北京市屋顶绿化滞尘及不同材质热辐射效应测定

李连龙，雷赛姣，桂琳丽

（北京中外建建筑设计有限公司，北京 100192）

北京市屋顶绿化滞尘及不同材质热辐射效应测定

李连龙，雷赛姣，桂琳丽

（北京中外建建筑设计有限公司，北京 100192）

为探讨屋顶绿化的滞尘效应和不同材质的热辐射效应，试验进行了屋顶滞尘试验研究。滞尘测试结果表明：花园式屋顶绿化滞尘量平均为25.1349g/m2，比简单式屋顶绿化滞尘率高约10个百分点。热辐射对比测定得出：裸露屋顶热像值明显高于绿化屋顶，屋顶绿化是缓解城市热岛效应的关键手段。屋顶单一植物绿化，其热像值高于多种植物复层结构群落式绿化；佛甲草等景天属植物的热像值高于草坪地被植物，草坪地被植物的热像值高于乔灌木；植物花体部分的热像值高于叶体部分；枯死植物热像值明显高于活体植物；呼吸蒸腾作用弱的植物热像值高于呼吸蒸腾作用旺盛的植物。

屋顶绿化；滞尘；热辐射；热像值；滞尘量

建设部“生态园林城市”建设标准中提出的城市绿化指标要达到45%以上，然而当前许多城市绿化覆盖率偏低，尤其是城市中心区，绿化面临土地资源短缺的严重挑战[1]。这为发展立体绿化提供了机遇和需求。李瑞兰[2]分析了北京市屋顶绿化的现状，魏艳等[3]对比了德国和北京的屋顶绿化建设的发展，黄金琦[4]、刘奕彤[5]探讨了屋顶花园的设计方法，张琛麟等[6]分析了北京市屋顶绿化建设项目成本效益，但关于屋顶绿化的滞尘效应和不同材料的热辐射效应研究尚未见报道。

本研究在北京市园林科研所，分别就简单式屋顶绿化、花园式屋顶绿化和非绿化屋顶进行滞尘效应的测定，用以分析屋顶绿化在改善城市空气质量中所起的滞尘作用。同时在科技部节能建筑示范楼屋顶花园，分别就屋顶绿化植物（乔灌木、宿根地被、草坪、佛甲草）、水体、铺装（石材、木质）等不同材质进行热像仪拍摄，并通过热像图和影像图比对，系统分析屋顶绿化植物和园林小品等不同材质的热辐射效应，用以验证屋顶绿化在缓解城市热岛效应中所起的作用，为今后屋顶绿化的规划设计提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

滞尘效果研究以佛甲草绿化屋顶、花园式绿化屋顶为研究对象；不同材质热辐射效应测定在科技部建筑节能示范楼屋顶花园，植物材料（乔灌木、地被、草坪、佛甲草）、水体及各种材质铺装等。滞尘效应测定在北京市园林科研所屋顶进行。

1.2 方法

1.2.1 屋顶绿化滞尘效应测定

1.2.1.1 试验处理

采用湿式降尘缸法，将集尘缸分成3组，分别放置在北京市园林科研所的1个裸露屋顶、2个简单式绿化屋顶（佛甲草绿化）、1个花园式绿化屋顶和距屋顶1.5m处，每个屋顶放置5个集尘缸，最后取其平均值，结果详见表1。

表1 滞尘效应测定用集尘缸分布点

1.2.1.2 试验步骤

（1）放置集尘缸前，加入乙二醇60～80mL，以占满缸底为准，加入的水量视当时的气候情况而定。冬季和夏季加水50mL，春秋季节可加水100～200mL。在收集期间，始终保持缸底有水溶液，使在湿润条件下采样，目的是防止风将已沉降的颗粒物吹走。加入乙二醇水溶液除可保持缸底湿润外，还可防止冰冻、抑制微生物和藻类的生长。

（2）将编好缸号并加有水溶液的集尘缸及时罩上塑料袋，将缸置于采样点的固定架上，取下塑料袋，开始收集样品。记录放缸地点、缸号、时间。

（3）取样时间。按（30±2d）定期更换集尘缸1次。取缸时核对地点、缸号，并记录取缸时间。罩上塑料袋，送回实验室。取换缸的时间规定为月底5d内完成。

1.2.1.3 降尘总量的测定

（1）将100mL的瓷坩埚洗净、编号，置于电热干燥箱内在（105±5）℃下烘3h，然后将瓷坩埚置于高温熔炉内在600℃灼烧2h，待炉内温度降至300℃以下时取出，放入干燥器中，冷却后称量。

