垂直绿化综合效应研究

Tang Van Tai，Tran Ngoc Binh, Nguyen Nhu Anh, Phan Hong Nhung

(1.东南大学土木工程学院，江苏 南京 210096; 2.越南荣市医学大学; 3.越南议案省农业管理所; 4.南京工业大学，江苏 南京 211800)

垂直绿化综合效应研究

Tang Van Tai1，Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.东南大学土木工程学院，江苏 南京 210096; 2.越南荣市医学大学; 3.越南议案省农业管理所; 4.南京工业大学，江苏 南京 211800)

除了美观上的效果，垂直绿化缓解热岛效应，减少水土流失，防尘减噪，节能环保，延长建筑寿命等作用也被越来越多的人意识到，有关垂直绿化各方面定性的研究也不断得到开展。以南京的三种墙面绿化形式—攀援式墙面绿化、铺贴式墙面绿化和组合移动式墙面绿化作为研究对象，通过测定垂直绿化的降温、减噪和心理效应探讨垂直绿化对建筑环境的综合影响。

垂直绿化；热效应；噪音效应

1 研究背景与方法

1.1 研究背景

近年来，中国经济的快速发展，使城市人口急剧增长，商业活动日益集中于城市，城市规模迅速膨胀，基于城市越来越拥挤的现状，建筑由横向发展转为纵向发展，高层建筑、超高层建筑成为一种趋势[1]。这些钢筋水泥的构筑物在使用能源的过程中排放出大量的SO2、NO2、悬浮颗粒物和其他污染物，影响人体的健康和动植物的生存[2]。垂直绿化能有效利用资源，展现出良好的生态环境效应。垂直绿化的优势在于占地少、见效快，绿化效率高、效果显著，在改善小气候、净化空气、减少污染、防止噪声、美化环境等方面有着十分重要的作用，是城市绿化建设的一条重要途径，也是解决平面绿化与占地面积矛盾的一种方法和途径[3-4]。

1.2 研究方法

在南京市分别选择三种形式的墙面绿化作为研究对象。试验地选在科学会堂墙面、鼓楼党校绿化墙面和察哈尔路绿化墙面。科学会堂采用爬山虎作为绿化材料，鼓楼党校绿化采用佛甲草铺贴式，察哈尔路绿化墙面采用组合移动式绿化模块。本文从点到面展开对热效应的分析研究，测温仪是从点上分析，热成像仪是从面上来分析。

测试所用仪器及方法：

表面温度的连续测试采用AR330红外线测温仪；瞬时时间的墙面热成像采用YRH600热成像仪，测温范围-20℃至+250℃，精度±2℃或者读数的±2%，取较大者。噪声测试采用AWA6218A型噪声统计分析仪，测试完毕后可以通过USB端口将数据传输到电脑。噪声范围50-130dB(高量程)，30-110dB(低量程)。

2 结果分析

2.1 降温效应

2.1.1 同天气情况下的墙面绿化热环境

2016年7月31日分别对三种类型的墙面绿化测试，研究三种形式墙体绿化的降温效应，浇水频率为30min一次。当天24h温度变化详见图1。

图1 2016年7月31日的24h温度变化 图2 攀援式墙面绿化温度图

图3 铺贴式墙面绿化温度图 图4 组合移动式墙面绿化温度图

虽然墙面经受阳光直射作用明显，但由于建筑表面的叶面蒸腾作用而带来的降温效果，有绿化外墙表面温度低于无绿化的墙表面。由图2可知，攀援式墙面绿化降温效果有限，在14:00左右太阳辐射达到最高，降温效果随之增强。攀援式墙面绿化、铺贴式墙面绿化墙面温度在11:20前变化较小，有绿化墙面温度比无绿化墙面温度明显低，最大差值达到4℃；11:20后由于太阳辐射导致气温快速上升，墙面温度也随着上升，温度最高达到44℃，其最高值出现在14:50左右。有绿化墙面温度上升相对缓慢，表明植物对墙面的覆盖能有效降低墙体外表面的温度。对比浇水和不浇水的绿化墙面，可以看出浇水能直接有效地降低绿化墙面温度。综合对比图2、图3、图4，气温32-34℃，在水分供应充足时，植物叶片的气孔会打开从而加强叶片表面的蒸腾作用，三种绿化墙面降温效果分别为0.5-10℃、2-13.5℃、4-15℃。组合移动式墙面绿化温度曲线与攀援式、铺贴式墙面绿化温度曲线类似，绿化带来的降温效果较攀援式、铺贴式墙面绿化更明显。

