长沙市城区屋顶绿化节能降温调湿效能评价

庄志勇，王春梅，黄国林

（湖南省园艺研究所，湖南 长沙410125）

屋顶绿化是目前城市建设中使用较多的绿化形式之一[1]。在降低室内温度、减少空调能耗、缓解城市“热岛效应”中发挥了重大的作用[2-3]。另外，屋顶绿化的土壤层或基质层可储存雨水，从而减缓城市雨水径流、减轻城市排水管压力、延长屋顶使用寿命[4]。目前，有关屋顶绿化方式的研究较多，但如何用试验数据来评价绿化屋顶节能效应的研究较少。研究通过对比绿化屋顶与未绿化屋顶的温度、相对湿度等指标，对夏季屋顶绿化的节能降温调湿效应进行评价，以期为未来屋顶绿化建设提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

屋顶绿化试验于2012年4月1日～2013年3月31日在湖南省长沙市芙蓉区和经济技术开发区进行；两地段毗邻，地处东经113°01'24"～113°08'40"、北纬28°12'11"～28°17'42"之间；属典型的亚热带季风性湿润气候，温暖湿润、季节分明、春夏多雨、暑热期长、秋冬少雨、低温期短；年平均气温17.1℃，年平均降水量1 296 mm。

1.2 试验材料

屋顶绿化为花园式复合型多层次植物景观绿化，乔、灌、草结合，已建有2 a，养护较好，植物生长健壮，屋顶的植物覆盖率为75.6%。未绿化的屋顶外表面是做过柔性防水和刚性防水的裸露屋顶。试验主要仪器有自动干湿球温度计（天津市凯隆达仪器仪表有限公司）、热电偶温度传感器（北京昆仑中大传感器技术有限公司）和惠普数据采集仪（深圳鑫惠福电子仪器有限公司）。

1.3 试验设计与方法

随机选取4个位置和高度相对一致的地点于春、夏、秋、冬4 季对绿化屋顶外表面、建有遮阳板的屋顶外表面、裸屋顶外表面的温度、相对湿度进行测定。

1.3.1 温度测定 温度测量点有：楼房裸露顶层外表面、楼房裸露屋顶（平顶）内表面、遮阳板屋顶外表面、遮阳板屋顶内表面、屋顶绿化层外表面、屋顶绿化层下层内表面、正常室外空气温度。室外温度为距地面30 cm 处的空气温度，室内数据测量为距屋顶100 cm处。温度记录时间为每天早晨06︰00～18︰00，每个正点测量一次，共12 次。

1.3.2 相对湿度测定 在测量温度相同的地方和时间利用自动干湿球温度计测量相对湿度。

2 结果与分析

2.1 长沙市城区典型绿化屋顶与地面的温湿度对比情况

从图1 中可以看出，长沙典型屋顶和地面的温度随着室外自然温度变化均呈先上升后下降的趋势，但是屋顶的温度升高和下降速度都较快，温差也比较大，地面温度变化较平缓。中午12：00～14：00，屋顶温度最高可达50℃，比06：00 高22℃；地面温度在中午13：30 半左右达到最高值（38℃），比06：00 高10℃。长沙典型屋顶中午的温度比地面高12℃。

由图2 可知，长沙典型绿化屋顶和地面相对湿度的变化呈“U”型变化。屋顶的相对湿度下降较快，变化范围为22%～80%；中午13：00～14：00，相对湿度达到最小值22%，比6：00 下降59个百分点；地面相对湿度变化范围为30%～82%，在下午15：00 左右相对湿度达到最小值30%，比6：00 下降52个百分点。

2.2 绿化与未绿化的屋顶外表面温度的差异

图1 长沙典型绿化屋顶和地面夏季温度变化情况

图2 长沙典型绿化屋顶和地面夏季相对湿度变化情况

由表1 可知，与裸露屋顶外表面相比，春、夏、秋3季绿化屋顶外表面的日平均温度分别低1.37、2.05、1.93℃，而冬季绿化屋顶外表面的日平均温度高0.75℃，春夏秋3 季的平均降幅（8.1%）与冬季的增幅（8.1%）相同；与带遮阳板的屋顶外表面相比，春、夏、秋3 季绿化屋顶外表面的日平均温度分别低0.11、0.86、1.19℃，降幅分别为0.6%、3.1%、5.8%；而冬季绿化屋顶外表面的日平均温度高0.81℃，增幅达8.8%。这说明绿化屋顶有着较为明显的“冬暖夏凉”作用。

