文/张薇  何成普

摘  要：近年来，城市化的脚步不断加快，城市热岛效应变得越来越明显。同时，人们对室内热环境的舒适程度也提出了更高要求。在此背景下，传统建筑暴露出许多问题，尤其是在调节室内热环境方面。而绿色建筑的外墙绿化作为一种新兴的方式，凭借着自身独特的生态功能，为改善室内热环境带来了新的思路。本文重点对绿色建筑外墙绿化展开研究，并提出了相应的优化策略，以增强外墙绿化的效果。

关键词：绿色建筑；外墙绿化；室内热环境；影响

1 外墙绿化对室内热环境的作用机理

1.1 物理屏障效应

在改善室内热环境方面，植物覆盖层在建筑外围护结构中产生的物理屏障效应发挥着至关重要的作用。在夏季，太阳辐射十分强烈。此时繁茂的植物叶片会通过多种物理过程，为建筑围护结构打造出一套热防护体系。植物冠层能够反射和吸收太阳短波辐射，大幅减少建筑外立面吸收的热量。尤其是藤本植物构成的垂直绿化层，对于阻隔直射辐射有良好效果。新加坡国立大学团队开展的长期实测发现，在典型的热带气候环境下设置五叶地锦垂直绿化的建筑外墙，其表面峰值温度明显低于裸墙，昼夜温差也显著减小。这种温度调节作用，主要得益于叶片对太阳辐射的过滤[1]。

另外，植物冠层和建筑立面之间形成的空气夹层，相当于一个动态隔热层。该隔热层的热工性能，受到空气流动速度、湿度以及夹层厚度等多种因素的共同作用。经实验测定，当垂直绿化系统与墙体保持一定间距时空气层能有效降低围护结构的热流密度。这是因为空气层中形成的自然对流循环，削弱了热能的传递效率[2]。

1.2 植物蒸腾降温

在建筑领域，外墙绿化系统对改善建筑微气候有着重要作用，其中植物蒸腾作用所形成的温度调节机制是一个关键的生物物理过程。以木本攀援植物为典型代表的垂直绿化体系来说，在光合作用进行时，其叶片气孔会一直保持开放状态，促使液态水转化为气态水，且会大量消耗周围环境的热量。据研究发现，每平方米的常绿植物叶面，在一天当中平均的蒸腾量能达到0.8~1.2L。蒸腾过程中植物会吸收大约 2260kJ/kg汽化潜热，使叶面周边的空气温度降低 2~4℃[3]。

垂直绿化系统的热缓冲性能和植物生理特征关系密切。植物的蒸腾效率由叶片角质层厚度、气孔密度及叶面积指数共同决定。以五叶地锦和爬山虎为例，五叶地锦单位叶面积的气孔密度在120~150个/mm2，而爬山虎单位叶面积气孔密度为80~100个/mm2，五叶地锦的气孔密度显著高于爬山虎，二者的蒸腾速率相差超过35%。在同样环境条件下，即气温32℃、相对湿度65%时，实测数据表明，五叶地锦的叶面温度能够维持在29.5±0.8℃，而爬山虎的叶面温度则达到31.2±1.1℃。植物这种生物学特性上的不同会直接影响建筑的热工性能[4]。

1.3 微气候调节

外墙绿化系统对建筑周边微气候环境能起到调节作用，主要体现在它对气流动力学特征以及大气悬浮物具有综合控制作用。以垂直绿化来说，植物叶片的排列结构十分复杂，这种结构会使近地表风流场分布发生明显变化。密集的枝叶形成网络会增大气流运动的阻力系数，使穿过绿化立面的风速梯度呈现出指数型衰减的特点。研究数据表明，当垂直绿化覆盖率超过60%时，距离建筑立面0.5m处的风速衰减率能达到42%~58%。这种流体力学特性的改变可减少因冷风渗透导致的室内热量散失。

2 外墙绿化对室内热环境影响因素分析

2.1 植物种类选择

在建筑的外墙绿化领域，不同植物所具备的特性对外墙绿化呈现出的效果以及室内热环境状况有着十分明显的影响。其中，叶片密度是影响植物对外墙遮阳效果的关键因素。常春藤的叶片密度很高，当阳光照射到有常春藤覆盖的外墙上时，其密集的叶片仿佛一道天然的遮阳屏障。大量的太阳辐射被其阻挡在外，大幅减少了通过外墙传入室内的热量。在炎热的季节，室内就能保持相对凉爽的环境。与之形成对比的是一些叶片稀疏的植物，由于它们叶片之间的空隙较大，阳光容易透过空隙照射进来，导致这类植物的遮阳效果明显不佳[5]。