2.1.2 红外热像仪研究垂直绿化对热环境的影响

选取12:00采用飒特红外热成像仪YRH600进行拍摄，通过SatIrReport软件比较分析三种形式绿化墙体表面的温度分布。

(1)红外热像仪原理

在自然界中，任何高于绝对温度(-273℃)的物体都是红外热辐射源，都具有辐射现象。物体表面发射的长波辐射强度与物体表面热力学温度 T 的4次方成正比，与物体表面的辐射率ε成正比。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，物体红外辐射的总功率与温度的关系为：

图5 攀援式绿化墙面表面热成像图

E=εσT4

式中：σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数，5.67×10-8W/m2·K4，ε为无量纲，E为辐射强度，W/m2。

红外热像仪成像的基本原理就是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接收被测目标的红外辐射信号，一般是由光学系统收集被测目标的红外辐射能，经过光谱滤波、空间滤波使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或多元探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理转换成标准视频信号，通过电视屏或监测器显示红外热像图。

(2)红外热像仪分析。

由图5可以看出，整面绿墙的温度范围为40.9-43.8℃，植物由于蒸腾作用使其周围空气降温，绿化墙面最低40.9℃，无绿化墙面温度最高达到43.8℃，降低温度3℃左右。图中直线L1、L2分别取在绿化墙面、无绿化墙面。两条线上的温度如图6、图7。

图6 L1直线上的温度

图7 L2直线上的温度

从图上可以明显看出攀援式垂直绿化对降低外墙的温度有一定作用，前者比后者低1℃左右。

18：00点进行第二次测量。

由图8、图9、图10可以看出，整面绿墙的温度范围为37.6-42.5℃，随着气温的降低，墙面温度出现下降。最低温度为37.7℃，最高为42.5℃。对比L1和L2可以看出有绿化墙面比无绿化墙面降温2℃左右。效果优于12：00的测量值，随着温度下降，有绿化墙面比无绿化墙面的散热要快。这主要靠植物的蒸腾作用加快墙面的散热，带走部分热量。

图8 绿化墙面表面热成像图

图9 L1直线上的温度

图10 L2直线上的温度

图11 铺贴式绿化墙面表面热成像图

由热成像图11可以清楚地看出，地面温度最高达到42.9℃，最低温度出现在绿化墙面，为27.8℃。 图中直线L1、L2、L3分别取在有绿化墙面、无绿化墙面和地面。三条线上的温度如图12、图13、图14所示。

图12 L1直线上的温度

图13 L2直线上的温度

图14 L3直线上的温度

图11、图12、图13、图14显示，L1的温度范围28.7-30.7℃，L2的温度范围31.7-32.3℃，L3的温度范围39.3-41.5℃。有绿化墙面的温度比无绿化墙面的温度低了3℃左右。

图15 组合式绿化墙面表面热成像图

由热成像图15可以清楚地看出，最低温度出现在绿化墙面，为27.6℃。 图中直线L1、L2分别取在绿化墙面、无绿化墙面。三条线上的温度如图16、17。

图16 L1直线上的温度

图17 L2直线上的温度

L1的温度范围27.6-28.7℃，L2的温度范围32.4-32.9℃，有绿化墙面的温度比无绿化墙面的温度低了5℃左右。

由热成像图形可以看出，有绿化墙面温度分布均匀，颜色比无绿化墙面暗，对比分析有、无墙体垂直绿化建筑的室外温度，攀援式垂直绿化降温1℃，铺贴式降温3℃，模块式降温5℃，绿化表现出显著的降温效果。三种形式中，组合移动式效能最为突出，因为其独特的构造形式，利于空气流通，加快热量散失。红外热成像分析的热效应与12:00实测效果基本一致。

2.2 减噪效应

2.2.1 声级计测试

噪声是一种环境污染，通常指一切频率混杂、呆板、凌乱，对人们的生活、工作、学习和健康有妨碍的声音。噪声的测试通常采用声级计。声级计是根据国际标准和国家标准按照一定的频率计权和时间计权测量声压级的仪器，它是声学测量中最基本最常用的仪器，适用于室内噪声、环境保护、机器噪声、建筑噪声等各种噪声测量。声级能够较好地反映人耳对噪声的强度和频率的主观感觉，对于一个连续的稳定噪声，它是一种较好的评价方法(如图18所示)。

图18 声级计工作图

2.2.2 噪声监测方法

在噪声控制的研究过程中，尤其是在环境噪声控制技术的研究中，植物减弱噪声的功能因其经济实用性和美观生态性而受到各国研究者的关注。测试方法参照城市区域环境噪声测量方法(GB/T14623-93)

