建筑立体绿化热效应的5个规律

立体绿化热效应

 

2.1逐时变化规律




 

 

4种立体绿化方式的降温强度均呈“白天显著、夜晚微弱”的日变化规律（图1），且各设计高度场景之间始终保持相似的差异规律。屋顶绿化的降温效应始于05：00，随时间推移不断增强；在12：00—16：00表现出较大降温潜力，随后迅速减小；降温效应在20：00至次日清晨一直保持较低水平；同时，白天各设计高度场景之间的降温效应差异也随时间变化先增大后减小，夜晚差异较小。

垂直绿化降温效应变化规律和各设计高度场景间差异规律与屋顶绿化类似，但降温发生和结束的时间分别提前和延后约1h，最大降温时段集中在17：00前后。此外，在强太阳辐射环境下，植被蒸腾作用减弱，立体绿化降温强度在正午前后出现短时下降或波动。白天屋顶绿化的降温区间主要为0.07~0.17℃，最大降温强度比垂直绿化高出约0.05℃；夜晚两者降温强度均较小，普遍在0.02℃以下，甚至出现部分升温时段。

 

2.2三维空间分布




 

 

以各立体绿化模拟场景热效应差异较大，且降温强度均较为突出的16：00为例，分析降温强度的三维空间分布特征。立体绿化产生的冷空气不仅停留在屋面或近建筑表面空间，下垫面的空气对流也会促使其扩散至建筑之间的开敞区域，在建筑下风向形成“冷岛区”（图2）。



屋顶绿化的最大降温强度一般出现在屋顶或建筑西北侧；而垂直绿化的最大降温强度通常位于建筑西南侧。此外，垂直绿化降温强度的空间分布呈现逐时变化，最大降温强度通常出现在太阳直射面；主要降温区域随太阳轨迹运行，由建筑东南侧逐渐向西南侧转移。

 

各设计高度场景三维空间降温强度均存在相似的边际效应②（图3）。RG场景中，设计高度越低，降温强度越大；=9m时，三维空间内的最大降温强度约为0.38℃，平均降温强度为0.08℃；≥27m时，随设计高度增加，降温强度变化减弱，最大降温强度约为0.25℃，平均降温强度约为0.05℃；各设计高度间差异也随高度增加而渐小。



局部覆盖垂直绿化的VG1和VG2场景中的降温强度变化和差异与RG场景相似；但最大降温强度和平均降温强度均更小，分别为0.09~0.33℃和0.02~0.07℃。全覆盖垂直绿化的VG3场景中的降温强度普遍高于VG1和VG2场景；但随着设计高度增加，降温强度变化较小，最大降温强度约为0.32℃，平均降温强度约为0.10℃；总体上各设计高度间差异甚微。

 

分析不同场景下的三维空间降温网格覆盖范围及某一设计高度下不同降温强度覆盖范围的占比情况（图4）。RG场景中，h=24m时的降温覆盖范围最大，约为5100m3；h=9m时，超过0.20℃降温强度的网格占比最大，约为7.3%；h≥27m时，降温覆盖范围随设计高度的增加逐渐减小。VG1~3场景的降温覆盖范围较RG场景明显扩大。VG1场景的降温覆盖范围随高度增加而递减；h=9m时，0.15~0.20℃的降温覆盖范围及其占比均最大，分别为7400m3和4.2%。

VG2场景受高层建筑影响，冷空气向上扩散的空间被压缩，因而降温覆盖范围较VG1场景略有减小；h=12m时，降温覆盖范围最大，0.10~0.15℃的网格占比最高，分别为5300m3和6.5%；h=30m时，两者数值最小。VG3场景的降温范围和较高降温强度的网格占比在4种形式中最大，同时两者的数值随设计高度增加逐级递增；h=36m时，总降温覆盖范围、大于0.20℃及0.15~0.20℃的降温覆盖范围占比均最大，分别为14000m3、2.8%和12.5%。

 

 

屋顶绿化产生的冷空气主要聚集在屋面，部分气流可从屋面扩散至近地面空间；垂直绿化产生的冷空气在重力主导下迅速下沉，使得近地面区域的降温强度最大；因湍流交换③，冷空气也能够向上流动至屋顶边缘区域。分析南北向剖面（h=21m）处各立体绿化方式降温强度的纵向空间分布特征及空气流动状况，即立体绿化前后的风速差值（图5）。

RG中的冷空气聚集在背风面一侧，且建筑边缘存在明显下沉气流，由于冷空气在此高度向下传输的距离较长，屋顶绿化对地面热环境的改善作用相对微弱。VG1和VG2的降温区域均集中在绿化设计层，且前者无上层建筑阻碍，冷空气可流动至屋面。VG3的冷空气主要在迎风侧的近地面空间集聚，叠加角隅风影响后，冷空气在水平空间的扩散范围明显大于其他3种方式。

 

统计同一高度网格降温强度的平均值，立体绿化降温强度呈现逐高度（距地面）变化规律（图6）。整体上，降温强度随高度增加，先增大后减小；其中，垂直绿化设计高度较低或全覆盖场景下，降温强度仅呈现随高度增加而递减的趋势。RG的最大降温强度多出现在高出屋面3m处；≤12m时，屋顶冷空气纵向传输距离缩短，降温强度约为0.06℃，表现出对近地面热环境的改善作用；≥27m时的风速更大，冷空气水平扩散速度更快，降温强度逐高度变化趋势更为平缓。

 

VG1和VG2中的最大降温强度均在绿化设计高度出现，但前者冷空气纵向覆盖范围可延伸至屋面以上5m处。VG3中距地面5m以下的空间是主要“冷岛区”，普遍降温强度为0.12~0.19℃；降温强度在近屋顶高度骤降，且均小于0.07℃。

 

 

图7显示了各立体绿化模拟场景在16：00时的三维空间平均降温强度（图7-1）和单位面积（每500m2）降温强度（图7-2）。立体绿化面积固定的RG、VG1和VG2场景的降温强度均随设计高度增加而递减，但垂直绿化全覆盖场景VG3的降温强度随设计高度增加而递增。VG3场景的模拟结果也进一步表明了垂直绿化降温的规模效应，即绿化覆盖面积越大，平均降温强度越大；但≥30m时，

平均降温强度增幅不再显著，最终维持在0.12℃左右。

 

屋顶绿化三维空间的单位面积降温强度明显大于垂直绿化。VG3在垂直绿化场景中的单位面积降温强度最大，但与屋顶绿化相比，未表现出优势。在近建筑三维空间中，屋顶绿化的降温区域更加集中，而垂直绿化产生的冷空气更易在纵向传输过程中被稀释，越接近地面，向外扩散的范围也越大。