屋頂綠化節(jié)能熱工參數(shù)

屋頂綠化節(jié)能熱工參數(shù)研究唐鳴放，王科（重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶400045）【摘要】：通過夏季室內(nèi)環(huán)境空調(diào)控制下的屋頂綠化節(jié)能熱工對比試驗，得到主要結(jié)果：采用綠化的屋頂可使內(nèi)表面平均溫度降低3℃左右，內(nèi)表面溫度波幅降低80%以上，可使屋頂傳入室內(nèi)的熱流量減少70%以上，綠化的附加當(dāng)量熱阻達到1.0m2.K/W左右，從而有效改善室內(nèi)熱環(huán)境、減少房間空調(diào)能耗?！娟P(guān)鍵詞】：屋頂綠化；節(jié)能；熱工測量；當(dāng)量熱阻StudyonthermalparameterofgreenroofforenergyefficiencyTangMingfang,WangKe（CollegeofArchitectureandUrbanPlanning,ChongqingUniversity,Chongqing400045）Abstract：Thermalparametersofgreenroofintheair-conditionedindoorenvironmentwerestudiedbythemethodofthermalmeasurementinsummer.Theresultsshowthatthegreenonroofcouldreduceinternalsurfacetemperature3℃onaverageandtemperatureamplitudeby80%,whichcouldimprovethermalenvironmentindoor.Heatflowfromgreenroofintoindoorcouldbedecreasedabout70%and.theadditionalequivalentthermalresistanceofgreenwasabout1.0W/m2,whichcouldeffectivelysaveelectricenergyconsumptions.Keyword：greenroof；energyefficiency；measurement；thermalparameter屋頂綠化是適應(yīng)南方地區(qū)濕熱氣候條件的生態(tài)節(jié)能措施，具有改善城市生態(tài)環(huán)境、緩解熱島效應(yīng)、降低空調(diào)能耗、減輕城市用電壓力等綜合功能，是值得大力推廣的地方節(jié)能技術(shù)。目前關(guān)于屋頂綠化隔熱降溫的研究有不少報道，但大部分是在室內(nèi)環(huán)境自然狀態(tài)（非空調(diào)控制）下的現(xiàn)場測量研究及其理論分析[1～4]。在工程應(yīng)用中，缺少以屋頂綠化實際節(jié)能效果測量為依據(jù)的節(jié)能設(shè)計參數(shù)。目前在我國南方地區(qū)節(jié)能工程應(yīng)用中，屋頂綠化的節(jié)能參數(shù)有兩種取值方法：在夏熱冬冷地區(qū)普遍按土層熱阻計算，在夏熱冬暖地區(qū)取標準推薦的附加當(dāng)量熱阻。顯然，按土層熱阻計算沒有考慮綠化植物的遮蔽作用和土層的被動蒸發(fā)作用，這種簡化方法適用于厚土層綠化，因為厚土層的熱阻大，而屋頂熱阻大到一定程度以后對夏季節(jié)能的貢獻增加很少[5]。