kg。(4)國內(nèi)外研究都證明城市綠化率達到50%以上就可以消除“熱島效應”,實現(xiàn)建筑節(jié)能。隨著我國城市化進程步伐的加快,迫切解決密集的高樓與舒適宜居、生態(tài)環(huán)境良好的理想是當務之急。立體綠化是提高城市綠化率的一個最佳途徑,樓頂綠化和立體綠化的重要作用,在于它能夠改變樓房的外形和品