屋顶花园生态节能技术研究进展与展望

    徐晓晴?胡运宏

    

    

    摘 要：屋顶花園在缓解城市热岛效应、雨洪管理、改善空气质量等方面发挥了重要作用，体现了巨大的生态效益。近五年来，在生态节能技术方面对屋顶花园的研究成为风景园林学科领域的热点之一。本文简要总结了近五年来屋顶花园在新技术和新材料方面的研究进展，简要讨论了今后屋顶花园生态节能技术研究应重视的若干问题。

    关键词：屋顶花园;屋顶绿化;生态节能;环保

    随着城市化建设进程的加快，热岛效应、洪涝灾害、空气污染等城市生态问题日益严重，改善生态环境的呼吁声越来越强烈。绿色建筑的研究在近几年兴起，具有生态、环保、休闲和美化城市的屋顶花园，作为构建绿色建筑的一种有效手段，正得到人们广泛的认可。[1]屋顶花园是在各类建筑物、构筑物、桥梁（立交桥）等的屋顶、露台、天台、阳台等上造园，种植树木花卉的统称。[2]国内外大量的研究表明，屋顶花园的许多生态价值已经被证实，比如降低温度、蓄收雨水、净化空气等等。屋顶花园生态节能技术能使屋顶花园在生命周期内，资源和能源消耗最小化，通过科学的整体设计，集成太阳能利用、风能利用、雨水循环利用、节水措施、绿色材料等技术，达到了最高效率地利用能源和资源，最低限度地影响环境的目的。[3]本文通过对近五年国内屋顶花园生态节能技术的文献进行了梳理，对装配式屋顶绿化技术、太阳能利用技术、节水灌溉技术、新型绿色材料应用作扼要总结，并对关于屋顶花园研究的科学问题与未来屋顶花园的生态节能研究进行了展望。

    1 新技术利用

    1.1 装配式屋顶绿化技术

    装配式屋顶绿化系统是将防水和种植部分分开设计，种植部分采用专门的种植箱、轻质营养种植土，而防水部分则升级了防水层和保温层，提升了防水的可靠性，强化了保温隔热功能。[4]种植容器主要由保温隔热层、排水槽、蓄水层、阻根层和排水过滤层组成，能满足过滤、排水、蓄水、阻根等功能需求;容器可根据实际情况拼装、叠加，容器之间通过卡槽连接，由排水通道风槽连通，形成通路。[5]

    装配式屋顶绿化技术具有显著的生态效益，在不破坏原有屋顶的基础上提高城市绿化率，减少施工带来的损耗。组合式容器绿化增加的荷载低于屋顶临时荷载，[6]且在雨水滞留、水质净化和保温隔热方面有很大作用。[7]韩丽莉等[8]发现移动种植容器式屋顶花园非常适用于旧建筑的改造，降低屋顶传热量的同时减少了对房屋结构的建设性破坏。

    1.2 太阳能利用技术

    我国在太阳能利用方面具有地势优势，平均每天每平方米接收到的太阳辐射能在4kW·h～6kW·h。[9]目前，太阳能利用技术在屋顶花园中的应用主要有光伏发电技术和集热技术，太阳能光伏发电技术的应用较为广泛。

    光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术，[10]在屋顶花园的使用中，主要将太阳能设施置入园林小品实现自我供电，和利用太阳能光伏发电机、光伏发电薄膜为建筑用电作出补偿。黄衍生等[11]在如春园林屋顶花园中使用了LED太阳能草坪灯，其本身作为一个小型的太阳能供电系统，主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成。林敏等[12]在屋顶花园建设小规模太阳能光伏发电系统，发电足以提供屋顶花园灌溉和水循环用电，并可为该建筑的公共照明提供部分电源。程仁武等[13]在办公楼楼梯间顶部及花架上方设置薄膜太阳能光伏发电机组，薄膜光伏工作时，通过薄膜分光技术将太阳辐射分为植物需要的光能和用于太阳能发电的光能，既满足了植物生长需求，又实现了光电转换。

    除太阳能光伏发电技术之外，太阳能集热技术逐步在屋顶花园中投入应用，通过设置太阳能集热器实现热能转换，集热可供部分建筑用电。袁凌[14]通过调查北京园博府居住小区屋顶绿化，发现其在有限的屋顶空间采用“复合屋顶式”设计，将太阳能集热器整体架空抬高成为建筑造型的一部分，下方屋面布置简式绿化，以解决太阳能集热器体积庞大的问题。

    1.3 节水灌溉技术

    屋顶花园所处地理位置较高、风力较大、光照强烈，因此绿化灌溉用水的蒸发量较大。为节约水资源，多种节水灌溉技术措施在屋顶绿化中得到利用，包括喷灌、滴灌、渗灌以及自动化灌溉4类，屋顶绿化灌溉技术将向着灌溉自动化、人工智能化、节能化、控制系统多样化等方面发展。[15]近年来，屋顶花园灌溉新技术可分为人工控制式和智能控制式，现将二者的比较做以下总结，见表1。

