当前世界环境

介绍

将植物与架构结合起来，甚至是屋顶花园不是一个新的想法。古代人民从土壤和植被的物理性质中受益，使他们的房屋在非洲凉爽，并在欧洲保持温暖的房屋。但是，“绿色屋顶和墙壁”一词是伊朗许多人的一个不熟悉的表达，甚至许多专家都没有足够的洞察力和对其的认识。在伊朗不同地理位置的建筑物中观察到苔藓，草，尤其是阿塞拜疆，桂兰，Mazandaran，山区房屋和村庄的屋顶。非常出色的样本是Masuleh的农村房屋的绿色屋顶，在屋顶上形成了下部房屋的屋顶上的花床，实际上是上房屋的码（卡里米齐德等, 2011)。20^th世纪可谓是触发了利用屋顶或阳台作为功能空间的新浪潮。勒·柯布西耶(Le Corbusier)和弗兰克·劳埃德·赖特(Frank Lloyd Wright)是最早使用屋顶和阳台作为绿色和功能空间的现代支持者。事实上，这些建筑师都没有想到绿色屋顶在环境、社会和经济方面的无限优势。屋顶只是一个功能空间，它的定义与绿色屋顶的新概念完全不同。从20世纪60年代初开始，通过强调城市环境质量和大城市的环境挑战，如空气污染、城市绿化系统短缺，尤其是中央商务区，城市热岛的出现和能源危机，设计师开始使用绿色屋顶的新概念，因为他们的环境效益，作为一种生态解决方案，在北欧，它们很快在欧洲国家的大多数城市普及。德国、瑞士、法国和奥地利是这一领域的先驱者，并开始了广泛的活动。在20世纪80年代，德国城市以每年15% - 20%的速度增长，成为城市规模中绿色屋顶发展的主题。仅在1996年，德国就建造了10.000.000平方米的绿色屋顶(Sajadzadeh et al.， 2014)。

绿色屋顶规格

绿色屋顶是屋顶，部分或全部覆盖着植被和生长培养基或培养环境。绿色屋顶实际上是植物在其表面上生长的屋顶。这种结构的植物多样性可以来自人工草覆盖的屋顶，屋顶花园已被公园栽培的植物覆盖。绿色屋顶需要在干旱，冻结和风暴的条件下抵抗屋顶山顶的粗糙和恶劣环境的植物。根据气候和领土条件，所选植物的类型是不同的。

绿色屋顶包括一套完整的植被和与选定的植物兼容的适宜的种植环境，一个滤布和排水层，防止植物根部生长的抗膜和覆盖最终天花板的防水隔热层(Aein)等, 2013)。绿色屋顶根据性能系统、生长介质的平均高度和所需安装的速度分为两大类。这两类是:

a .广泛的屋顶绿化系统

这种系统被称为生长介质厚度较浅的低深度系统。这种类型的屋顶只包括一种或两种植物和低深度的种植环境。通常，当考虑到顶板上的最小恒载时，使用这个系统。这种类型的屋顶是建立在平坦和陡峭的屋顶上。浅埋系统的深度为60 - 200mm，重量为60 - 150kg / m2，不需要额外的维护和灌溉成本(Razavian et al.， 2011)。

b -集约型屋顶绿化系统

这个系统也被称为屋顶花园。密集的屋顶系统需要常规的生长介质深度，以便种植大型植物和草。它们的深度通常在150至1000毫米之间，近似重量在180至500公斤/平方米之间，能够支持类似于地面公园的广泛的植物物种。然而，它们的维护成本更高。除上述两个系统外，绿色屋顶类别中还有另外两个二级系统:

半集约化屋顶绿化系统

该系统被公认为一个平均系统(重量、结构特点、维护费用等)。

b -模块化系统或种植箱

在该系统中，植物在覆盖绿色屋顶的全部或大部分表面的特殊盒子中培养和维护。模块化系统的环境未集成（Aein等, 2013)。表1提供了不同规格的绿色屋顶的一般比较。