表1 不同季节不同屋顶内外表面日平均温度 （℃）

2.3 绿化与未绿化的屋顶内表面温度的差异

从表1 中还可以看出，与裸露屋顶内表面相比，春、夏、秋3 季绿化屋顶内表面的日平均温度分别低2.22、3.89、1.34℃，降幅分别为11.3%、13.3%、6.1%；而冬季绿化屋顶内表面的日平均温度高2.66℃，增幅达22.2%；与带遮阳板的屋顶内表面相比，春、夏、秋3 季绿化屋顶内表面的日平均温度分别低0.01、1.12、0.52℃，其中春季遮阳板屋顶内表面温度与绿化屋顶内表面的温度基本相同，而夏、秋两季的降幅分别为3.8%、2.2%；冬季绿化屋顶内表面的日平均温度高0.97℃，增幅达8.0%。

上述结果说明，裸露屋顶由于缺乏遮挡，夏季温度较高，而冬季温度较低，随室外温度变化明显，遮阳板屋顶与绿化屋顶由于有遮阳设施，室内温度的波动没有外界环境波动那样明显，变化稍有缓和，其中绿化屋顶对室内温度的调控效果优于遮阳板屋顶，绿化屋顶顶层屋内温度在夏、秋、春三季比较平稳，变化不大，冬季却会升高，反映出绿化屋顶确有冬暖夏凉的效果。

2.4 夏季屋顶绿化节能降温调湿效应评价

从表2 中可以看出，上午08：00，绿化屋顶的相对湿度高于裸露屋顶，差值在0.7～3.6个百分点之间，下午14：00；裸露屋顶的相对湿度高于绿化屋顶，差值在0.5～0.8个百分点之间；这说明绿化屋顶有利于跟随环境温度变化来调节空气相对湿度。从气温来看，不同类型屋顶的气温差异不大，差值范围在0.1～0.2℃。从地面温度来看，绿化屋顶的地面温度明显低于裸露屋顶，上午08：00 的差值范围在3.9～5.9℃，下午14：00的差值范围在4.6～7.6℃，日最高温的的差值范围在1.5～6.9℃。从室内温度来看，绿化屋顶的室内温度比裸露屋顶的低1.3～1.8℃。综上所述，绿化屋顶有利于调节空气相对湿度，并能有效降低屋面与室内温度。

表2 不同类型屋顶夏季温湿度差异的比较

3 结论与讨论

试验仅选取春夏秋冬4个季节的其中一段时间，对长沙典型屋顶和地面两种环境的温度、湿度和太阳辐射强度指标进行了测量和比较。这种简单的分析还不能完全反映两种环境下温湿度的动态变化规律。但差异比对研究发现，屋顶和地面的温湿度只在夏季有显著差异，春、秋和冬3 季的差异不显著，故研究着重测定分析了夏季典型屋顶与地面的温湿度差异，以期为筛选适宜长沙市城区屋顶绿化的植物提供依据。

研究应用比较法评估了绿化屋顶的节能降温调湿效应。结果表明，绿化屋顶冬天的保暖升温效果显著，外表面温度分别比遮阳板屋顶和裸露屋顶的高0.81 和0.75℃，内表面温度分别比遮阳板屋顶和裸露屋顶的高0.97 和2.66℃。

夏季绿化屋顶的隔热调湿作用显著。绿化后屋顶的相对湿度随环境变化而变化，及时进行调整；而温度的变化比较平稳，室内温度比裸露屋顶的低1.3～1.8℃。这说明屋顶绿化有明显的隔热保温作用，使楼房顶层居室内冬暖夏凉，大大缓解了气候冷热波动，从而有效延长了楼房屋顶保护层的使用寿命。

目前，屋顶绿化类型可分为简单轻型、花园式以及介于两者之间的类型，不论哪种类型在长沙未来绿化中都具有广阔发展前景[5]。如何因地制宜地选择屋顶绿化类型，发挥其最大能效是今后研究的重点。

[1]赵定国，唐鸣放，章正民.轻型屋顶绿化对屋面温度的影响研究[J].中国建筑防水，2010，（11）：5-8.

[2]付品友，贺玉龙.屋顶绿化在城市建设中的作用及实施对策[J].中州建设，2014，（19）：77.

[3]陆 峰.城市建筑屋顶绿化技术[J].现代园艺，2014，（24）：142.

[4]张扬汉，张召平，孙海周.屋顶绿化综合评价与优化研究——以漳州屋顶绿化为例[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2014，27（4）：72-77.

[5]魏道江，叶建军，李恒威.屋顶绿化的SWOT分析及发展建议[J].湖南农业科学，2012，（14）：40-42.