垂直綠化技術研究及推廣分析

潘林

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

城市熱環境是城市生態系統的一個子系統，涉及到人、氣候系統、人工環境、自然環境等多個組成要素。隨著現代城市的快速發展，城市的生態系統發生了顯著變化，城市熱環境也呈現惡化趨勢，這直接影響了城市居民的生產狀況和生活質量， 也給能源消耗帶來了巨大的負擔。據統計，夏季平均溫度每提高1 ℃或冬季平均溫度每降低1 ℃， 城市居民用電量可增加6% ～ 10%， 這極大地限制了城市的可持續發展。在“雙碳目標”下，如何利用建筑市政行業的技術優勢，改善城市熱環境、降低城市碳排放、制造良好的人居環境已經成為建筑師和規劃師不容回避的問題。

1 垂直綠化的概念與作用

垂直綠化，是指將植物（主要是草本類、灌木類）種植于墻面之上， 通過一定的技術措施使其能夠存活一定的時間。該技術主要是通過植物遮陽，減少建筑吸收的太陽輻射， 從而達到降低建筑物表面溫度的目的。 一方面，通過減少熱流內向的傳輸，降低建筑冷負荷；另一方面，通過減少建筑表面向外的二次輻射和輻射反射，改善建筑周圍環境的舒適度[1]。 因此，該技術作為人類應對氣候變化、熱島效應、城市空氣污染而進行的一種城市生態修復措施， 其生態效應和景觀效應上都有其顯著的作用。

1）降低噪聲。綠色植物是天然的消聲器。噪聲通過植物的表層被折射出來， 而樹葉和樹枝之間的聲波會隨著聲波的連續反射而減弱， 從而降低噪聲的分貝。此外，葉片上的毛刺和毛刺也可以起到衰減噪聲的作用。

2）過濾和凈化空氣。 攀緣植物的葉片多有絨毛或凹凸的脈紋，能吸附大量的飄塵，起到過濾和凈化空氣的作用。 同時，由于植物能吸收二氧化碳，釋放氧氣， 因此有藤蔓覆蓋的住宅內可獲得更多的新鮮空氣，改善城市熱島效應，形成良好的微氣候環境。對于建筑密集的居住區而言， 垂直綠化對居住環境質量的改善效果更為明顯[2]。

3）降低太陽的輻射強度，降低建筑物溫度。濃密的枝葉像一層厚厚的絨毯， 大幅降低了太陽的輻射強度，同時也降低了建筑外墻的溫度。 據測定，有植物遮蔭的地方， 光照強度僅有陽光直射地方的幾十分之一甚至百分之一； 有植物覆蓋的墻面溫度通常可比無綠化覆蓋的墻面溫度降低2～7 ℃， 室內溫度可降3～5℃。 由此可見，垂直綠化的降溫效果明顯，可顯著改善室內熱舒適性，減少空調能耗。 冬季植物落葉后，也不會影響墻面得到太陽輻射熱，同時附著在墻面上的枝莖還能作為一層保溫層，縮小冬夏兩季溫差[3]。

4）減少光污染。城市建筑外墻上的各類材料（如玻璃幕墻、大理石貼面、裝飾面涂料等）會反射出太陽輻射， 導致建筑物的外墻過于明亮從而產生刺眼的光芒， 在一定程度上損害人們的視力， 形成光污染。垂直綠化可以削弱建筑表面的反光作用，調節城市的光線和環境，減輕駕駛員的視覺疲勞，保證城市道路的安全。

5）美化環境，增強景觀效應。墻面垂直綠化具有很好的觀賞性， 其綠化的面積和形狀都可以人為控制，還可讓綠化整覆建筑或成圖案式覆于墻面。植物品種選擇得當，整座建筑幾乎四季常青，給人以置身于大自然之中的感受。

2 南昌城市熱環境現狀分析

南昌作為一個新興的大都市， 在城市建設發展的同時， 也面臨著熱島效應這樣典型的城市熱環境問題。 然而，當地對新興的垂直綠化技術關注不足。除了少數的屋面綠化外， 在南昌很難看到垂直綠化的身影。 因此，為了更好地美化城市環境，更有效地解決城市熱環境問題， 有必要探討垂直綠化技術在南昌推廣的可行性。 以下擬對南昌的城市熱環境現狀進行分析，以期為后續。研究分析城市垂直綠化推廣對改善南昌城市熱環境的作用及效果提供數據支撐。