表1：不同类型的绿色屋顶特征之间的比较（Aein等等。，2013)。

绿色屋顶的好处

绿色屋顶对于解决城市规模建筑的各种环境问题具有有效作用。除了营造一个有吸引力的环境外，绿色屋顶与传统屋顶相比还有许多其他好处，如:径流水管理，减少空气和噪音污染;绿色屋顶增加了城市地区的动植物多样性，通过光合作用将二氧化碳转化为氧气，降低了城市二氧化碳的排放量。绿色屋顶减少了通过天花板的热量传递，提高了建筑的能源效率。绿色屋顶影响了冷水机组的水冷却过程，并通过在夏季降低周围温度来提高暖通空调系统的效率。这种降低也提高了光伏板的效率。此外，绿色屋顶通过限制保温层的热张力来延长保温层的寿命。最后，绿色屋顶在城市尺度上改善了城市热岛效应的负面影响。表2总结了绿色屋顶的好处。

表2：使用城市绿色屋顶的优势（Issa等，2012）。

绿色屋顶的热特性

在不同的研究中，对绿色屋顶对建筑热工性能的影响进行了综合分析。其中包括:考虑植被和生长中间层的热通量、室内温度和能源需求。该领域最常见的研究类型之一是在其他建筑属性相似的情况下，将绿色屋顶覆盖的建筑与传统屋顶覆盖的建筑进行比较研究(Issa et al.， 2012)。， (Wong等人，2003)。[8], (Theodosiou, 2003)。图1 - 3显示了这些结构在寒湿气候下的热特性。这些研究结果表明，在寒冷季节，由于植被层的保温作用，生长介质的温度高于周围空气。同时，在冷季晴天，由于植被层的蒸发蒸腾过程，生长介质的温度低于周围空气。另一方面，在夏季，由于植物的蒸发蒸腾过程和保温作用，生长介质总是比室外环境凉爽。此外，植被层平均温度白天高于周围空气，夜间低于周围空气。这种现象的发生是由于白天太阳辐射的吸收和夜间的蒸发蒸腾过程。

绿色屋顶保护天花板免受太阳辐射和热量波动;绿色屋顶能够减少高达30°c的波动范围。图2显示了波动的范围和持续时间。

绿色屋顶的另一个重要作用是天花板和室内环境之间的热流交换。从图3 (a, b)可以看出，在冬季，绿色屋顶能够将热量损失减少到4 kw / h，从而显著减少了采暖设备的使用。另一方面，绿色屋顶在炎热的夏季的被动制冷效果是明显的(图3c)。在炎热的夏季，通过天花板的总热量损失几乎是传统屋顶的三倍，这导致室内空间显著降温。另一项研究表明，在东南亚炎热的夏天，绿色屋顶吸收的热量比传统屋顶少50%到95% (Lin et al.2011)。

图1:在气候条件下，典型的3天土壤和树叶表面温度温和湿润(Fahrli et al.， 2012):(a)寒冷的冬天，(b)阳光明媚的冬天，(c)炎热的夏天。 点击这里查看图

图2:气候温和湿润的典型3天屋面板外表面温度(Fahrli et al.， 2012):(a)冬季寒冷，(b)冬季阳光明媚，(c)夏季炎热。 点击这里查看图

图3:在气候温和潮湿的典型三天内，通过屋顶的热通量(Fahrli et al.， 2012)。:(a)寒冷的冬天，(b)晴朗的冬天，(c)炎热的夏天。 点击这里查看图

通过绿色屋顶节能

绿色屋顶减少了通过天花板吸收的热量，从而降低了室内温度，提高了居民的热舒适度。表3的数据表明，绿色屋顶使住宅室内平均温度降低了2℃，使住宅室内温度降低了2℃。此外，研究表明，绿色屋顶在寒冷季节对能源消耗的影响可以忽略不计，但另一方面，它们能够在夏季减少高达6%的制冷能源需求，这是一个显著的影响。

