屋頂花園生態(tài)節(jié)能技術(shù)研究進(jìn)展與展望

徐曉晴?胡運(yùn)宏

摘 要：屋頂花園在緩解城市熱島效應(yīng)、雨洪管理、改善空氣質(zhì)量等方面發(fā)揮了重要作用，體現(xiàn)了巨大的生態(tài)效益。近五年來，在生態(tài)節(jié)能技術(shù)方面對(duì)屋頂花園的研究成為風(fēng)景園林學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文簡(jiǎn)要總結(jié)了近五年來屋頂花園在新技術(shù)和新材料方面的研究進(jìn)展，簡(jiǎn)要討論了今后屋頂花園生態(tài)節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)重視的若干問題。

關(guān)鍵詞：屋頂花園;屋頂綠化;生態(tài)節(jié)能;環(huán)保

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，熱島效應(yīng)、洪澇災(zāi)害、空氣污染等城市生態(tài)問題日益嚴(yán)重，改善生態(tài)環(huán)境的呼吁聲越來越強(qiáng)烈。綠色建筑的研究在近幾年興起，具有生態(tài)、環(huán)保、休閑和美化城市的屋頂花園，作為構(gòu)建綠色建筑的一種有效手段，正得到人們廣泛的認(rèn)可。[1]屋頂花園是在各類建筑物、構(gòu)筑物、橋梁（立交橋）等的屋頂、露臺(tái)、天臺(tái)、陽(yáng)臺(tái)等上造園，種植樹木花卉的統(tǒng)稱。[2]國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，屋頂花園的許多生態(tài)價(jià)值已經(jīng)被證實(shí)，比如降低溫度、蓄收雨水、凈化空氣等等。屋頂花園生態(tài)節(jié)能技術(shù)能使屋頂花園在生命周期內(nèi)，資源和能源消耗最小化，通過科學(xué)的整體設(shè)計(jì)，集成太陽(yáng)能利用、風(fēng)能利用、雨水循環(huán)利用、節(jié)水措施、綠色材料等技術(shù)，達(dá)到了最高效率地利用能源和資源，最低限度地影響環(huán)境的目的。[3]本文通過對(duì)近五年國(guó)內(nèi)屋頂花園生態(tài)節(jié)能技術(shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理，對(duì)裝配式屋頂綠化技術(shù)、太陽(yáng)能利用技術(shù)、節(jié)水灌溉技術(shù)、新型綠色材料應(yīng)用作扼要總結(jié)，并對(duì)關(guān)于屋頂花園研究的科學(xué)問題與未來屋頂花園的生態(tài)節(jié)能研究進(jìn)行了展望。

1 新技術(shù)利用

1.1 裝配式屋頂綠化技術(shù)

裝配式屋頂綠化系統(tǒng)是將防水和種植部分分開設(shè)計(jì)，種植部分采用專門的種植箱、輕質(zhì)營(yíng)養(yǎng)種植土，而防水部分則升級(jí)了防水層和保溫層，提升了防水的可靠性，強(qiáng)化了保溫隔熱功能。[4]種植容器主要由保溫隔熱層、排水槽、蓄水層、阻根層和排水過濾層組成，能滿足過濾、排水、蓄水、阻根等功能需求;容器可根據(jù)實(shí)際情況拼裝、疊加，容器之間通過卡槽連接，由排水通道風(fēng)槽連通，形成通路。[5]

裝配式屋頂綠化技術(shù)具有顯著的生態(tài)效益，在不破壞原有屋頂?shù)幕A(chǔ)上提高城市綠化率，減少施工帶來的損耗。組合式容器綠化增加的荷載低于屋頂臨時(shí)荷載，[6]且在雨水滯留、水質(zhì)凈化和保溫隔熱方面有很大作用。[7]韓麗莉等[8]發(fā)現(xiàn)移動(dòng)種植容器式屋頂花園非常適用于舊建筑的改造，降低屋頂傳熱量的同時(shí)減少了對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的建設(shè)性破壞。

1.2 太陽(yáng)能利用技術(shù)

