温室效应在建筑外墙绿化上的应用与研究

姜 鹏

1 概述

我国幅员辽阔，地形复杂，各地由于纬度、地势和地理条件不同，气候差异悬殊，不同的气候条件给建筑设计提出不同的要求。我国北方冬天寒冷、春天沙尘严重，这一时间段的自然条件不太适合绿色植物的生长。但是，室内暖气充足、温度恒定，给绿色植物的生长提供稳定的温度条件;而植物通过光合作用和蒸腾作用产生的氧气和水进入室内，又能净化空气。本课题着重针对气候条件相对恶劣的地区而考虑的建筑外墙绿化设计。

温室效应(Greenhouse effect)，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。目前在国内外的相关设计和研究中，建筑外墙的绿化技术比较成熟，但是利用“温室效应”既美化室外环境，又净化室内空气的构想尚不多见。为此，在结构上需要进行一定的研究。主要探讨在种植槽的基础上，在建筑外墙或阳台前面外加装自动玻璃罩，利用玻璃罩自动升降的特点，在北方特有的气候条件下，在室外低温环境下的建筑外墙上创造一个“纵向的温室”，从而能够“美化室外环境、净化室内空气，为人们的生活创造更好的绿色空间。”

2 建筑外墙绿化

建筑外墙绿化又称为竖向绿化，是指利用攀援植物或其他垂直绿化技术方法对建筑物外墙壁或围墙进行绿化装饰。此种竖向绿化内容形式简单，并且绿化地域限定在了墙面及墙垣，其特点主要是植物贴墙面生长或攀附于墙垣，或从建筑物顶与围墙顶垂挂生长。垂直绿化可通过利用物体的表面，向建筑物等索取绿化空间以达到节约土地、增加绿化面积、提高生态质量、美化生活环境的目的。建筑结合竖向绿化的形式有多种类型，不同的分类方式会导致不同的类型形态。本文主要是在摆放、种植槽式的处理方式的基础上进行设计。

摆放、种植槽式绿化方式是指在建筑物墙体上设置适当尺寸的种植槽或者通过构件固定花盆或花箱种植植物，还可以结合立面设计，在阳台周边设置种植槽、花箱、花盆等。由于此种方式完全靠栽种容器来保证植物生长所需的水分和根系生长空间，因此至少要保证深度在45 cm以上，宽度在30 cm以上，并且横向延伸较长的连续状态。为了确保充足的水分，还应尽可能设置浇水设施。此外，为能将多余的水分尽快排出，防止根系腐烂，保证植物的健康生长，一定的排水设置也是必要的。如在栽种容器的底部保持适当的坡度、设置排水沟孔、在底部铺上粗颗粒的石子都是可以采用的方法。

3 建筑外墙绿化的植物栽种类型

垂直绿化都选用攀援类和悬垂类植物，此类植物多属于落叶类植物，冬季景观效果差，给人以萧条感。为了在冬季也能有一定的观赏价值，应该配合常绿植物种植。

北方城市可用于垂直绿化的攀援植物种类不是很丰富，既要考虑耐旱性又要考虑耐寒性。常见的有三叶地锦、五叶地锦、南蛇藤、猕猴桃、五味子、山养麦、茑萝、金银花、观赏南瓜、啤酒花、小葫芦等。

根据生长环境、绿化方式和目的的不同，选择适合的栽种品种。如用于防热降温，就应选用生长快，枝叶茂盛的攀缘植物，如五叶地锦、三叶地锦等;如以防尘为主要目的，应尽量选用叶面粗糙且生长繁密的植物，如猕猴桃等;如为了环保要求，就应选用对空气中的有害物质有一定吸附作用的植物。城市垂直绿化中所用的材料大多是兼顾各种功能，多种垂直绿化材料有机结合种植。

垂直绿化还要注意建筑不同朝向对植物选择的影响，北墙面应选择喜阴植物，如地锦，在北墙比西墙生长迅速，开花结果繁茂;西墙面绿化则应选择喜光、耐旱的植物，如爬山虎、牵牛花葛藤等。垂直绿化与屋顶绿化相比，离人们居住工作的场所更近，因此植物选择上要注意不能选择对人体有可能产生危害的植物。此外，不应选用容易招引昆虫的植物，以免病虫害的发生对建筑内部产生影响。

4 建筑外墙绿化要注意的技术问题

4.1 结构说明

原墙体:本设计并不局限于一个特定的建筑，它适用于:住宅环境、机关单位以及城市的标志性建筑的外墙立面;