    2 新材料应用

    绿色材料是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废物生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料。[18]近年来，我国对于绿色新材料的研发越加重视，现将屋顶花园绿色新材料的应用做以下总结，见表2。

    3 研究展望

    国内关于屋顶花园在生态节能方向的研究还处于起步阶段，应用案例较少，但随着“绿色建筑”和“海绵城市”的推动发展，研究已有明显增加，取得了很大的进展，今后在以下几个方面还需要进一步的探索和研究。

    第一，基于海绵城市体系的建设，屋顶花园在节水灌溉方面取得了很好的成果，可进行更进一步的研究。系统研究智能化、自动化的雨水循环系统，将雨水收集、净化和灌溉技术一体化，对水资源节约具有重要的现实意义。

    第二，虽然已经有人将废弃玻璃、鸡蛋壳等材料重新利用，但应用于园林绿化行业的绿色材料研究仍然较少。随着国家对于废弃材料的利用越来越关注，把废弃材料直接利用或者经过加工之后再用于园林中的研究是很有前景的，既减少了资源的消耗，又丰富了园林材料的类型。

    第三，已有研究将太阳能转换成电能、热能和动能在屋顶花园中利用，但由于节能设备与有限的屋顶空间难以协调，研究案例数量少、规模小。可进行建筑与屋顶花园生态技术一体化的设计研究，让屋顶花园发挥出最大的生态效益。

    （注：文中图表均为作者自绘）

    参考文献：

    [1] 赵志英.浅谈绿色建筑屋顶花园的生态功能和构建技术[J].建筑知识，2011，31（12）：144-145.

    [2] 王庆.屋顶花园设计与适宜技术[D].重庆大学，2007.

    [3] 夏爱萍.生态节能技术在城市屋顶花园设计中的应用研究[J].四川林业科技，2011，32（01）：118-122.

    [4] 王云亮，郑子龙，谷守国.装配式屋顶绿化系统的防水和种植设计[J].中国建筑防水，2017（19）：15-17.

    [5] 程仁武，文才臻，張俊涛.装配式屋顶花园节能技术应用与分析[J].广东园林，2018，40（04）：64-68.

    [6] 王军利，仝玉琴，刘建海，等.组合式容器绿化在咸阳城区老旧楼房屋顶绿化中的应用[J].农学学报，2018，8（05）：35-40.

    [7] 李婷，田中.容器式屋顶绿化探讨——以嘉悦江庭住宅小区海绵城市建设屋顶绿化为例[J].绿色科技，2018（21）：42-45.

    [8] 韩丽莉，柯思征，陈美铃.容器式屋顶绿化在古建筑中的应用——以上海黄浦区政协人大屋顶绿化为例[J].中国园林，2015，31（11）：9-12.

    [9] 张喜荣，陈婷.城镇化屋顶发电面临的问题与对策[J].中国市场，2015（26）：279-280.

    [10] 张萍.光伏发电系统性能优化设计[D].南京师范大学，2015.

    [11] 黄衍生，高艳芳，黄可珺，等.广州城市屋顶花园生态节能设计初探——以如春园林屋顶花园为例[J].广东园林，2015，37（05）：32-35.

    [12] 林敏，胡迪.宁波市某机关办公建筑屋顶生态节能改造设计[J].建筑节能，2017，45（08）：97-100.

    [13] 程仁武，文才臻，张俊涛.装配式屋顶花园节能技术应用与分析[J].广东园林，2018，40（04）：64-68.

    [14] 袁凌.绿色建筑中的立体绿化——国内相关研究与应用（下）[J].动感（生态城市与绿色建筑），2016（03）：44-51.

    [15] 王宾.屋顶绿化灌溉技术研究现状与发展趋势[J].长江科学院院报，2018，35（12）：34-38.

    [16] 吴锦华，黄金凤，刘芳伊.谈既有建筑屋顶花园的施工技术——以江苏南京银城广场辅楼屋顶绿化施工技术为例[J].中外建筑，2016（07）：146-149.

    [17] 铁志收.大型屋顶花园的仿生精确灌溉渗灌系统——杭州国际博览中心屋顶花园浇灌系统简介[J].中国园林，2016，32（10）：32-34.

    [18] 邓陈宁，李家科，李怀恩.城市雨洪管理中绿色屋顶研究与应用进展[J].环境科学与技术，2018，41（03）：141-150.

    [19] 史大聪，李捷，陈俊律，等.玻璃轻石运用在园艺和城市绿化中的技术研究[J].江苏建材，2018（01）：22-24.

    [20] 马莹.论北京屋顶花园绿化施工技术及新材料的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（36）：394-395.

    作者简介：徐晓晴（1997—），女，湖南邵阳人，南京林业大学风景园林学院硕士研究生在读，研究方向：风景园林历史与理论。