（2）首先用尺子测量样品集尘缸的内径，方法是按不同方向测定3处，取其算术平均值。然后用镊子将落入缸内的树叶、昆虫等异物小心取出，并用水将附着在上面的细小尘粒冲洗下来后扔掉，同时把缸壁擦洗干净，将缸内溶液和尘粒全部转入500mL烧杯中，在电热板上蒸发，使体积浓缩到10～20mL，冷却后用水冲洗杯壁，并把杯壁上的尘粒擦洗干净，将杯中溶液和尘粒全部转移入质量已恒定的100mL瓷坩埚中，放在搪瓷盘里，在电热板上小心蒸发至干后，放入干燥箱经（105±5）℃烘干，然后将瓷坩埚置于高温熔炉内在600℃灼烧6h，待炉内温度降至300℃以下时取出，放入干燥器中，冷却后称量。

（3）在每批降尘总量样品测定的同时，取与采样操作等量的乙二醇水溶液，放入500mL烧杯中，在电热板上蒸发浓缩至10～20mL，然后将其转移至质量已恒定的瓷坩埚内，将瓷坩埚放在搪瓷盘中，再放在电热板上蒸发至干，于（105±5）℃烘干，再按上述瓷坩埚置于高温熔炉内在600℃灼烧2h，待炉内温度降至300℃以下时取出，放入干燥器中，冷却后称量。

（4）计算。滞尘量M=（W1-W0-We）×30×104/S×n，式中：M-降尘总量（g/m2×30d）；W1-降尘、瓷坩埚、乙二醇的质量（g）；W0-瓷坩埚的质量（g）；We-乙二醇的质量（g）；S-集尘缸缸口面积；n-采样天数（d）。

1.2.2 屋顶绿化不同材质热辐射效应测定

（1）针对屋顶花园不同角度和部位，同时进行热像图拍照和数码相机拍照，形成对应的热像图和影像图，用以分析对比不同材质的热辐射效应。

（2）仪器。热像仪（美国产THERMACAM PM695）和数码相机（日本产SONY-F-707）。

2 结果与分析

2.1 乔灌草花园式与佛甲草简式屋顶绿化滞尘效果分析

乔灌草花园式与佛甲草简式屋顶绿化滞尘效果对比测定统计结果见表2。

表2 乔灌草花园式与佛甲草简式屋顶绿化滞尘效果对比

依据表2乔灌草花园式与佛甲草简单式屋顶绿化数据进行单因素方差分析结果（见表3）表明：无论简单式还是花园式屋顶绿化，其滞尘效果与未绿化的水泥屋顶差异极为显著；同时，不同处理间多重比较分析表明：花园式屋顶绿化不同部位（高、低处）以及不同地块的佛甲草绿化，其相对应的滞尘效果也存在着显著差异。该试验结果表明：在立地条件基本相同情况下，乔灌草结合的花园式屋顶绿化滞尘效果远远优于佛甲草简单式屋顶绿化。

表3 单因素方差分析

根据屋顶绿化植物整个生长季节的滞尘结果分析，花园式屋顶绿化滞尘量平均为25.1349g/m2，滞尘比率平均为31.1271%；佛甲草简单式屋顶绿化滞尘量平均为31.0152g/m2，滞尘比率平均为21.53%，花园式滞尘率比简单式屋顶绿化滞尘率高约10个百分点。

2.2 不同材质热辐射效应分析

科技部建筑节能示范楼屋顶花园热像图和影像图见图1。将屋顶绿化不同材质的热像值按照6个变化梯度20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50℃归类排序（见表4）。结果可反映出不同材质间其热辐射效应的差异。

