垂直绿化技术研究及推广分析

潘林

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

城市热环境是城市生态系统的一个子系统，涉及到人、气候系统、人工环境、自然环境等多个组成要素。随着现代城市的快速发展，城市的生态系统发生了显著变化，城市热环境也呈现恶化趋势，这直接影响了城市居民的生产状况和生活质量， 也给能源消耗带来了巨大的负担。据统计，夏季平均温度每提高1 ℃或冬季平均温度每降低1 ℃， 城市居民用电量可增加6% ～ 10%， 这极大地限制了城市的可持续发展。在“双碳目标”下，如何利用建筑市政行业的技术优势，改善城市热环境、降低城市碳排放、制造良好的人居环境已经成为建筑师和规划师不容回避的问题。

1 垂直绿化的概念与作用

垂直绿化，是指将植物（主要是草本类、灌木类）种植于墙面之上， 通过一定的技术措施使其能够存活一定的时间。该技术主要是通过植物遮阳，减少建筑吸收的太阳辐射， 从而达到降低建筑物表面温度的目的。 一方面，通过减少热流内向的传输，降低建筑冷负荷；另一方面，通过减少建筑表面向外的二次辐射和辐射反射，改善建筑周围环境的舒适度[1]。 因此，该技术作为人类应对气候变化、热岛效应、城市空气污染而进行的一种城市生态修复措施， 其生态效应和景观效应上都有其显著的作用。

1）降低噪声。绿色植物是天然的消声器。噪声通过植物的表层被折射出来， 而树叶和树枝之间的声波会随着声波的连续反射而减弱， 从而降低噪声的分贝。此外，叶片上的毛刺和毛刺也可以起到衰减噪声的作用。

2）过滤和净化空气。 攀缘植物的叶片多有绒毛或凹凸的脉纹，能吸附大量的飘尘，起到过滤和净化空气的作用。 同时，由于植物能吸收二氧化碳，释放氧气， 因此有藤蔓覆盖的住宅内可获得更多的新鲜空气，改善城市热岛效应，形成良好的微气候环境。对于建筑密集的居住区而言， 垂直绿化对居住环境质量的改善效果更为明显[2]。

3）降低太阳的辐射强度，降低建筑物温度。浓密的枝叶像一层厚厚的绒毯， 大幅降低了太阳的辐射强度，同时也降低了建筑外墙的温度。 据测定，有植物遮荫的地方， 光照强度仅有阳光直射地方的几十分之一甚至百分之一； 有植物覆盖的墙面温度通常可比无绿化覆盖的墙面温度降低2～7 ℃， 室内温度可降3～5℃。 由此可见，垂直绿化的降温效果明显，可显著改善室内热舒适性，减少空调能耗。 冬季植物落叶后，也不会影响墙面得到太阳辐射热，同时附着在墙面上的枝茎还能作为一层保温层，缩小冬夏两季温差[3]。

4）减少光污染。城市建筑外墙上的各类材料（如玻璃幕墙、大理石贴面、装饰面涂料等）会反射出太阳辐射， 导致建筑物的外墙过于明亮从而产生刺眼的光芒， 在一定程度上损害人们的视力， 形成光污染。垂直绿化可以削弱建筑表面的反光作用，调节城市的光线和环境，减轻驾驶员的视觉疲劳，保证城市道路的安全。

5）美化环境，增强景观效应。墙面垂直绿化具有很好的观赏性， 其绿化的面积和形状都可以人为控制，还可让绿化整覆建筑或成图案式覆于墙面。植物品种选择得当，整座建筑几乎四季常青，给人以置身于大自然之中的感受。

2 南昌城市热环境现状分析

南昌作为一个新兴的大都市， 在城市建设发展的同时， 也面临着热岛效应这样典型的城市热环境问题。 然而，当地对新兴的垂直绿化技术关注不足。除了少数的屋面绿化外， 在南昌很难看到垂直绿化的身影。 因此，为了更好地美化城市环境，更有效地解决城市热环境问题， 有必要探讨垂直绿化技术在南昌推广的可行性。 以下拟对南昌的城市热环境现状进行分析，以期为后续。研究分析城市垂直绿化推广对改善南昌城市热环境的作用及效果提供数据支撑。