對于目前廣泛應(yīng)用的薄土層綠化，如果按土層熱阻計算幾乎可以忽略其隔熱作用，但從屋頂有、無綠化房間的空調(diào)電量對比來看節(jié)能效果顯著[6]，隔熱作用不能忽略。由于這類綠化比較定型，種植層總厚度一般為100～150mm，綠化植物為耐候性草類，管理粗放，在降雨豐富的南方地區(qū)基本上不用人工澆水就能生存，因此可以把這類綠化看成是一種節(jié)能產(chǎn)品，采用實驗方法測定當(dāng)量熱阻作為節(jié)能設(shè)計參數(shù)。下面以2007年夏季在上海進行的輕型屋頂綠化節(jié)能熱工試驗為依據(jù)進行分析。1.試驗內(nèi)容與方法試驗對象為一種塊狀綠化產(chǎn)品，主要由種植盤、基質(zhì)和植物組成。種植盤用粉煤灰和水泥混合壓制成型，具有排水和保肥的作用。在種植盤內(nèi)放置基質(zhì)材料后，總厚度約為100mm，濕重量達到100kg/m2，適用于一般荷載的屋頂。種植佛甲草后可直接放置在屋頂上。基金項目:國家自然科學(xué)基金項目（50978261）作者簡介:唐鳴放，1957.9，女，四川成都人，博士，重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院教授，研究方向為建筑節(jié)能與熱環(huán)境.E-mailtmf@試驗在上海世源屋頂綠化有限公司綠化基地進行。在一排南向平房中，選擇中間相鄰兩間房間作為對比實驗房，每間房間面積為6.9×3.4m2。屋頂構(gòu)造為鋼筋混凝土空心板和防水保護層，厚度為130mm。墻體為雙面抹灰磚墻，其中外墻厚度為160mm，隔墻厚度為280mm，外墻無窗。為了控制兩房間溫度穩(wěn)定一致并計量用電量，在北墻上安裝了專門購置的兩臺1.5匹同型號的日本松下壁掛式空調(diào)，安裝了獨立電表?？照{(diào)的輸入功率為1020W，制冷能力為3250W。兩個房間的屋頂，一個放置了綠化產(chǎn)品，另一個作為對比。測量內(nèi)容為室外太陽輻射強度，室內(nèi)、外空氣溫度，屋頂內(nèi)、外表面溫度，屋頂內(nèi)表面熱流密度等熱工參數(shù)和房間空調(diào)耗電量。測量儀器為總輻射表，Agilent數(shù)據(jù)采集儀34970A，熱電偶，熱流片，電度表?？傒椛浔聿贾迷跓o綠化的屋頂上，室外空氣溫度測點布置在屋頂上方1m高的空氣中，感應(yīng)頭用反射罩遮擋太陽輻射；室內(nèi)空氣溫度測點布置在房間平面中間1.5m高的位置；屋頂內(nèi)、外表面測點布置在屋頂表面中間位置。斃空調(diào)連續(xù)得開啟時間刺為抓：或2007羅.7.1舞8煎～復(fù)8.1暑8伴，空調(diào)設(shè)壇置溫度唐為典2勒6蔑℃選，每天記唐錄空調(diào)電考表讀數(shù)，緞并悔用弟指針式溫仇度計于良每天棚早寄上介6哀：進0槐0尊、中煉午愁1題3喇：惠0掃0眾和下艇午冠1釘8亭：故0逮0駛各記錄一若次慶室外氣溫浩，用以估宿計每天的撫氣溫變化銜范圍。室富外氣候參吹數(shù)和熱工田參數(shù)自動撥巡檢測試備時間為胞：牽2007朋.8.價7嫁～交8.1性8聰，數(shù)據(jù)自費動采集間檢隔宮為傍3夕0挺分鐘。勺2.假試階驗結(jié)果及版分析鈴2.麗1土空調(diào)耗電墓量哲在襯為革期刃1表個月的獎空調(diào)耗電鎮(zhèn)量覽測試期間避，室外氣憤候處于最重?zé)嵩绿鞖馊保鈭D越1殃為室外氣絮溫變化范培圍。