基于案例分析的屋頂綠化降溫能力研究

宋欣怡 孔令云 胡雪

摘要：高密度的城市核心區(qū)開發(fā)方式對生態(tài)環(huán)境造成的負面影響很多，因此，生態(tài)低碳的設(shè)計理念尤為重要。屋頂綠化可在高樓上開辟綠地，節(jié)約空間，有效解決高密度地區(qū)的環(huán)境問題。目前，關(guān)于屋頂綠化與城市熱島效應(yīng)之間的關(guān)系一直是研究的熱點，然而對于如何使用的問題，給出的具體建議并不是很多。文章通過對國內(nèi)外部分屋頂綠化案例進行分析比較，對比其降溫作用、降溫機制以及對城市熱島效應(yīng)的影響，總結(jié)影響屋頂綠化的降溫能力的因素，對我國屋頂綠化設(shè)計提出建議，并展望未來我國屋頂綠化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：屋頂綠化；降溫；人居環(huán)境

中圖分類號：TU985.12 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）10-0-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平越來越高，城市中心區(qū)域、發(fā)展迅速區(qū)域等人口、建筑密度較高的地區(qū)越來越多。這些地區(qū)凸顯出越來越多的環(huán)境問題，亟須解決。

研究表明，城市的綠色空間對居民健康不僅具有積極影響，還能降低周邊環(huán)境溫度。屋頂綠化作為城市綠色空間的重要發(fā)展方向，相關(guān)研究與建設(shè)尤為重要。屋頂綠化具有城市綠地的大部分功能，有助于實現(xiàn)生物的多樣性，改善城市熱環(huán)境，凈化污水，改善人居環(huán)境等。在城市高密度區(qū)域，屋頂綠化是快速增加城市綠地面積最簡單有效的方式，也是最貼近人們生活的改造方式，可以快速有效地美化生活環(huán)境。總之，屋頂綠化是在城市用地緊張、綠地擴張受限的現(xiàn)實問題下，降低城市溫度、改善人居環(huán)境、減少城市碳排放的最有效的方法之一，也是近年來研究的熱點。

1 屋頂綠化緩解熱島效應(yīng)研究進展

1.1 熱島效應(yīng)評價方法

目前，城市熱島效應(yīng)的評價方法主要有三種：實地觀測、空間技術(shù)觀測和數(shù)值模擬方法［1］。

1.2 影響屋頂綠化降溫作用的因素

屋頂綠化能夠降低屋面及其周邊溫度，起到被動式降溫作用，緩解熱島效應(yīng)。主要通過三種方式實現(xiàn)［2］。

第一，植物的蒸騰作用和土壤蒸發(fā)，帶走大量熱量，降低周邊溫度。

第二，葉面能有效阻擋太陽輻射，并具有較高的反照率，相比人造材料，更能反射太陽光。

第三，基質(zhì)可在一定程度上影響建筑的保溫效果，在高溫和寒冷的狀態(tài)下，效果更為明顯。

植物種類、基質(zhì)種類與厚度、灌溉方式的不同，在很大程度上影響屋頂綠化的降溫效果。

2 高密度城市地區(qū)綠化屋頂降溫效果

2.1 廈門、廣州地區(qū)屋頂綠化降溫分析

廈門、廣州都屬于我國經(jīng)濟比較發(fā)達的地區(qū)，是高密度城市地區(qū)，面臨的環(huán)境問題也比較突出。同時，這兩個地區(qū)也是我國屋頂綠化發(fā)展比較早的區(qū)域，屋頂綠化已有一定的規(guī)模，對屋頂綠化的降溫也有比較明顯的作用。表1對廣州國際金融島與廈門島地區(qū)屋頂綠化降溫概況進行了比較。

2014—2017年，廈門島LST的空間分布沒有變化，明顯低溫區(qū)集中在南方，高溫區(qū)主要分布在北方，最嚴(yán)重的UHI效應(yīng)在西北地區(qū)。與2014年相比，廈門島的平均LST在2017年增加了4.54℃，屋綠色屋頂部分增加了3.63℃。

在實施屋頂綠化之前，廈門島平均LST和綠色屋頂分別為31.96℃和33.13℃。實施綠色屋頂之后，廈門島平均LST和綠地屋頂分別為36.50℃和36.76℃。遵循綠色屋頂實施政策，廈門島平均LST和綠色屋頂差值下降0.91℃。這一結(jié)果與以前研究一致，綠色屋頂降低的平均環(huán)境溫度在0.3至3K，高密度城市地區(qū)的綠色屋頂正幫助降低UHI對廈門的影響［3］。