针对不同地区开展外墙绿化工作时，植物的耐旱性也是一个重点考虑的因素。特别是在干旱地区，选择耐旱性良好的植物尤为重要。景天科植物凭借自身独特的生理结构及代谢方式，能够在水分相对不足的环境中生存和生长。把景天科植物用于外墙绿化，能大幅降低灌溉方面的需求，持续发挥对外墙的绿化功能。对室内热环境产生积极作用，能有效调节室内温度，为居住者或办公人员创造舒适的室内环境。

2.2 气候条件

在不同气候类型条件下，外墙绿化发挥作用的方式有着显著差别。以湿热气候来说，像新加坡这类地区，常年气候湿润且温度偏高，外墙绿化的降温主要依靠植物的蒸腾作用来实现。植物叶片上分布着许多气孔，植物会借助这些气孔把从根部吸收的水分转化为水蒸气，散发到周围空气中。这一散发水分的过程需消耗周围环境的热量，从而降低了周围空气的温度。

而处于干冷气候的地区，如北京，情况则有所不同。到了冬季，北京气候干燥寒冷，外墙绿化中空气层的隔热效果就显得尤为重要。植物与墙体之间会形成空气层，这个空气层如同一个天然的隔热屏障。当室外的冷空气想要传入室内时，空气层能够降低热量传导的速度，减少室内热量向外散发，起到一定的保暖作用，帮助维持室内相对稳定的温度环境[6]。

2.3 建筑结构适配性

在建筑节能领域，不同朝向的墙体与外墙绿化相结合时产生的节能效果差异明显。在一天中，午后太阳高度角逐渐变小，西向墙体此时直面强烈的太阳辐射。大量太阳辐射热量被墙体吸收，要是没有有效的隔热措施，这些热量会很快传入室内导致室内温度大幅升高，增加空调等制冷设备的能耗。

当西向墙体实施绿化后，植物层对外界太阳辐射起到了多种缓冲作用。植物的枝叶能阻挡部分太阳辐射，减少墙体表面吸收的热量，植物的蒸腾作用会进一步降低墙体表面温度。多种作用共同发挥，使西向墙体绿化在减少室内热量传入、改善室内热环境方面优势显著，呈现出最佳的节能效果。

3 增强外墙绿化效果的优化策略

3.1 针对不同气候区域的绿化设计

随着城市化进程的加快，外墙绿化在建筑生态化改造中的重要性愈发凸显。通过合理的气候适应性设计做好外墙绿化，已成为提高人们居住环境质量的关键要点。我国地域广阔，南北气候差异明显，不同气候条件下外墙绿化面临的问题也不同。

在湿热地区，建筑的外立面常常会碰到植物根系霉变及空气流通不顺畅这两大难题。面对这些问题，可以从新加坡滨海湾花园的垂直绿墙技术中获取经验。具体做法是采用模块化的种植单元并构建空气夹层结构，在种植基质里加入30%的蛭石颗粒，以增强透水性。设置间隔式的通风通道来推动空气的对流，解决空气流通受阻的问题[7]。

值得注意的是，针对不同气候区的建筑外立面绿化，需要因地制宜采取差异化技术策略。在西北干热气候区，乌鲁木齐某商业综合体项目采用双层遮阳网与滴灌系统组合的方式，使藤本植物的存活率大幅提高。以往常规方法藤本植物存活率只有58%，而经过改进后的存活率提升到92%。实测外墙表面温度比传统绿化方式降低了7.3 ℃。这种把被动式遮阳和精准灌溉结合起来的模式，解决了强日照和水资源短缺这两个难题。

3.2 提高墙体保温与隔热性能

外墙绿化所带来的影响不容小觑，它不单单使建筑外观变得好看，对建筑整体性能及居住者的生活质量都有着深远的意义。墙体保温与隔热性能的提升，为外墙绿化搭建了一个更为坚实的基础，使其发挥出更好的效果。