测量仪器：精度为2型以上的积分声级计及环境噪声自动监测仪器。

气象条件：无雨、无雪的天气条件下进行，风速不大于5.5m/s。传声器应加风罩。

测点选择：选在居住或工作建筑物外，离任一建筑物距离不小于1m。传声器距地面垂直距离不小于1.2m。传声器指向主要声源(道路交通噪声指向道路)。

测量时间：昼间进行。

采样方式：用“快”响应，采样时间间隔不大于1s,资料连续采集。

时间同步：对比测点同步监测(当两测点距离较远时，以标志性车辆到达测点时开始监测)，测量时长10min。

测量参数：等效连续A声级Leq(A)、统计声级L10、L50、L90，以A声级Leq(A)作为评价量。

车流状况：道路交通正常状态下监测，测量时同时记录车流量，当测点之间存在车流量差异时，进行声级修正。

避免其他噪声的影响：测量过程中尽可能避免其他噪声影响，当难以避免其他噪声时则同时对干扰噪声的贡献进行监测，然后再作声级修正。测量中应尽可能减少对声场的干扰。应防止人群围观。应尽可能使用三角架支撑仪器，测量者尽可能远离(1m以外)测点。每台声级计测量前后均进行了声级校准。

表1 攀援式垂直绿化噪声监测结果

表2 铺贴式垂直绿化噪声监测结果

表3 组合移动式垂直绿化噪声监测结

表1-表3对比分析有、无墙体垂直绿化建筑的室内噪声，显示三种形式的墙面绿化降噪效果不大。攀援式垂直绿化降噪0.7dB(A)，铺贴式降噪1dB(A)，组合移动式降噪1.5dB(A)。绿化降噪主要是通过声能被叶子吸收，并使植物体产生阻尼振动，转化为植物体固有的振动频率，从而将声能转化为热能。稀疏的植物对声波的反射和吸收很小，因而降噪效果不大。

2.3 心理效应

随机选取了100人，对上述3个监测点周边的居民进行了问卷调查，测点1为攀援式、测点2为铺贴式、测点3为组合移动式，运用模糊语言的隶属度原则探讨墙面绿化的心理烦恼度的影响，问卷调查时将烦恼程度分为五个等级，分别为“非常烦恼”“烦恼”“有点烦恼”“乐意”和“非常乐意”。具体调查结果见表4。

表4 各测量点心理烦恼度比例

从调查结果可以看出，人们对绿化基本呈认可态度，大部分提出需要大力推广，以满足人们日常生活需求。对比三种形式的墙面绿化，组合移动式墙面绿化更有益于身心健康。

3 结论

(1)植物对墙面的覆盖，能有效降低墙体外表面的温度。随着太阳辐射增强，墙面绿化降温效果随之增强。

(2)植物通过蒸腾作用不断地从环境中吸收热量，降低空气的温度。在水分供应充足时，植物叶片的气孔会打开，加强叶片表面的蒸腾作用。

(3)由热成像图可直观看出，三种形式中，组合移动式效能最为突出，因为其独特的构造形式，利于空气流通，加快热量散失。从测试结果来看，绿化对噪声吸收效果不大，组合移动式出现的降噪效果是由于基质采用了陶粒等利于吸声的介质。

[1]吴玉琼．垂直绿化新技术在建筑中的应用[D]．广州：华南理工大学，2012.

[2]涂逢祥．21世纪初建筑节能展望[J]．保温材料与建筑节能，2001(1)：32-35.

[3]刘凌，刘加平．建筑垂直绿化生态效应研究[J]．建筑科学，2009，25(10)：81-85.

[4]李淑娜，冯阳．南京市建筑外墙垂直绿化适宜的植物及效益分析[J]．绿色科技，2010(12)：11-13.

[5]窦懋羽，唐鸣放，郑开丽．城市表面温度的红外热像测量方法研究[J]．重庆建筑大学学报，2007(29)：1-6.

[6]刘葆华．屋顶绿化的环境与节能效益研究[D]．重庆：重庆大学，2008.

责任编辑：富春凯

Study on the Comprehensive Effect of Vertical Greening

Tang Van Tai1, Tran Ngoc Binh2, Nguyen Nhu Anh3, Phan Hong Nhung4

(1.Southeast University- Civil Engineering College,Nangjing 10096, China; 2.Vinh Medical University; 3.Viet Nam Provincial Agricultural Management Office; 4.Nanjing Tech University, Nangjing 210096, China)

In addition to the aesthetic effect; an increase in the role of vertical greening can be recognized. It can alleviate heat island effect, reduce soil erosion, dust, and noise pollution, increase energy saving and environmental protection additionally extend the lifespan of construction. Studies on the qualitative aspects of vertical greening have also been carried out. In this study, three forms of wall greening in Nanjing:climbing wall greening, pavement wall greening and combination of mobile wall greening would be considered as objects of study. Through the measuring of vertical greening cooling, noise reduction and psychological effects,discuss the influence of vertical greening on the built environment.

Vertical greening; Thermal effects; Noise effects

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.04.005

2017-02-19

Tang Van Tai(1987-)，男，越南人，东南大学在读博士研究生。研究方向： 水生态修复。

TU986.5

A

1674-6341(2017)04-0013-05