漆在據(jù)1歡個月中，臘除了因故鋒停抖電此1燙天外空調(diào)翠一直開啟共，有、無芹綠化屋頂灑的房間所萍消耗的空儲調(diào)電量分太別針為粒310.本7kW角h化和瞎370.畢2kW千h冬，這說明掘綠化屋頂競減少了房初間空調(diào)耗父電量屋的天16.1密%捏。由于房蟻間空調(diào)耗享電量包括池了屋頂和衡外墻傳熱么產(chǎn)生的能籮耗，而兩羞對比房間蘿的屋頂、怎外墻結(jié)構(gòu)餐相同，測棟試期間兩養(yǎng)房間的室巴內(nèi)溫度由休空調(diào)控制途保持相同有，因此兩恨房間的空優(yōu)調(diào)耗電量寨之差即為姿消除了外氣墻影響的招屋頂綠化甲節(jié)電效果地。襪圖抄2悼為蕩綠化屋頂境與對比屋逢頂相比每膠天節(jié)省的育空調(diào)用電浙量情況汪，勒1押個月期間橡綠化屋頂盞共節(jié)省電怖量掩近礎(chǔ)60k紙W物h內(nèi)，平均每近天節(jié)省電陶量環(huán)約掛2kW樂h戒，單位面絹積屋頂綠產(chǎn)化在夏季隸空調(diào)期間沫平均每天勤節(jié)合電梨0.1軌kW襖h孟左右。鄰圖觀1拐測試期間數(shù)室外氣溫概變化范渴圍布譽觸旦爹奇撐輛圖物2橫屋頂綠化隆每天節(jié)電汗量阿2.2鎖節(jié)電量相訪關(guān)性分析財屋頂綠化蕩節(jié)電量的也多少與氣業(yè)候變化有籌關(guān)。覆取腫1襯0召天（羅2007腸.8.敵7禿～惜8.18皮）的節(jié)電異量與氣候刊參數(shù)進行峰相關(guān)性分嗎析，以每綢日的節(jié)電夏量和每日符的氣候參愧數(shù)平均值劃為相關(guān)變托量，得到滔屋頂綠化擦節(jié)電量與振太陽輻射竟強度的相挑關(guān)系數(shù)脊為極0.8賠1菜，與室外疼氣溫的相途關(guān)系數(shù)特為坐0.7雙0唱，說明天燃氣越熱，濁屋頂綠化閱的節(jié)能效禽果越好。欣屋頂綠化說能夠減少香房間空調(diào)征耗電量是厘因為減少膚了屋頂進老入室內(nèi)的介熱流量，己因此耗電鐮量和熱流闖量兩者存擔(dān)在必然關(guān)茂系。同樣島取篇1論0春天的數(shù)據(jù)愈進行相關(guān)貿(mào)性分析，憐以每日兩纖房間空調(diào)柄耗電量差驕和兩屋頂搶熱流差的蜜平均值為鼻相關(guān)變量擦，得到兩自者相關(guān)系掀數(shù)窮為灶0.8留6桐，說明屋繭頂綠化的芹隔熱程度晌直接影響肝節(jié)能效果擾。面2.咽3秤隔熱分析敵和討論沒為了估計掠屋頂綠化危的屯隔熱效果頃，選擇測怎量期間的孤連碧晴學(xué)4哨天鳥（挑2007瘋.8.朵7根～給8.1弓0褲）的數(shù)據(jù)蟲進行分析數(shù)。搞圖皂3眨～孟圖屯6喘為原4歸天的廣氣候參數(shù)悉、室內(nèi)溫絞度、屋頂耐內(nèi)表面溫曬度和熱流仇的變化。疲可見在同狀樣的室外牢氣候和同革樣的室內(nèi)佛空調(diào)控制寺下，兩房醋間的室內(nèi)病溫度和屋帥頂內(nèi)表面聯(lián)各參數(shù)都嶺有不同程寨度的差別哭，鄙表姓1組為殺測量數(shù)據(jù)畏平均值。州下面從室欣內(nèi)熱環(huán)境討和節(jié)能兩鼻方面來討僵論。衡從室內(nèi)熱古環(huán)境來說秒，室內(nèi)溫聽度和屋頂遷內(nèi)表面溫悲度是兩個剩重要參數(shù)炕。從室內(nèi)逆溫度對比桃圖悶4器來看，盡累管兩窄房間溫度纖設(shè)置相同倒，但綠化賭屋頂?shù)姆繜衢g溫度更榮穩(wěn)定，溫哥度波幅楚為選1.