2.1 地區熱環境現狀

南昌氣侯濕潤溫和， 屬夏熱冬冷地區， 雨量充沛，四季分明，春秋季短，冬夏季長，適合植物、花卉生長，是營造“花園城市”的理想地區。 但是，近年來南昌城市建設的飛速發展也給城市的熱環境帶來了嚴重的破壞。 具體表現在以下幾個方面。

1）平均氣溫逐年上升。 據資料記載，南昌1971年的年平均溫度為17.4 ℃，而近幾年南昌的年平均溫度已達到了18.4 ℃。 不難發現，南昌的氣溫逐年上升，尤其是近10年，南昌的年平均氣溫升高了0.6 ℃。 同時，受城市熱島效應的影響，近10年南昌高溫日數平均增加了3 d。

2）水分流失，城市濕度降低。由于南昌城市建筑物和道路基本采用的是不透水層，因此降雨后，水分很快流失， 加上城市植被面積減少， 造成蒸發量減少，城市近地層空氣濕度降低。近10年來，南昌年平均相對濕度降低了1.2%，該市大霧日數逐漸減少[4]。

3）年總降水量明顯增加。 城市化發展排放的污染物使城市上空大氣中含有大量有利于降水的凝結核，而在城市高層建筑集中區，熱島環流又有利于城市上空的熱對流發展，易于引發暴雨[5]。 根據資料分析，近10年南昌年總降水量增加了約120 mm，暴雨日數平均增加了2 d。

4）空氣質量下降。隨著城市化的發展，城市內部高樓林立，形成了特殊的下墊面，再結合各式各樣的建筑體態，對自然風的流通產生了一系列阻礙，導致自然風速減弱，從客觀上增加了“城市火爐”的特質。自然風速的減弱還會導致氣候環境變差。 因為城市排放的工業廢氣、汽車尾氣等，使大氣中的氣溶膠、懸浮物明顯增多, 空氣混濁度增加， 大氣透明度降低。資料顯示，近10年，南昌灰霾日數年平均增加了45 d，平均每年太陽年總輻射減少7.4 MJ/㎡。

總而言之， 南昌市現在的城市熱環境已經越來越影響到了居民的日常生活， 同時這種近乎不可逆性的城市發展和生態破壞將直接影響城市的未來。因此， 南昌迫切需要找到一種能夠有效遏制城市熱環境持續惡化的方法。

2.2 室內熱環境分析

針對南昌市室內熱環境問題， 研究人員做了一次問卷調查， 采用上門訪問的形式， 發出問卷500份，收回465 份，回收率為93%，其中有效問卷300份，有效率為60%。調查內容包括調查對象的基本情況、居住情況、冬季調查和夏季調查四大部分。 問卷揭示了南昌市民住宅的概況、 居民的生活方式以及他們對室內熱環境的主觀評價等。 被調查對象的基本情況見表1。 被調查對象的住宅及室內熱環境情況如下：1）居住面積為0～70 m2的有50 戶，70～90 m2的有65 戶，90～110 m2的有68 戶，110～130 m2的有61 戶，130 m2以上的有56 戶；2）住宅朝向上，南北向210 戶，東西向90 戶；3）外墻結構上，磚混結構89 戶，鋼筋混凝土結構211 戶；4）樓層分布上，地上1～8 層112 戶，9 層以上188 戶；5）對室內熱環境滿意程度上，表示滿意的72 戶，感覺一般的有124 戶，表示不滿意的有98 戶，很糟糕的有6 戶。

表1 被調查對象背景資料統計

通過調研， 冬季有20%的住戶選擇開啟一部分窗戶，而夏季則有高達60%的住戶將窗戶全開；冬季有30%的住戶選擇晚上開空調， 而夏季則有高達80%的住戶晚上開空調。

綜上，依據問卷調查數據統計結果可知，近三分之二的住戶對于自己的居住熱環境不太滿意。 南昌市是個典型的夏熱冬冷型的城市， 不論是夏季或者冬季，室內溫度的恒定與舒適都較大程度依賴空調，從而導致能源的消耗較多，也更加劇了城市熱島效應。

3 垂直綠化技術類型及植物選擇原則

如前所述，垂直綠化是指將植物種植于墻面、窗臺、屋頂、棚架等地的綠化方法，利用植物遮陽作用，減少建筑吸收吸收的太陽輻射， 從而降低建筑物表面溫度。 該技術的關鍵在于將植物種植于墻面的技術類型以及植物品種的選擇等方面。