2.1 地区热环境现状

南昌气侯湿润温和， 属夏热冬冷地区， 雨量充沛，四季分明，春秋季短，冬夏季长，适合植物、花卉生长，是营造“花园城市”的理想地区。 但是，近年来南昌城市建设的飞速发展也给城市的热环境带来了严重的破坏。 具体表现在以下几个方面。

1）平均气温逐年上升。 据资料记载，南昌1971年的年平均温度为17.4 ℃，而近几年南昌的年平均温度已达到了18.4 ℃。 不难发现，南昌的气温逐年上升，尤其是近10年，南昌的年平均气温升高了0.6 ℃。 同时，受城市热岛效应的影响，近10年南昌高温日数平均增加了3 d。

2）水分流失，城市湿度降低。由于南昌城市建筑物和道路基本采用的是不透水层，因此降雨后，水分很快流失， 加上城市植被面积减少， 造成蒸发量减少，城市近地层空气湿度降低。近10年来，南昌年平均相对湿度降低了1.2%，该市大雾日数逐渐减少[4]。

3）年总降水量明显增加。 城市化发展排放的污染物使城市上空大气中含有大量有利于降水的凝结核，而在城市高层建筑集中区，热岛环流又有利于城市上空的热对流发展，易于引发暴雨[5]。 根据资料分析，近10年南昌年总降水量增加了约120 mm，暴雨日数平均增加了2 d。

4）空气质量下降。随着城市化的发展，城市内部高楼林立，形成了特殊的下垫面，再结合各式各样的建筑体态，对自然风的流通产生了一系列阻碍，导致自然风速减弱，从客观上增加了“城市火炉”的特质。自然风速的减弱还会导致气候环境变差。 因为城市排放的工业废气、汽车尾气等，使大气中的气溶胶、悬浮物明显增多, 空气混浊度增加， 大气透明度降低。资料显示，近10年，南昌灰霾日数年平均增加了45 d，平均每年太阳年总辐射减少7.4 MJ/㎡。

总而言之， 南昌市现在的城市热环境已经越来越影响到了居民的日常生活， 同时这种近乎不可逆性的城市发展和生态破坏将直接影响城市的未来。因此， 南昌迫切需要找到一种能够有效遏制城市热环境持续恶化的方法。

2.2 室内热环境分析

针对南昌市室内热环境问题， 研究人员做了一次问卷调查， 采用上门访问的形式， 发出问卷500份，收回465 份，回收率为93%，其中有效问卷300份，有效率为60%。调查内容包括调查对象的基本情况、居住情况、冬季调查和夏季调查四大部分。 问卷揭示了南昌市民住宅的概况、 居民的生活方式以及他们对室内热环境的主观评价等。 被调查对象的基本情况见表1。 被调查对象的住宅及室内热环境情况如下：1）居住面积为0～70 m2的有50 户，70～90 m2的有65 户，90～110 m2的有68 户，110～130 m2的有61 户，130 m2以上的有56 户；2）住宅朝向上，南北向210 户，东西向90 户；3）外墙结构上，砖混结构89 户，钢筋混凝土结构211 户；4）楼层分布上，地上1～8 层112 户，9 层以上188 户；5）对室内热环境满意程度上，表示满意的72 户，感觉一般的有124 户，表示不满意的有98 户，很糟糕的有6 户。

表1 被调查对象背景资料统计

通过调研， 冬季有20%的住户选择开启一部分窗户，而夏季则有高达60%的住户将窗户全开；冬季有30%的住户选择晚上开空调， 而夏季则有高达80%的住户晚上开空调。

综上，依据问卷调查数据统计结果可知，近三分之二的住户对于自己的居住热环境不太满意。 南昌市是个典型的夏热冬冷型的城市， 不论是夏季或者冬季，室内温度的恒定与舒适都较大程度依赖空调，从而导致能源的消耗较多，也更加剧了城市热岛效应。

3 垂直绿化技术类型及植物选择原则

如前所述，垂直绿化是指将植物种植于墙面、窗台、屋顶、棚架等地的绿化方法，利用植物遮阳作用，减少建筑吸收吸收的太阳辐射， 从而降低建筑物表面温度。 该技术的关键在于将植物种植于墙面的技术类型以及植物品种的选择等方面。