晝1滴℃糟，而對比惰屋頂?shù)姆堪чg溫度波掠幅纏為妻2.次2梯℃責(zé)，兩者相在差一倍。飄從屋頂內(nèi)味表面溫度徐對比憲圖御5瓣來看，趙屋頂綠化柴的優(yōu)勢非穩(wěn)常明顯。獎綠化屋頂刮內(nèi)表面溫朽度晌平均值君為傷26.濟0悠℃腥，而對比醫(yī)屋頂尖內(nèi)表面溫埋度膀平均值承為糾29.紫3默℃逼，兩者相崗差三3.故3主℃浩；綠化屋半頂駁內(nèi)表面溫黎度購波幅僅舌為施0.皆9萌℃貓，而對比經(jīng)屋頂肅內(nèi)表面溫器度戶波幅棒為篩6.阿5漫℃纏，兩者相蜓差這7非倍。因此視屋頂綠化擋對于境空調(diào)房間售的舒適性敬有較大的末提高。擦從節(jié)能來盲說，屋頂甲內(nèi)表面?zhèn)髡J熱密度大曉小直接影老響空調(diào)能娃耗。從屋臺頂內(nèi)表面亞熱流對比骨圖己6掘可以看出酷，不論是鈔平均值還獨是波動幅截度，差別吩都很大。影兩個屋頂談的叢熱流倘平均值分搏別滋為趣6.9W錯/m夠2翼和組26.6感W/m摘2績，屆兩者相差饒73咽%掙；蓋兩個屋頂排的悉熱流照波幅分別很為傍6.9W轎/m怖2臥和刷37.9憂W/m豈2上，率綠化屋頂縣熱流宮波動不及鼓對比屋頂痕的紹1/膛5線。這說明軌屋頂綠化綿不僅減少棒了空調(diào)用星電量，還爹降低了用供電負荷，嶄對削減夏舉季用電高蠻峰有重要項意義。星圖酸3灣盒氣候參贈數(shù)結(jié)律界泡錄尸勁質(zhì)翁叢紛圖愿4峽室內(nèi)氣溫負圖存5雷屋頂內(nèi)表毒面溫酬度腔機零遣惜惠卵淚然圖駱6墨屋頂進入嚴室內(nèi)的熱插流活表倦1禁、測量數(shù)典據(jù)平均值毅測量參數(shù)輸室外空氣陸溫度悼（頑℃悟）游室內(nèi)空氣少溫度疊（跪℃花）知屋頂內(nèi)表黃面溫度西（艦℃妨）月屋頂內(nèi)表潛面熱流（聽W/m竄2鴉）介屋頂熱流場減少率鑒（府%個）報綠化屋頂何30.8勤25.0占26.0椅6.9撕73仔對比屋頂私25.4孔29.3車26.2便3.是買熱工參數(shù)嬌上面通過吳測量得到揮的屋頂綠真化月的熱環(huán)境鐵和節(jié)能效搶果都是基宏于當(dāng)時當(dāng)霧地的氣候祝條件，不巧能直接用鈔于屋頂節(jié)木能設(shè)計，兩而應(yīng)提煉搏成屋頂節(jié)心能設(shè)計參趴數(shù)，一般費采用窗當(dāng)量熱阻蘿表示撲。秤屋頂綠化桃當(dāng)量熱阻災(zāi)就是與其蟲等效的保參溫屋頂熱脆阻，因此遍采用測量懲數(shù)據(jù)計算慎時一般參令照圍護結(jié)蠟構(gòu)熱阻現(xiàn)木場測量方爺法。在現(xiàn)駁場測量評晉價中，圍描護結(jié)構(gòu)熱沃阻通常采善用圍護結(jié)此構(gòu)兩側(cè)表盞面溫度差激除以熱流恒的方法計庫算，即營歡拌攪群蔥仇藥旦壇（裙1坐）弓式中井為圍護結(jié)削構(gòu)熱阻臟（絮m遺2認.K/雨W屢）；耕為圍護結(jié)舍構(gòu)外表面豐平均溫度徒（總℃日）；誘為圍護結(jié)塘構(gòu)內(nèi)表面恢平均溫度吐（布℃脫）；息為圍護結(jié)剩構(gòu)內(nèi)表面床平均熱流即（跪W/m暮2算）。趙采用上面場（議1賞）式計算印綠化屋頂足當(dāng)量熱阻饞時，內(nèi)表循面溫度和敬熱流可取衡測量值，合外表面溫姓度如何取北值有待探刪討。目前父在屋頂綠邁化當(dāng)量熱肚阻計算中閃通常取綠蔑化植物下筍面的土層挖表面溫度游作為計算顏的外表面鋪溫度剩[兼7厲]懂，這其實騰是忽略了也綠化植物設(shè)的作用，鉤低估了屋凝頂綠化的日隔熱能力識。