3.1 傳統垂直綠化技術類型

根據將植物種植于墻面的施工方法， 垂直綠化技術類型一般可以分為吸附攀爬型、纏繞攀爬型、下垂型、攀爬下垂并用型、樹墻型、“骨架+花盆”組合型、模塊化等類型。

1）吸附攀爬型綠化，即將爬山虎、地錦類、凌霄類等吸附型的藤蔓植物栽植在墻面的附近， 讓藤蔓植物直接吸附墻面攀爬的綠化方式。 這種方法的優點是培植簡單、方便、價格低廉；缺點是不知道植物生長的方向，在墻面上看起來比較凌亂，沒有統一感。

2）纏繞攀爬型綠化，是指在墻面前安裝網狀物、格柵，或設置混凝土花器，栽植木通、南蛇藤、絡石、紫藤等纏繞型蔓藤植物的綠化技術。 優點是外觀統一；缺點是植物死后不易清理。

3）下垂型綠化，即在墻面的頂部安裝種植容器，種植枝蔓伸長力較強的藤蔓植物，如常春藤、牽牛、地錦、凌霄、扶芳藤等，讓枝蔓下垂的綠化方式。優點是價格低廉，工程實現簡單；缺點是灌溉不方便。

4）攀爬下垂并用型綠化，即在墻面的頂端和附近栽植藤蔓植物， 從上方讓須根下垂的同時， 也從下方讓須根攀爬的綠化方式。 植物從上下兩個方向朝樓層中間生長，能更快速地起到全面綠化的作用。

5）樹墻型綠化，即將灌木栽植在墻體前面，使樹橫向生長，呈籬笆狀貼附墻面遮掩墻體。這種方法所需的綠化空間小，特別適合土地狹小地區。優點是種植方便，缺點是不適用高層建筑。

6）“骨架+花盆”組合型綠化，通常是先緊貼墻面或離開墻面5～10 cm 搭建平行于墻面的骨架， 輔以滴灌或噴灌系統， 再將事先綠化好的花盆嵌入骨架空格中。 其優點是無論地面植物或山崖植物均可以選用，采用自動澆灌系統，更換植物方便，適用于臨時植物花卉布景。不足之處在于需在墻外加骨架，骨架厚度大于20 cm，體量過大可能在影響表觀；骨架須固定在墻體上，固定點處容易產生漏水隱患；骨架銹蝕會影響系統整體使用壽命； 滴灌系統容易被堵失靈從而導致植物缺水死亡[6]。

7）模塊化墻體綠化，其建造工藝與“骨架+花盆”組合型類似，但將花盆變成了方塊形、菱形等幾何模塊。 模塊化的栽植方式方便采用不同形態的單元進行適當地拼接。

3.2 新型垂直綠化概念的引進

考慮到在南昌推行垂直綠化多為在已有建筑上進行改造，為方便改造，特別引進了兩種新型的垂直綠化技術，可直接在已有屋面上增加預制面層，既方便安裝也方便后期維護。

1）預制式垂直綠化貼面是一種以“工廠預制”為理念的新型墻面垂直綠化， 其特色在于可以像外墻貼面一樣將在工廠預制后的模塊直接運往現場進行安裝，且不需要太多的后期維護，也需要管道鋪設，只需在合適部位做蓄水槽。 但是在干掛或者砌筑時需要注意上下以及左右錯縫砌筑， 以保證水分順利流到下層貼面綠化。 由于該方式需要考慮外掛承重問題，貼面植物應以輕質草皮為主，不適宜采用較大型花卉。

2）干掛式熱橋垂直綠化是一種以解決建筑熱橋問題為出發點的綠化措施。 建筑熱橋是指外墻和屋面等圍護結構中的鋼筋混凝土或金屬梁、柱、肋等部位。熱橋部位多為建筑承重部位，這些部位傳熱能力強，熱流較密集，內表面溫度較低，所以容易引起室內溫度的較大波動[7]。干掛式熱橋垂直綠化即是將熱橋部位作為龍骨，在其基礎上砌筑植物種植槽，通過針對性的覆蓋綠化達到更高效的降溫效果。

干掛式熱橋垂直綠化即是其構造方法見圖1。

圖1 干掛式熱橋垂直綠化構造方法示意（單位：mm）

3.3 植物的選擇原則

垂直綠化植物配置應充分尊重植物的生長習性，根據立地條件、植物的生長習性以及景觀的協調性綜合進行選擇。 常見的垂直綠化用植物包括纏繞類植物牽牛、菜豆、金銀花、紫藤等，勾刺類植物木香、攀爬月季、薔薇，攀援類植物葫蘆、絲瓜、鐵線蓮，攀附類植物常春藤、 扶芳藤以及爬山虎等。 根據經驗，建筑物低于2 m 的，可選擇鐵線蓮、常春藤、牽牛等。建筑物高度為2～5 m，可種植葡萄、杠柳、葫蘆等植物。 建筑物在5 m 以上，可種植中國地錦、美國地錦、美國凌霄等。

