屋頂綠化對(duì)建筑能耗的影響分析

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1、屋頂綠化對(duì)建筑能耗的影響分析機(jī)械學(xué)院徐之銳1020030128摘要：建筑能耗在我國(guó)社會(huì)商品能源總消耗量中所占的比例越來(lái)越大，隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，建筑能耗己逐步超過(guò)能源總消耗量的30％。在大量的建筑中，屋頂是建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面所占面積較小的部分，但其所造成的室內(nèi)外溫差傳熱耗熱量卻大于任何一面外墻。本文用冷負(fù)荷系數(shù)法對(duì)一間普通房間的屋頂進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算，對(duì)比了綠化屋頂和裸露屋頂對(duì)房間冷負(fù)荷的影響。說(shuō)明了屋頂綠化的節(jié)能意義和生態(tài)意義。關(guān)鍵字:屋頂綠化能耗負(fù)荷建筑節(jié)能1引言全球能源短缺和氣候變暖正日益嚴(yán)重地捆擾著現(xiàn)代社會(huì)

2、。尤其在能源消耗密集的大城市，這個(gè)問(wèn)題更加嚴(yán)重。而能源消耗在很大程度上用在了采暖空調(diào)設(shè)備上。城市中的空調(diào)廢熱又引起環(huán)境溫度升高，環(huán)境溫度升高勢(shì)必要求更多的降溫，又造成更多廢熱使環(huán)境溫度進(jìn)一步升高。這樣就產(chǎn)生了惡性循環(huán)。同時(shí)，城市熱島現(xiàn)象的存在使城市全年內(nèi)溫度一般都比周?chē)r(nóng)村高。其中一個(gè)原因，就是城市缺少蒸發(fā)表面。我們知道，通過(guò)蒸發(fā)，大量太陽(yáng)的輻射熱量都可以轉(zhuǎn)化為不引起溫度升高的潛熱。其中，改善城市生態(tài)環(huán)境非常重要的手段是城市綠化[1]。城市的土地面積是有限的,因此城市綠化最大的難題是城區(qū)缺少土地,城市的建筑用地和綠化用

3、地的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)。而屋頂綠化能夠解決這個(gè)問(wèn)題,這種技術(shù)的主要特點(diǎn)是:在不利用土地的情況下進(jìn)行植物的種植,從而改善城市的生態(tài)環(huán)境,使城市化進(jìn)程和城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)同步進(jìn)行。聯(lián)合國(guó)環(huán)境署的研究表明,如果一個(gè)城市的屋頂綠化率達(dá)70%以上,城市上空二氧化碳的含量將下降80%,熱島效應(yīng)就會(huì)基本消失[2]。　　屋面能耗在頂層用戶(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗中所占的比例為20％～40％，可見(jiàn)，屋面作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分是建筑能耗的重要環(huán)節(jié)，做好屋面的節(jié)能工作對(duì)整個(gè)建筑的節(jié)能具有重要意義。屋頂綠化是生態(tài)化的建筑節(jié)能措施，也是降低建筑能耗（頂層用戶(hù)）的

4、有效途徑；屋頂綠化對(duì)提高建筑能效有明顯的效果，對(duì)緩解地球的“溫室效應(yīng)”和城市“熱島效應(yīng)”具有積極的作用，同時(shí)，能改善城市生態(tài)環(huán)境，為城市居民提供一個(gè)健康舒適的環(huán)境。屋頂綠化對(duì)改善人們居住環(huán)境、提高生活質(zhì)量及降低建筑能耗具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。屋頂綠化已有近2000年的歷史,古代世界七大奇跡之一的“空中花園”即是其典型代表。屋頂綠化首先在歐洲興起,隨之在美洲也逐步發(fā)展起來(lái)。德國(guó)是近代最早對(duì)屋頂綠化進(jìn)行深入研究的國(guó)家之一。1867年，建筑師比茲·卡爾在巴黎的世界博覽會(huì)上展現(xiàn)了他創(chuàng)作的“屋頂花園”的模型。自此以后，德國(guó)開(kāi)展了

5、關(guān)于“建筑物大面積植被化”的探討和研究。柏林從1920年起已經(jīng)完成了大約2000個(gè)屋頂?shù)闹脖还こ獭?927年在柏林的卡斯達(dá)特超市連鎖百貨公司的4000平方米屋頂上創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)世界上最大的屋頂花園。目前“建筑物大面積植被化”的科研開(kāi)發(fā)和技術(shù)成果中，大約有90%都是德國(guó)專(zhuān)利。20世紀(jì)美國(guó)開(kāi)屋頂綠化先河的是一位風(fēng)景建筑師，1959年，他以開(kāi)拓者的精神在加利福尼亞州奧克蘭市一座6層樓的頂部建造了一個(gè)景色秀麗的空中花園。20世紀(jì)80年代，歐美國(guó)家的屋頂綠化形式由原來(lái)的群落式擴(kuò)展到草地式，種植屋頂由平屋頂擴(kuò)展到坡屋頂。草地式屋頂綠化

6、具有造價(jià)低、維護(hù)簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，從而成為城市里適宜大面積發(fā)展的重要屋頂綠化形式。與此同時(shí)，德國(guó)、西班牙、日本等國(guó)對(duì)適于薄層基質(zhì)、綜合抗逆性強(qiáng)的景天科多肉類(lèi)植物進(jìn)行了研究，并選出了40多種適于草地式屋頂綠化的植物材料，為進(jìn)一步推廣屋頂綠化打下了良好的基礎(chǔ)。目前,屋頂綠化已成為高水平綠化的標(biāo)志之一。許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入了屋頂綠化的快車(chē)道。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)屋頂綠化進(jìn)行研究,四川省最早開(kāi)展屋頂綠化雖然我國(guó)的屋頂綠化已取得了一定的成果,但距發(fā)達(dá)國(guó)家的水平還有很大差距,現(xiàn)在仍處于起步階段。2綠化屋頂?shù)呢?fù)荷計(jì)算理論依據(jù)2.1

7、屋頂植被能量轉(zhuǎn)換機(jī)理當(dāng)白天太陽(yáng)光照射到樓宇屋頂時(shí)，由于覆蓋在其上的綠色植被的存在，使建筑物得熱減少。因?yàn)殛?yáng)光照射到綠葉表面上，一部分太陽(yáng)光被葉片反射，一部分被葉片吸收，還有一部分透過(guò)葉片之間的空隙射到墻面上。其中被葉片吸收的太陽(yáng)輻射，從能量平衡角度來(lái)看，又被分解為三部分：植物光合作用所需能量；植物呼吸水分蒸騰蒸發(fā)所耗能量和植物吸收太陽(yáng)輻射后葉片溫度升高，與墻面、天空輻射換熱以及與周?chē)諝鈱?duì)流換熱。與無(wú)綠葉覆蓋的裸露墻面相比，降低建筑物得熱是有利的。夜間時(shí)，天空背景溫度很低，由于葉片位于墻面與天空背景之間，墻面不能直接與

8、天空輻射散熱，與無(wú)綠葉覆蓋的裸露墻面相比，顯然葉片增加了散熱熱阻，這對(duì)降低建筑物得熱不利?？傮w而言，相當(dāng)于整個(gè)建筑物熱慣性變大，對(duì)溫度起到削峰填谷的作用。并且由于植物的光合作用和對(duì)水分的蒸騰作用，使得一部分太陽(yáng)輻射沒(méi)有直接引起溫度的升高，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏纳L(zhǎng)所需的能量和環(huán)境中的潛熱。因而，綠色植物還是起到了降溫的效果。整個(gè)過(guò)程的能量