當(dāng)量熱庸阻的含意讓應(yīng)該是把宇綠化屋頂碗的隔熱效飾果與同氣貼候環(huán)境下持的保溫屋啟頂相等，差然后取保松溫屋頂?shù)念~熱阻作為棋綠化屋頂旬的熱阻，愚因此應(yīng)該呢取保溫屋取頂外表面憤溫度來計呼算當(dāng)量熱籮阻。由于蘆實際測量率是采取的蒙對比實驗貢，對比屋激頂?shù)臒嶙杞┨岣吡思葱楸匚蒹H頂，因此作保溫屋頂布外表面溫泉度可近似須取無綠化凈的對比屋藍頂外表面擠溫度測量酷數(shù)據(jù)。采泉用上述鴨的演4系天測量數(shù)穿據(jù)計算時預(yù)，得到無哲綠化的對就比屋頂熱王阻輝為犧0.2圈m冶2肉.K/儀W夢，綠化屋警頂當(dāng)量熱質(zhì)阻醬為清1.2海m鈴2殖.K/鍋W冤，因此包尤括植物和對土層在內(nèi)霧的綠化層些的當(dāng)量熱易阻維為飾1.0愁m遷2饒.K/建W灑，旺相當(dāng)于附阻加老了嘩40餃mm腔厚的聚苯搜乙烯泡沫喜塑料純或刺200依m(xù)m熊厚的加氣填混凝土想?？梢娙挝蓓斁G化吼是一種高茂效節(jié)能技龍術(shù)。播4.盡結(jié)語春上面的試貞驗和分析歇說明屋頂苦綠化可以揭有效地改踏善一般鋼善筋混凝土拖屋頂?shù)臒嵩敼ば阅?。準在上海夏鄰季氣候條蜜件下，采旬用綠化可此使屋頂誼內(nèi)表面蝶平均柏溫度爪降冤低別3飼℃竄左右，梳內(nèi)表面溫衛(wèi)度眉波幅降猴低劣80本%否以上，可壩使屋頂傳拐入室費內(nèi)的熱流蝶量減少無70黃%顏以上，綠酷化的款附加當(dāng)量胃熱阻達雹到覆1.0m柳2盈.K澆/W伐左右頁，饑從而有效譽改善室內(nèi)覽熱環(huán)境、驢減少房間畜空調(diào)能耗睛。坊屋頂綠化計不僅節(jié)省污空調(diào)運行盯能耗，還榨具有全壽最命周期節(jié)推能和環(huán)保棄的優(yōu)勢。已與一般建騙筑隔熱材墾料相比，訴綠化材料黎的生產(chǎn)不勁消耗能源終，并且可她以重復(fù)使蓋用，綠化未垃圾容易笛自然降解渡。如果把塵綠化材料檔與城市廢迎棄物資源緒化利用結(jié)放合起來，平將使城市姓建筑節(jié)能眉走上可持府續(xù)發(fā)展的醫(yī)循環(huán)經(jīng)濟話道路。謎致謝：付本實驗得利到了睜上海市農(nóng)蜓業(yè)科學(xué)院芒生態(tài)環(huán)境典保護研究煌所趙定國徑高級農(nóng)藝龜師、上海矮世源屋頂友綠化有限適公司薛偉猶成高級工尸程師等的蹄大力幫助淺，在此表姨示衷心感塵謝。參考文獻悉[1]仙趙定國，縱薛偉成，辛輕型屋頂露綠化的降呢溫效果，均上海農(nóng)業(yè)都學(xué)報乓，乒200餓6碗，發(fā)2坑2捕（舅1屬）聚：天53-5板5芳[2]防償唐鳴放，線楊真靜，肉李莉，自宴然狀態(tài)草仙地式屋頂鋸綠化隔熱舌特性分析燙，橡暖通空調(diào)合，五2007業(yè)(3況)寨：魄1-4俯[3]豪M.譽Sant奔amou昆ris,障C.賤Pavl獻ou,甲P.D心ouka終s,G品.Mi晌hala撐kako味u,A渴.Sy齊nnef窄a,A必.Ha桿tzib肆iros離,P.收Pat蘆argi硬a蛛s腰，忽Inve胡stig拆atin恩gan硬dan段alys梯ing嶺the犬ener寬gya角nde帖nvir誓onme肯ntal鍵per現(xiàn)form喜ance裹of掏ane紫xper捏imen搜tal仰gree俗nro光ofs與yste竿min竊stal擦led靠ina耗nur借sery袋sch儲o