根据表4科技部建筑节能示范楼屋顶花园不同材质热像值结果分析和图1不同材质热像图和影像图对比可以看出：

（1）单一植物平面式绿化的热像值高于多种植物群落式绿化的热像值；植物花体部分的热像值高于叶体部分。

表4 科技部建筑节能示范楼屋顶花园不同材质热像值

（2）多种植物群落式绿化热像值明显低于地被草坪的热像值；枯死植物热像值明显高于活体植物。

（3）蒸腾作用相对旺盛的植物（如大叶黄杨、金叶女贞等）的热像值低于蒸腾作用相对弱的植物（如小叶黄杨、佛甲草等）。

（4）水体的热像值最低，约在20～25℃之间；石材和木材铺装的热像值最高，约在40～50℃之间，相对而言，木材铺装热像值高于石材铺装。

图1 科技部建筑节能示范楼屋顶花园不同材质热像图和影像图对比

综上所述，屋顶绿化保温隔热作用主要是通过植物蒸腾减少热辐射，降低大气环境温度。在城市建设当中，应尽量采取屋顶绿化措施以减少建筑下垫面的热辐射，缓解城市热岛效应。为达到综合生态效益，屋顶绿化应以乔灌草相结合的复层结构种植模式为主导。相比较而言，佛甲草等景天属植物虽然耐旱，但由于呼吸蒸腾作用较弱，其降温、滞尘等作用也相对较弱，应作为实施屋顶绿化的辅助材料。

3 结论

北京市大气中的固体颗粒物来源有3个：远周边大气自由输送、近周边边界层输送和因城市化、工业化造成的空气污染。从污染的时间和强度上看，远周边大气自由输送和近周边边界层输送主要发生在早春季节，持续时间相对较短，强度较大。城市化和工业化造成的空气污染常年存在，季节性不强。《北京城区绿化防沙治尘技术示范与研究》表明，植物的滞尘作用与植物叶片的生长量有关，其变化规律可归结为：3、4月份叶片生长量小，滞尘作用弱；7、8月份植物生长茂密，滞尘量最大；10月份植物落叶，滞尘量开始下降。通过滞尘效应测定，花园式滞尘率比简单式屋顶绿化滞尘率高。此结果证明屋顶绿化滞尘效果显著，为城市环保提供计算参数。

热辐射对比测定得出，裸露屋顶热像值大大高于绿化屋顶，屋顶绿化是缓解城市热岛效应的关键手段。（1）屋顶绿化单一植物品种绿化，其热像值高于多种植物复层结构群落式绿化；佛甲草等景天属植物的热像值高于草坪地被植物，草坪地被植物的热像值高于乔灌木。（2）植物花体部分的热像值高于叶体部分；枯死植物热像值明显高于活体植物；（3）呼吸蒸腾作用弱的植物热像值高于呼吸蒸腾作用旺盛的植物。此结果可用于城市建筑规划和屋顶绿化设计参考。

［1］陈辉，任塘，杜忠.屋顶绿化的功能及国内外发展状况［J］.环境科学与管理，2007，32（2）：162-165.

［2］李瑞兰.北京市屋顶绿化现状问题研究［D］.北京：北方工业大学，2012.

［3］黄金琦.屋顶花园设计与营造［M］.北京：中国林业出版社，1994.

［4］刘奕彤.北京地区屋顶花园设计研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2010.

［5］魏艳，赵慧恩.我国屋顶绿化建设的发展研究——以德国、北京为例对比分析［J］.林业科学，2007（4）：95-101.

［6］张琛麟，田明华，赵蔓卓.北京市屋顶绿化建设项目成本效益分析［J］.中国城市林业，2009，7（4）：61-63.

The Determination of Dust Detention and Different Material Determination of Thermal Radiation Effect about Roof greening in Beijing

LI Lian-long，LEI Sai-jiao，GUI Lin-li
（Beijing foreign building architectural design co.，LTD，Beijing 100192）

To study the dust effect of roof greening and the thermal effect of different material，experiment on the roof.The dust retention effect determination，garden roof greening dust catching quantity averaged 25.1349g/m2；and the garden type dust removal rate is higher than the simple roof greening were about 10%.The results show that the effect of roof greening were significant，provides the calculation parameters for the city environmental protection.Through the comparative measurement of thermal radiation:Exposed roof thermal value is much higher than the roof greening，roof greening is the key means to alleviate urban heat island effect.The roof greening greening the single plant varieties，thermal value is higher than the plant complex layer structure of community greening;seduce lineare，thermal value is higher than the ground cover plants，ground cover plants thermal value higher than shrubs;Thermal plant body part is higher than the value of the leaf body part;dead plant thermal imaging was significantly higher than that of living plant;Respiratory transpiration weak plant thermal value is higher than the respiratory exuberant transpiration plant.

Roof greening；Dust detention；Thermal radiation；Thermal value；Dust catching quantity

X173

A

1002-3356（2017）01-0010-05

2017-01-21

北京市科学技术委员会项目（Y060417040531）.

李连龙（1972-），男，硕士，高级工程师，主要从事城市绿地规划设计及屋顶绿化研究。E-mail：lilianlong@126.com