3.1 传统垂直绿化技术类型

根据将植物种植于墙面的施工方法， 垂直绿化技术类型一般可以分为吸附攀爬型、缠绕攀爬型、下垂型、攀爬下垂并用型、树墙型、“骨架+花盆”组合型、模块化等类型。

1）吸附攀爬型绿化，即将爬山虎、地锦类、凌霄类等吸附型的藤蔓植物栽植在墙面的附近， 让藤蔓植物直接吸附墙面攀爬的绿化方式。 这种方法的优点是培植简单、方便、价格低廉；缺点是不知道植物生长的方向，在墙面上看起来比较凌乱，没有统一感。

2）缠绕攀爬型绿化，是指在墙面前安装网状物、格栅，或设置混凝土花器，栽植木通、南蛇藤、络石、紫藤等缠绕型蔓藤植物的绿化技术。 优点是外观统一；缺点是植物死后不易清理。

3）下垂型绿化，即在墙面的顶部安装种植容器，种植枝蔓伸长力较强的藤蔓植物，如常春藤、牵牛、地锦、凌霄、扶芳藤等，让枝蔓下垂的绿化方式。优点是价格低廉，工程实现简单；缺点是灌溉不方便。

4）攀爬下垂并用型绿化，即在墙面的顶端和附近栽植藤蔓植物， 从上方让须根下垂的同时， 也从下方让须根攀爬的绿化方式。 植物从上下两个方向朝楼层中间生长，能更快速地起到全面绿化的作用。

5）树墙型绿化，即将灌木栽植在墙体前面，使树横向生长，呈篱笆状贴附墙面遮掩墙体。这种方法所需的绿化空间小，特别适合土地狭小地区。优点是种植方便，缺点是不适用高层建筑。

6）“骨架+花盆”组合型绿化，通常是先紧贴墙面或离开墙面5～10 cm 搭建平行于墙面的骨架， 辅以滴灌或喷灌系统， 再将事先绿化好的花盆嵌入骨架空格中。 其优点是无论地面植物或山崖植物均可以选用，采用自动浇灌系统，更换植物方便，适用于临时植物花卉布景。不足之处在于需在墙外加骨架，骨架厚度大于20 cm，体量过大可能在影响表观；骨架须固定在墙体上，固定点处容易产生漏水隐患；骨架锈蚀会影响系统整体使用寿命； 滴灌系统容易被堵失灵从而导致植物缺水死亡[6]。

7）模块化墙体绿化，其建造工艺与“骨架+花盆”组合型类似，但将花盆变成了方块形、菱形等几何模块。 模块化的栽植方式方便采用不同形态的单元进行适当地拼接。

3.2 新型垂直绿化概念的引进

考虑到在南昌推行垂直绿化多为在已有建筑上进行改造，为方便改造，特别引进了两种新型的垂直绿化技术，可直接在已有屋面上增加预制面层，既方便安装也方便后期维护。

1）预制式垂直绿化贴面是一种以“工厂预制”为理念的新型墙面垂直绿化， 其特色在于可以像外墙贴面一样将在工厂预制后的模块直接运往现场进行安装，且不需要太多的后期维护，也需要管道铺设，只需在合适部位做蓄水槽。 但是在干挂或者砌筑时需要注意上下以及左右错缝砌筑， 以保证水分顺利流到下层贴面绿化。 由于该方式需要考虑外挂承重问题，贴面植物应以轻质草皮为主，不适宜采用较大型花卉。

2）干挂式热桥垂直绿化是一种以解决建筑热桥问题为出发点的绿化措施。 建筑热桥是指外墙和屋面等围护结构中的钢筋混凝土或金属梁、柱、肋等部位。热桥部位多为建筑承重部位，这些部位传热能力强，热流较密集，内表面温度较低，所以容易引起室内温度的较大波动[7]。干挂式热桥垂直绿化即是将热桥部位作为龙骨，在其基础上砌筑植物种植槽，通过针对性的覆盖绿化达到更高效的降温效果。

干挂式热桥垂直绿化即是其构造方法见图1。

图1 干挂式热桥垂直绿化构造方法示意（单位：mm）

3.3 植物的选择原则

垂直绿化植物配置应充分尊重植物的生长习性，根据立地条件、植物的生长习性以及景观的协调性综合进行选择。 常见的垂直绿化用植物包括缠绕类植物牵牛、菜豆、金银花、紫藤等，勾刺类植物木香、攀爬月季、蔷薇，攀援类植物葫芦、丝瓜、铁线莲，攀附类植物常春藤、 扶芳藤以及爬山虎等。 根据经验，建筑物低于2 m 的，可选择铁线莲、常春藤、牵牛等。建筑物高度为2～5 m，可种植葡萄、杠柳、葫芦等植物。 建筑物在5 m 以上，可种植中国地锦、美国地锦、美国凌霄等。