我國(guó)在太陽(yáng)能利用方面具有地勢(shì)優(yōu)勢(shì)，平均每天每平方米接收到的太陽(yáng)輻射能在4kW·h～6kW·h。[9]目前，太陽(yáng)能利用技術(shù)在屋頂花園中的應(yīng)用主要有光伏發(fā)電技術(shù)和集熱技術(shù)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，[10]在屋頂花園的使用中，主要將太陽(yáng)能設(shè)施置入園林小品實(shí)現(xiàn)自我供電，和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電薄膜為建筑用電作出補(bǔ)償。黃衍生等[11]在如春園林屋頂花園中使用了LED太陽(yáng)能草坪燈，其本身作為一個(gè)小型的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，主要由太陽(yáng)能電池板、充放電控制器、蓄電池、照明電路和燈桿等部分組成。林敏等[12]在屋頂花園建設(shè)小規(guī)模太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電足以提供屋頂花園灌溉和水循環(huán)用電，并可為該建筑的公共照明提供部分電源。程仁武等[13]在辦公樓樓梯間頂部及花架上方設(shè)置薄膜太陽(yáng)能光伏發(fā)電機(jī)組，薄膜光伏工作時(shí)，通過薄膜分光技術(shù)將太陽(yáng)輻射分為植物需要的光能和用于太陽(yáng)能發(fā)電的光能，既滿足了植物生長(zhǎng)需求，又實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。

除太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)之外，太陽(yáng)能集熱技術(shù)逐步在屋頂花園中投入應(yīng)用，通過設(shè)置太陽(yáng)能集熱器實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換，集熱可供部分建筑用電。袁凌[14]通過調(diào)查北京園博府居住小區(qū)屋頂綠化，發(fā)現(xiàn)其在有限的屋頂空間采用“復(fù)合屋頂式”設(shè)計(jì)，將太陽(yáng)能集熱器整體架空抬高成為建筑造型的一部分，下方屋面布置簡(jiǎn)式綠化，以解決太陽(yáng)能集熱器體積龐大的問題。

1.3 節(jié)水灌溉技術(shù)

屋頂花園所處地理位置較高、風(fēng)力較大、光照強(qiáng)烈，因此綠化灌溉用水的蒸發(fā)量較大。為節(jié)約水資源，多種節(jié)水灌溉技術(shù)措施在屋頂綠化中得到利用，包括噴灌、滴灌、滲灌以及自動(dòng)化灌溉4類，屋頂綠化灌溉技術(shù)將向著灌溉自動(dòng)化、人工智能化、節(jié)能化、控制系統(tǒng)多樣化等方面發(fā)展。[15]近年來，屋頂花園灌溉新技術(shù)可分為人工控制式和智能控制式，現(xiàn)將二者的比較做以下總結(jié)，見表1。

2 新材料應(yīng)用

綠色材料是指采用清潔生產(chǎn)技術(shù)、少用天然資源和能源、大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性、有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康的建筑材料。[18]近年來，我國(guó)對(duì)于綠色新材料的研發(fā)越加重視，現(xiàn)將屋頂花園綠色新材料的應(yīng)用做以下總結(jié)，見表2。

3 研究展望

國(guó)內(nèi)關(guān)于屋頂花園在生態(tài)節(jié)能方向的研究還處于起步階段，應(yīng)用案例較少，但隨著“綠色建筑”和“海綿城市”的推動(dòng)發(fā)展，研究已有明顯增加，取得了很大的進(jìn)展，今后在以下幾個(gè)方面還需要進(jìn)一步的探索和研究。

第一，基于海綿城市體系的建設(shè)，屋頂花園在節(jié)水灌溉方面取得了很好的成果，可進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。系統(tǒng)研究智能化、自動(dòng)化的雨水循環(huán)系統(tǒng)，將雨水收集、凈化和灌溉技術(shù)一體化，對(duì)水資源節(jié)約具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

第二，雖然已經(jīng)有人將廢棄玻璃、雞蛋殼等材料重新利用，但應(yīng)用于園林綠化行業(yè)的綠色材料研究仍然較少。隨著國(guó)家對(duì)于廢棄材料的利用越來越關(guān)注，把廢棄材料直接利用或者經(jīng)過加工之后再用于園林中的研究是很有前景的，既減少了資源的消耗，又豐富了園林材料的類型。

第三，已有研究將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能、熱能和動(dòng)能在屋頂花園中利用，但由于節(jié)能設(shè)備與有限的屋頂空間難以協(xié)調(diào)，研究案例數(shù)量少、規(guī)模小?？蛇M(jìn)行建筑與屋頂花園生態(tài)技術(shù)一體化的設(shè)計(jì)研究，讓屋頂花園發(fā)揮出最大的生態(tài)效益。

（注：文中圖表均為作者自繪）

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作者簡(jiǎn)介：徐曉晴（1997—），女，湖南邵陽(yáng)人，南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院碩士研究生在讀，研究方向：風(fēng)景園林歷史與理論。