外墙花坛:在外墙上以防水涂层为基础，利用角钢和膨胀螺栓固定三层花坛，种植绿色植物;

水喷淋系统:为保证植物必须的水分，在花坛上部设置水喷淋系统，该系统由带温度、湿度监控的自动控制系统组成;

排水系统:为防止根系腐烂，将多余的水分排出，在花坛下部设置排水系统并连接至建筑底部;

外墙温室:安装弧形钢架和太阳能玻璃，以此构筑一个“纵向的温室”(见图1，图2)。

4.2 低温采暖分析

温度降低时自动控制系统降下玻璃，既可阻挡寒风侵袭又能防止暖气浪费。室内的暖气和人体排出的二氧化碳通过通风口进入外墙温室，给植物的光合作用提供了必要条件;暖空气的上升，推动光合作用产生的氧气和水分进入室内使空气得以净化。此外，利用室内的暖气和室外的阳光控制温度，可以创造出适合植物生长的必要条件。进一步美化室外环境、美化人类生存的空间。

4.3 高温通风分析

温度上升时自动控制系统升起玻璃，既能让室外的新鲜空气进入室内，有利于人体的健康;又能给“温室”里的植物降温，有利于植物的生长。室外的自然风进入“温室”经过三层花坛过滤后带着植物产生的氧气进入室内供人体吸收。人体产生的二氧化碳通过排风口进入“温室”又能让植物进行光合作用，生成氧气。整个过程循环开来，就形成一个“自然的空调系统”，净化空气。

5 建筑外墙绿化需要注意的其他问题

5.1 建筑表面情况

建筑材料的选择应该考虑其表面的光滑程度是否利于植物攀爬。竖向绿化植物的生长方式大体可分为两类:一类是依靠自身的器官直接附着于建筑表面;另一类必须借助支撑构件才能攀爬生长。对于第一类植物，在选择时要考虑建筑表面的粗糙程度。如粘土砖、混凝土面材、水刷石、毛面花岗岩和大理石、粗加工的各种石材、有孔金属板、毛面瓷砖、较粗糙的喷涂饰面等。有观察表明，植物根系和吸附器官对这些材料及其缝隙砂浆破坏较小。有些材料，如木板、木瓦等，若长期被植物覆盖，处于潮湿环境中易于腐败变形，应该慎用。若必须采用，也需对其进行特殊处理，如防腐剂处理、涂刷防腐涂料等，以延长其使用期。对于金属表面也应做好防锈处理，可对其进行镀面处理(锌、镍等)、刷防腐涂料或直接采用不易生锈的金属材料。

对于采用不易攀爬的光滑表面材料的建筑进行绿化可通过两种方式，一种是在立面设置种植槽、花箱、花盆等;另一种方式是在建筑墙体上设置构件，让植物攀爬生长。此种方式在支架的选用和设计时要充分考虑与整体建筑风格的统一，也可作为造型元素或赋予一定的使用功能，如可作为遮阳板、平台或者受力构件等，材料可选用硬质的凸起物如金属杆、细柱、金属穿孔板等，也可是细金属网、金属丝等软质材料。选用金属和木材时，同样需要进行防腐防锈处理。

5.2 结霜、结雾

由于北方早晚气温温差大，容易在玻璃罩内形成结霜、结雾状态。因此，在玻璃罩框内部应设上下通风口、排水孔，使室内外产生空气气流循环的状态把所产生的水蒸气及时排除。窗框内部可设除霜除雾试剂孔或选择智能除污玻璃，使玻璃一年四季保持干净清爽。

5.3 防风

阳台和窗台所受的风力大小与其所处的位置高低有关，一般来说楼层越高风势越大，其朝向和周围建筑物的情况也会影响风的大小。风速过大时将会对植物的生长产生不良影响，特别是炎热干燥的夏季风，会迅速带走土壤中的水分，并容易损伤植物根系，导致植物死亡。因此，高层建筑的阳台和窗台绿化应该设置挡风和遮阳构件，保证植物的正常生长。

6 结语

本项目的研究成果，将提高城市的生活质量。在发展的初期，其社会需求主要集中在市政建设、企业单位和高尚生活小区方面。而以此所引发的“立体空间生态环境”符合当前低碳、环保的理念，对相关科技、经济的发展有着一定的影响。它提出一种对未来的生活环境的构想:随着各方面条件的成熟，当城市的建筑都使用相关技术时，城市的绿化面积将成倍增长。“绿化”就不再是地面上的概念，它应该是一种绿色空间生态环境，并且这是一种不受气候限制的绿色空间。因为它拥有独立的、适合植物生长的气候条件。

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