表3:三种典型气候下的室内空气温度为温和湿润(Fahrli et al.， 2012)。

表4:气候温和潮湿时，传统屋顶和绿色屋顶的采暖、制冷和总能源需求(Fahrli et al.， 2012)。

已经进行了通过不同气候和不同建筑物的绿色屋顶节能的许多研究。结果表明，绿色屋顶对室内温度的影响在很大程度上取决于气候和建筑功能（建筑物能耗速度）。例如，在雅典娜的实验中，模拟表明，行政建设的所需年度冷却能源近40％，而对于绿色屋顶覆盖的酒店，室内平均温度约为2°C，减少和平均每日温度在4 - 7°C之间减少（亚历山德里E，Jones P.，2008）。

叶面积指数的影响

前人研究证明，叶面积指数的增加会导致冷却能量需求的增加。这一现象背后的主要原因是枝叶对蒸散过程的改善和阴影效应(Wong et al.2003)。叶面积指数是通过冠层高度和气孔阻力来影响屋顶热行为的参数之一。它对其热性能有重要影响。表5为叶面积指数对建筑物室内温度的影响。

表5:在气候温和潮湿的不同LAI水平下，室内空气温度和采暖、制冷和总能源需求的平均和最高水平(Fahrli et al.， 2012)。

吊顶保温效果

隔热效果降低了绿色屋顶对室内温度的冷却作用。在天花板没有隔热层的住宅建筑中，绿色屋顶能够将室内温度降低至9℃。3°，而在有保温天花板的建筑中，降温小于1°c。

先前的研究表明，绿色屋顶在夏季可减少48%的制冷能源需求。降低主要是通过绿色屋顶的热阻来实现的。当屋面厚度大于10 cm时，屋顶绿化对热流通量的影响几乎可以忽略不计。屋面绿化对冷却需求的影响随保温厚度的增加而减小。在常规屋面中，当保温厚度大于5 cm时，绿色屋面对热流通量没有显著影响。任何额外的隔热材料都会限制绿色屋顶的降温效果。最后，似乎合乎逻辑的是，绿色屋顶对总所需能量的影响随着绝缘的增加而减少。

不同气候条件下绿色屋顶对气温影响的比较

对比研究表明，在炎热的气候条件下，绿色屋顶对气温的影响更为显著。例如，在一项比较研究中证明，雅典娜、拉罗谢尔和斯德哥尔摩的室内平均气温通过使用绿色屋顶分别降低了2.6℃、2℃和1.4℃。

最后，可以得出结论，在任何三种气候条件下(Barrio, 1998)、(Castleton et al.， 2010)、(Feng et al.， 2010)、(Kumar, R.， & Kaushik, S.， 2005)、(Niachou et al.， 2001)、(Sailor, 2008)，绿色屋顶都能减少所需能源。

表6:雅典、拉罗谢尔和斯德哥尔摩的平均和最高室内空气温度、采暖、制冷和总能源需求(Fahrli等，2012)。 点击这里查看表格

最后，可以得出结论，绿色屋顶减少了任何三种气候条件下所需的能量。（巴里奥，1998年），（Castleton等，2010），（Feng等，2010），（Kumar，R.，＆Kaushik，S.，2005），（Niachou等，2001），（Sailor，2008）。

结论

绿色屋顶在夏季通过遮阳、蒸发蒸腾和隔热三种方式降低建筑室内空气温度。同时，它们在寒冷季节起到挡风的作用，从而减少了供暖能源的需求。然而，它们在冬季的影响小于在夏季的影响。绿色屋顶保护天花板免受灼热的太阳辐射和广泛的热波动。绿色屋顶起到了保温的作用，稳定了室内温度。一般来说，屋顶绿化系统是适合不同气候条件的最佳解决方案。结果表明，在不同的气候条件下，绿色屋顶降低了能源需求。但这种减少在很大程度上取决于气候、建筑功能、绿色屋顶的类型和建筑的隔热水平。

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