2.2 應(yīng)用思考

在高密度地區(qū)，更應(yīng)將屋頂綠化與綠化系統(tǒng)當(dāng)作整體進行統(tǒng)一考慮，使屋頂綠化范圍集中并形成規(guī)模，使其更接近地面綠化的作用，最大限度發(fā)揮綠色緩沖區(qū)的生態(tài)效益。

不過，在現(xiàn)代城市建設(shè)中，并不是所有的屋頂都適合進行綠化建設(shè)。屋頂?shù)某兄胤浪惨{入考慮范圍。在同一座建筑物中，低矮部分的屋頂綠化具有更加明顯的降溫效果，較低矮的區(qū)域也更適宜植物生長，環(huán)境條件不太惡劣。屋頂綠化的范圍要根據(jù)建筑高度來規(guī)定，因此在高密度地區(qū)的設(shè)計中，樓層的高低要合理搭配，控制樓層高度，適當(dāng)減少過高樓層，以增加更多的可用屋頂綠化面積。

3 單個屋頂綠化項目降溫效果

3.1 項目降溫效果比較

新加坡是屋頂綠化發(fā)展較早的國家之一。21世紀(jì)以來，其一直遵從讓花園及綠化帶都生長在縫隙里，與混凝土并存共生的理念。上海同濟大學(xué)的Joy Garden是研究性設(shè)計方法的實施成果之一，范圍雖然比較小，但各方面成熟完善。本文將其與新加坡The Interlace大樓進行對比（見表2），分析二者的異同及降溫效果。

二者都是比較有代表性的屋頂綠化，都經(jīng)過仔細的規(guī)劃設(shè)計，雖然在規(guī)模上有較大差異，植物種類數(shù)量差別也巨大，但降溫效果都十分明顯。

3.2 設(shè)計特點

The Interlace被設(shè)計為城市綠色和藍色系統(tǒng)的一部分，它的地面景觀空間容納了大量的植被，豐富了現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)，地面和高架景觀空間提供了一個綜合的雨水管理系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)徑流率，并在水流進入各自的排水溝之前做好凈化處理工作。

景觀區(qū)域包括地下室花園、生態(tài)甲板、景觀甲板、屋頂花園和沿著較低層擋土墻的綠色墻壁。種植面積（硬景觀和軟景觀）占場地面積的78%，即景觀置

換面積（LRA）為0.78，綠色區(qū)域（軟景觀）的份額為39%。其中，80%位于地面花園，8%分布在高層水平，8%分布在屋頂花園，其余4%分布在較低水平的綠色墻壁上。

Joy Garden規(guī)模相對較小，運用了研究型設(shè)計方法，通過預(yù)研究，進行屋頂荷載模擬、風(fēng)環(huán)境模擬、日照模擬、雨洪調(diào)節(jié)設(shè)計、生物多樣性設(shè)計，后經(jīng)項目實際實施后的調(diào)整，以最大限度地發(fā)揮它的生態(tài)效益。兩個建筑物的場地平面圖如下（見圖1）。

在生物多樣性方面，對The Interlac開發(fā)景觀區(qū)域的植被進行調(diào)查，在該地區(qū)的5個區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了248個不同的物種，樹葉覆蓋面積為3公頃。其中，有34種是新加坡本土物種，其余214種是引進物種。在34種本地物種中，有6種吸引鳥類，有3種吸引蝴蝶。

Joy Garden為增加屋頂花園的生物多樣性，在原來的基礎(chǔ)上增加蜜源植物，以吸引蜜蜂、蝴蝶等昆蟲，創(chuàng)造小型生態(tài)系統(tǒng)。新增的植物包括松果菊（Echinacea purpurea）、藤本月季（Climbing Roses）、波斯菊（Cosmos bipinnata Cav.）、風(fēng)車茉莉（Trachelospermum jasminoides.）和八仙花〔Cardiandra moellendorffii （Hance） Migo〕，植物種類由原本的15種增加到20種。

雖然二者規(guī)模差別較大，但在生物多樣性方面都運用了較多的蜜源植物吸引昆蟲鳥類，且屋頂綠化有較好的降溫作用。對城市的硬質(zhì)地面來說，更加適宜生物生存。

在節(jié)能降溫方面，二者在設(shè)計上都有意識地進行了溫度監(jiān)測，The Interlac對各個位置的遮陰進行了合理的安排規(guī)劃，每種材質(zhì)表面都有較好的降溫效果，Joy Garden綠化區(qū)域平均降溫10℃左右，非綠化區(qū)域仍比周圍屋面低2℃～6℃，降溫效果明顯，每年制冷期節(jié)約電能約58.8kW/h，取暖期節(jié)約894.4kW/h，全生命周期內(nèi)約節(jié)約電能達38.13MW/h。

