屋顶绿化对顶层室内温度影响的研究

[摘 要]介绍屋顶绿化，用已知的实验数据来说明屋顶种植绿色植物的降温效果。合理简化模型，进行数值仿真模拟，用模拟来分析实验结果的真实性。用传热知识分析绿色植物降温的原理。

在已知数据的基础上，用模拟得到相同的结果，证明绿化的经济性。

[关键词]屋顶绿化 数值模拟 经济性分析

中图分类号：TU985.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0254-02

前言

随着人们生活水平的提高，对空气质量的要求越来越高。但随着城市化的扩张，城市越来越拥挤，城市热岛效应也逐渐加剧。带来的不仅是温度的上升，还带来了很多其他方面的问题。

为了降低建筑的空调负荷， 实现建筑节能， 围护结构的外隔热和内隔热技术发展迅速， 并得到了大面积的推广应用。隔热技术的主要原理是加大围护结构的传热热阻， 从而降低围护结构因传热得热形成的空调冷负荷。但由于室外气象参数是周期性变化的， 围护结构的传热是一个非稳态过程， 围护结构不仅有热阻， 而且有蓄热功能。故在传热过程中， 围护结构相当于一个被动热源体， 影响着室内空调负荷，同时也影响着房间的热稳定性。

在屋顶种植绿色植物，选择佛甲草，很多人都做过这方面的测试，结果表明和原先没有种植植物的屋顶相比，在夏季，顶层室内的温度会降低2℃左右。随着覆土厚度的增加， 降温效果进一步增强， 可以节约近50% 的能耗。此外， 屋面绿化降低了屋面温度变化幅度， 延缓了各种密封材料的老化， 增加了屋面的使用寿命。本文在前人研究的基础上继续探索屋顶绿化的环境效益与经济性效益。

实验与模拟

1.实验测定围护结构的导热系数

使用课题组优势资源，围护结构传热系数现场监测仪，测量外墙、内墙及屋顶围护结构的导热系数，试验所用仪器：电热毯、铝箔纸、挤塑板、PT100温度传感器、热流计、Y-BOAT数据采集仪、计算机。利用仪器在2014 年6月1～5 日分别对三种围护结构的导热系数的进行了测量，得到的数据经过处理以后，数据填于下表中。

测量结果如下：

2、软件的仿真模拟

为近可能保证软件模拟的真实性，软件的模型选用实验测量的楼宇。将楼宇的资料和测量的结果带入DeST-C软件，简化模型，只在模型中选取实验室和走廊进行模拟。

数值模拟选取顶层房间为两面靠近外墙的房间。这样可减少内墙及室内温度的影响，只有外墙及屋顶传热。根据建筑设计图纸提供的资料，由导热系数换算出传热系数带入软件中。房间体积为8m×10m×3.6m，窗子面积为10.08m2，建筑体型系数为0.135，屋顶及内外墙的导热系数由实验测定，建筑物采用风机盘管加独立新风系统，冷热源由溴化锂制冷机组提供。模拟时间点数值选取和实验一致选择7月1日-7月5日。考虑阳光遮挡，房间热扰，房间通风。

查找规范，计算出传热系数，模拟结果如下图：

从图中可以看出，传热系数缩小到原来的12.68%，温度改变了0.826℃，说明只改变屋顶的导热系数是可以影响顶层屋内温度的变化，但是传热系数为0.206 W/（m2・K），导热系数大概为0.1 W/（m・K），导热热阻为10.0 m・K/W，在技术上很难实现。

将屋顶传热的传热系数固定在1.625W/（m2・K），改变外墙传热的传热系数。结果如下图：

继续通过软件模拟，将外墙的传热系数控制在0.339W/（m2・K），改变屋顶的传热系数，结果如下图：

结果分析

1.屋顶层的温度变化分析

模拟数值选取的顶层房间有有一面屋顶、两面外墙暴露在室外。夏季在自然通风条件下，由于室内外空气的交流，室内空气温度基本上是随着室外空气温度而波动的。即屋顶和外墙隔热性能的优劣对室内空气温度的影响并不大。也就是说，顶层和端头房间的室内空气温度并不比一般房间的要高许多。一般仅仅稍有偏高一些，但是由于屋顶和外墙（特别是西向和东向外墙）的内表面温度较高，而且面积较大，因此，墙体与人体之间的辐射换热也必然较大。这时，虽然室内空气温度与一般房间接近，但是人们仍然会感到很热。由于植物对阳光的吸收及泥土的遮挡作用，与外墙的直接辐射相比较，加上外墙的蓄热性能导致外墙体外表面的温度非常高。

2.经济性分析

按照《2014年上海市建筑材料价格一览表》查询并计算出相应墙体的价格，如下表（以下数据均包含人工费）：

从表中可以看出，一平米的外墙的价格上升48元，一平米的屋顶价格上升40元，整个顶层屋顶价格上涨100684.8元，外墙价格上涨33062.4元，合计133747.2元。

现行屋面绿化的方式多以种植佛甲草，查询商家价格，人工费及材料费费用为22元/m2 ，机械费及屋面处理费用按照材料费的40%计算，得出每平米种植成品佛甲草的费用为30.8元，整个屋面种植价格为64606.08元。

从数据中可以看出，可以节约70000元左右人民币，每年的维护费用仅需要500元左右。

结论

对于随着经济的发展，各地高楼不断矗立，高大建筑不断涌现，无论登上哪个城市高大建筑物或坐车经过高架路、高架轨道鸟瞰周围，整片整片黑色的、灰色的平屋顶会展现在眼前，掩盖了城市越来越漂亮美丽的地面景观，对城市生态环境也产生不良影响。一方面是城市中心花费大量资金搞地面绿化，另一方面却是大量平屋顶闲置不用，浪费资源。联合国环境署的一项研究表明， 如果城市的屋顶绿化率达到70%以上， 其上空的CO2将下降80%（体积分数），热岛效应会彻底消失。节能降噪吸收城市废气。所以从多个角度分析，大面积轻型平屋顶实现绿化，具有生态效应，应大力推进、发展、完善和推广这方面的技术。

参考文献

[1] 顾平道，汪琳琳，胡亚娟，王虎，崔延军，张华松.阳台绿化对室内温湿度的影响[J].2011，11（39）：188-192.

[2] 闫鑫，王宏斌，杨燕萍.夏热冬冷地区外墙反射隔热对建筑节能的影响[J].，2011，10（23）：18-32.