4 垂直綠化技術應用效果比較與分析

以下針對南昌市的具體情況采用上述垂直綠化新技術的適應性進行研究， 技術分析選用Autodesk Ecotect Analysis 2011 建筑軟件，分析數據采用南昌市氣象局提供的氣象資料。 本研究分析的建筑有84個區域房間，本文主要分析第25 個區域房間。 未采用垂直綠化的建筑A 和采用垂直綠化的建筑B 分別見圖2（a）、圖2（b）。 A、B 兩個建筑的位置結構相同，選取其中相同的房間（二樓客廳）作為研究對象，見圖2（c）。

圖2 未采用、采用垂直綠化的建筑對比

A、B 建筑的測試房間得熱分析如圖3 所示。

圖3 A、B 建筑測試房間得熱分析

從圖3 可以明顯看出， A 建筑測試房間夏季直接得熱比B 建筑測試房間要多；而冬季失熱明顯比B 建筑要多。而這對比說明采用了垂直綠化的建筑，其保溫隔熱性能有較大的提高， 建筑也會因此消耗更少的能量用于恒定室內溫度。

A、 B 建筑的得熱組成指數分析見圖4。

圖4 A、B 建筑的得熱組成指數分析

從圖4 可以明顯看出，建筑得熱與傳導傳熱、空氣傳熱、太陽輻射、空氣流通傳熱、內部傳熱、區域傳熱有關。1）傳導傳熱。A 建筑的傳導傳熱占總得熱的17.7%和75.3%，B 建筑的傳導傳熱占總得熱的17.0%和74.9%。 2）空氣傳熱。 A 建筑的空氣傳熱占總得熱的56.1%，B 建筑的空氣傳熱占總得熱的58.2%。 3）太陽輻射。 A 建筑的太陽輻射占總得熱的比例很小，B 建筑的太陽輻射占總得熱的比例也很小。 4）空氣流通傳熱。 A 建筑占13.4%，B 建筑占15.1%。 5）內部傳熱。 A 建筑占9.6%，B 建筑占10.4%；6）區域傳熱。 A 建筑的區域傳熱占總得熱的10.7%和11.2%，B 建筑的區域傳熱占總得熱的8.1%和10.0%。

通過上述對比說明采用了垂直綠化的建筑，其傳導傳熱性能提高了，而且區域傳導也較低，所以建筑的耗能也相對較低。

5 結論

綜上所述， 城市的快速發展使城市的熱環境質量急劇下降，如何在建筑密度高、人口稠密、公共綠地面積少的城市內增大城市綠化面積， 提升居住環境質量已經成為城市發展的新的難題。 垂直綠化技術在應對氣候變化、減輕熱島效應、減少城市空氣污染有著很好的生態修復作用， 但是由于垂直綠化的技術還不夠成熟，成本投入較大，后期維護也較為繁瑣， 導致大部分垂直綠化只用于標志性建筑或是政府性建筑。 該技術在普通居民住宅建筑的設計中依舊比較少見。

本文以節能減排、改善城市熱環境為目的，探討了成本低廉、建設簡單、維護簡單、可行性大、可普及化的垂直綠化技術方案， 并以南昌實際建筑項目為研究對象， 利用專業的分析軟件對采用垂直綠化技術后建筑隔熱保溫性能進行了分析。研究認為：1）經過垂直綠化技術處理后的建筑隔熱保溫性能得到質的提升。 夏季最熱日室內平均溫度比處理前可低5 ℃左右，冬季最冷日室內平均溫度可比處理前高3 ℃左右，保溫隔熱效果明顯。 經過垂直綠化技術處理后的建筑室內舒適度明顯提高且室內能耗明顯較低，室內使用空調的頻率明顯減少。2）通過建設垂直綠化，區域內光合作用明顯增加，二氧化碳含量明顯降低，可解決區域內熱環境問題。若在整個城市內推廣垂直綠化，可有效解決城市熱島效應問題。 同時，通過建設垂直綠化，還可凈化城市空氣，吸附空氣中的懸浮物，降低PM2.5的含量。 3）垂直綠化的投入在545 元/m2左右，約占整個建設費用的9.08%，在可接受范圍內。

由此可見， 推廣垂直綠化技術無論是從社會效益、環境效益，還是經濟效益上，都非常可觀。最重要的是其成本較低，維護簡單，建設方便而節能減排效果明顯。除解決住宅本身的熱環境問題外，其對區域環境，城市環境都有明顯的改善效果，值得推廣。