4 垂直绿化技术应用效果比较与分析

以下针对南昌市的具体情况采用上述垂直绿化新技术的适应性进行研究， 技术分析选用Autodesk Ecotect Analysis 2011 建筑软件，分析数据采用南昌市气象局提供的气象资料。 本研究分析的建筑有84个区域房间，本文主要分析第25 个区域房间。 未采用垂直绿化的建筑A 和采用垂直绿化的建筑B 分别见图2（a）、图2（b）。 A、B 两个建筑的位置结构相同，选取其中相同的房间（二楼客厅）作为研究对象，见图2（c）。

图2 未采用、采用垂直绿化的建筑对比

A、B 建筑的测试房间得热分析如图3 所示。

图3 A、B 建筑测试房间得热分析

从图3 可以明显看出， A 建筑测试房间夏季直接得热比B 建筑测试房间要多；而冬季失热明显比B 建筑要多。而这对比说明采用了垂直绿化的建筑，其保温隔热性能有较大的提高， 建筑也会因此消耗更少的能量用于恒定室内温度。

A、 B 建筑的得热组成指数分析见图4。

图4 A、B 建筑的得热组成指数分析

从图4 可以明显看出，建筑得热与传导传热、空气传热、太阳辐射、空气流通传热、内部传热、区域传热有关。1）传导传热。A 建筑的传导传热占总得热的17.7%和75.3%，B 建筑的传导传热占总得热的17.0%和74.9%。 2）空气传热。 A 建筑的空气传热占总得热的56.1%，B 建筑的空气传热占总得热的58.2%。 3）太阳辐射。 A 建筑的太阳辐射占总得热的比例很小，B 建筑的太阳辐射占总得热的比例也很小。 4）空气流通传热。 A 建筑占13.4%，B 建筑占15.1%。 5）内部传热。 A 建筑占9.6%，B 建筑占10.4%；6）区域传热。 A 建筑的区域传热占总得热的10.7%和11.2%，B 建筑的区域传热占总得热的8.1%和10.0%。

通过上述对比说明采用了垂直绿化的建筑，其传导传热性能提高了，而且区域传导也较低，所以建筑的耗能也相对较低。

5 结论

综上所述， 城市的快速发展使城市的热环境质量急剧下降，如何在建筑密度高、人口稠密、公共绿地面积少的城市内增大城市绿化面积， 提升居住环境质量已经成为城市发展的新的难题。 垂直绿化技术在应对气候变化、减轻热岛效应、减少城市空气污染有着很好的生态修复作用， 但是由于垂直绿化的技术还不够成熟，成本投入较大，后期维护也较为繁琐， 导致大部分垂直绿化只用于标志性建筑或是政府性建筑。 该技术在普通居民住宅建筑的设计中依旧比较少见。

本文以节能减排、改善城市热环境为目的，探讨了成本低廉、建设简单、维护简单、可行性大、可普及化的垂直绿化技术方案， 并以南昌实际建筑项目为研究对象， 利用专业的分析软件对采用垂直绿化技术后建筑隔热保温性能进行了分析。研究认为：1）经过垂直绿化技术处理后的建筑隔热保温性能得到质的提升。 夏季最热日室内平均温度比处理前可低5 ℃左右，冬季最冷日室内平均温度可比处理前高3 ℃左右，保温隔热效果明显。 经过垂直绿化技术处理后的建筑室内舒适度明显提高且室内能耗明显较低，室内使用空调的频率明显减少。2）通过建设垂直绿化，区域内光合作用明显增加，二氧化碳含量明显降低，可解决区域内热环境问题。若在整个城市内推广垂直绿化，可有效解决城市热岛效应问题。 同时，通过建设垂直绿化，还可净化城市空气，吸附空气中的悬浮物，降低PM2.5的含量。 3）垂直绿化的投入在545 元/m2左右，约占整个建设费用的9.08%，在可接受范围内。

由此可见， 推广垂直绿化技术无论是从社会效益、环境效益，还是经济效益上，都非常可观。最重要的是其成本较低，维护简单，建设方便而节能减排效果明显。除解决住宅本身的热环境问题外，其对区域环境，城市环境都有明显的改善效果，值得推广。