从建筑节能这个关键角度分析，具备良好保温与隔热性能的墙体，能够切实降低室内外热量的交换程度。例如，攀援植物叶片的遮阳系数（SC值）和建筑外窗的太阳得热系数（SHGC）之间存在着一种相互补充的关系。当选用叶面积指数（LAI）达到3.8的爬山虎群落时，这些爬山虎形成的立体绿网经过东南大学建筑热工实验室的实际测量验证，能够阻挡高达82%的直射辐射。

在实际操作阶段，有不少措施可用来提升墙体的保温与隔热性能。像聚苯板、岩棉板这类新型保温隔热材料，它们的保温隔热性能相当出色，能够很好地阻挡热量传递。若是把这些材料合理运用到墙体结构中，会明显改善墙体的热工性能。墙体构造设计方面也存在许多优化空间，以夹心墙结构为例，在墙体中间填充保温隔热材料能够形成一道隔热屏障，增强墙体的保温隔热效果，提升墙体的稳定性与耐久性[8]。

提升墙体的气密性同样重要，安装密封胶条、门窗选用断桥铝合金等做法都能减少因空气渗透造成的热量损失或增加。当墙体气密性提高后，室内温度波动会变小，这为外墙绿化中的植物营造了相对稳定的生长环境。并且，良好的保温隔热性能可降低因温度变化引起的墙体变形，防止对外墙绿化设施产生破坏，保障绿化系统的长期稳定运行。

3.3 合理选择与维护绿化植物

外墙绿化系统想要实现生态效益与景观价值，植物材料的科学挑选以及全周期养护体系的构建十分关键。在挑选外墙绿化的植物种类时，区域气候特点得作为最重要的考虑因素。以夏热冬冷地区来说，常春藤、爬山虎这类藤本植物要优先选用，它们具备耐寒又耐旱的特性。这些植物的叶片角质层厚度大概在 5~8μm，气孔导度保持在 0.15~0.3mol·m-2·s-1 范围。这样的生理特征既可以保证水分被高效利用，还能够抵抗极端气候带来的影响。

不同建筑朝向会形成不一样的微环境，针对这一情况，植物配置得采取梯度响应策略。像北向立面，适合选择耐阴植物，比如扶芳藤，在年辐射量不到 800MJ/m2的区域也能正常生长。而西晒墙面，三角梅是比较好的选择，其叶片反射率能达到22%~25%，相比普通阔叶植物要高出5~8个百分点。凭借这种光学特性，能使墙面温度降低3~5℃[9]。在实际操作过程中，把不同生态位的物种混合种植，能够形成互补型群落。比如，把深根性的藤本月季和浅根系的络石搭配在一起，既能提高基质层对水分的利用效率，又能通过物候期的错开保证四季都有景观可赏。

4 结语

总而言之，绿色建筑外墙绿化对室内热环境的影响多维度且十分重要，不能被忽视。在实际应用场景里，外墙绿化具有遮阳隔热、调节空气湿度、改善通风等功能。这些功能切实地减轻了外界环境给室内热环境带来的不良影响，为人们打造出更加舒适、稳定的室内空间。

参考文献

[1]李春雨.建筑外墙绿化与外遮阳一体化节能技术研究[J].中国住宅设施,2020(3):14+16.

[2]张雨,黄滢.浅析南京市建筑外墙绿化在城市景观设计中的应用[J].大众文艺,2020(2):144-145.

[3]詹意,陈嘉琪,曾柳瑞,等.建筑外墙不同形式的垂直绿化对比研究(以广州为例)[J].广东土木与建筑,2019,26(7):6-11.

[4]刘光沛.既有建筑外墙的绿色化改造措施分析[J].住宅与房地产,2019(12):27.

[5]聂璐.室内外墙柱面绿化对建筑室内热环境稳定性的影响研究[J].科技通报,2018,34(12):202-205+210.

[6]周赛华,周孝清.垂直绿化对建筑室内热环境的影响研究[J].建筑热能通风空调,2017,36(3):25-28+84.

[7]刘文娟.建筑外墙绿化与外遮阳一体化节能技术研究[J].四川水泥,2017(1):95.

[8]刘秀强.建筑物外墙垂直绿化对墙体温度和建筑能耗影响研究[D].江西:华东交通大学,2016.

[9]曾昭雄.垂直绿化系统在建筑外内墙体设计中的研究[D].上海:东华大学,2016.

（作者单位：山东正阳建筑设计有限公司）