3.3 總結(jié)

經(jīng)以上對比，發(fā)現(xiàn)無論屋頂綠化規(guī)模如何，其降溫節(jié)能效果都十分顯著。且眾多研究表明，屋頂綠化可以將傳統(tǒng)屋頂?shù)膲勖娱L兩倍，雖然屋頂綠化的建造養(yǎng)護成本比普通屋頂高出不少，但對降溫節(jié)能的生態(tài)效益和屋頂壽命的延長來說具有積極作用，應(yīng)該大力推廣。

4 降溫效果產(chǎn)生的生態(tài)效益

4.1 減少碳排放

在屋頂綠化發(fā)展較廣泛的地區(qū)，建筑內(nèi)耗顯著降低，屋頂綠化推廣面積越大，效果越顯著，越能減少碳排放。減少城市用電量相當(dāng)于減少城市碳排放，一些屋頂綠化運用光伏屋頂，在節(jié)能減排方面甚至有望實現(xiàn)“零碳”目標(biāo)，結(jié)合我國碳達峰、碳中和的“雙碳”政策，更應(yīng)該大范圍普及屋頂綠化項目。

4.2 增加生物的多樣性

城市的發(fā)展在一定程度上會對生態(tài)環(huán)境造成破壞，而屋頂綠化可以緩解這一現(xiàn)象，對保護生物多樣性有顯著作用。屋頂綠化可以在城市立面形成供植物與動植物生存的小型生態(tài)系統(tǒng)，為鳥類增加棲息地，為昆蟲提供蜜源。同時，也可在城市屋頂上形成小的斑塊。

屋頂空間的利用為增加城市綠地面積提供了切實可行的途徑。隨著城市化進程的加快，綠色屋頂必然得到普及，設(shè)計得當(dāng)?shù)奈蓓斁G化能夠發(fā)揮與地面綠地相當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)保護作用，也能為人們親近自然提供更方便快捷的途徑，從而真正實現(xiàn)人與自然和平共處。

4.3 提高人居環(huán)境的舒適度

屋頂綠化群能使整個城市的生態(tài)環(huán)境得到改善，提高整個城市的人居環(huán)境舒適度，使城市居民生活在一個更健康舒適的環(huán)境中。在屋頂上除了造景的植物外，果蔬的栽植不僅能滿足觀賞需求，還能給青少年提供更多的科普區(qū)域，使其以充滿趣味的方式親近自然。人居環(huán)境舒適度的提升可以增強居民的幸福感和對生活的認(rèn)同感，減少青少年的心理問題。

5 結(jié)語

分析以上案例表明，屋頂綠化對城市室內(nèi)外降溫作用明顯，能有效減緩城市熱島效應(yīng)，減少城市碳排放，增加城市生物的多樣性，在人口密度大、城市建筑密集的地區(qū)，屋頂綠化的作用更為明顯。實踐證明，屋頂綠化是解決城市綠地環(huán)境問題的重要方式，不過目前相關(guān)屋頂綠化降溫案例還不夠多，在后續(xù)的研究中可分地區(qū)進行系統(tǒng)的調(diào)研統(tǒng)計，更全面地總結(jié)研究屋頂綠化的降溫效果。同時，可根據(jù)各地區(qū)的現(xiàn)實條件進行屋頂綠化降溫模擬研究，規(guī)劃出更加合理的城市屋頂綠化營建模式，最大限度地保護城市的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻：

［1］ 章莉，詹慶明，藍玉良.武漢市居住用地綠地降溫效應(yīng)研究［J］.中國園林，2018，34（4）：47-53.

［2］ 蘇王新，常青，劉筱，等.城市藍綠基礎(chǔ)設(shè)施降溫效應(yīng)研究綜述［J］.生態(tài)學(xué)報，2021，41（7）：2902-2917.

［3］ 張棋斐，文雅，吳志峰，等.高密度建成區(qū)湖泊水體的熱緩釋效應(yīng)及其季相差異：以廣州市中心城區(qū)為例［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2018，27（7）：1323-1334.

作者簡介：宋欣怡（1997—），女，山東煙臺人，碩士在讀，研究方向：風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計與理論。

孔令云（1997—），女，吉林梨樹人，碩士在讀，研究方

向：風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計與理論。

胡雪（1999—），女，山東臨沂人，碩士在讀，研究方向：風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計與理論。