传统城市绿化热效应评价主要探讨植被属性和气象参数的影响,且多关注单一平面空间。笔者以建筑立体绿化为研究对象,借助ENVI-met开展10种上海典型建筑高度的模拟实验,将热效应评价范围扩展至与人居环境密切相关的三维空间,分析了不同立体绿化方式和设计高度下降温强度的时空变化规律。
立体绿化降温强度呈现三维时空差异。时间上:屋顶绿化和垂直绿化的主要降温时段均集中在午后,而夜晚降温并不显著,甚至出现局部升温;屋顶绿化的最大降温强度较垂直绿化更大,但垂直绿化的降温时间更长,全天降温时段较屋顶绿化延长约2h;同时,垂直绿化的降温强度受朝向影响较大,通常在建筑南立面接受太阳直射时段达到峰值。空间上:水平布置的屋顶绿化更易将冷空气积聚在屋面以上3m高度以下的空间;局部垂直绿化的降温区域集中在设计高度所在区域;全覆盖方式垂直绿化产生的冷空气受重力作用明显,降温覆盖范围更大,主要降温区域位于建筑迎风侧距地面5m以下的空间。
设计高度越高,对于屋顶绿化和局部垂直绿化意味着更大的三维空间,而对于垂直绿化也意味着更多的可绿化面积。屋顶绿化和局部垂直绿化的三维空间降温强度均表现出随设计高度增加而递减的趋势,不同设计高度的立体绿化之间存在最大0.12℃的降温差异;而垂直绿化全覆盖方式受设计高度影响较小,平均降温强度均为0.10℃左右。
设计高度小于12m的屋顶绿化为在下风向改善地面热环境创造可能,而全覆盖垂直绿化和近屋顶层局部垂直绿化产生的冷空气也可扩展至屋面。此外,立体绿化降温强度具有一定的规模效应,但设计高度较高的立体绿化产生的冷空气更易流逝,其降温强度不会因绿化面积增加而显著增强。
设计高度小于12m的屋顶绿化为在下风向改善地面热环境创造可能,而全覆盖垂直绿化和近屋顶层局部垂直绿化产生的冷空气也可扩展至屋面。此外,立体绿化降温强度具有一定的规模效应,但设计高度较高的立体绿化产生的冷空气更易流逝,其降温强度不会因绿化面积增加而显著增强。
基于上述结果,笔者提出以改善局地热环境为导向的建筑立体绿化方式选择与设计高度布置原则。
1)在难以大面积开展立体绿化的混合建筑区,屋顶绿化可提供相对独立的户外空间,并因其单位面积降温强度大于垂直绿化,宜被先行布置;
2)垂直绿化依附于建筑立面,可利用面积更大,在不考虑绿化资金、施工条件等情况下,垂直绿化全覆盖方式能够最大化扩展降温覆盖范围,改善近地面人行空间热环境;
3)低层建筑或高层建筑底层空间(距地面12m以下)的局部垂直绿化降温潜力甚微,应综合考虑其视觉景观效益;
4)在更大尺度上,公共活动空间上风向的低层建筑宜布置屋顶绿化,下风向宜布置垂直绿化,可以汇聚更多凉爽空气。
笔者在有限的建筑尺度下探讨了立体绿化对三维空间热环境的改善效果。为控制立体绿化方式和设计高度等单一变量,模型简化了周边建成环境,部分输入变量取自预设值或同类模型,因而难以完全代替现实的复杂状况。另相较以往实测和街区层面模拟的结果,本研究模拟所得的降温强度值偏小,除模型本身误差外,背景气象、模拟尺度和植被属性设置等也是造成差异的重要原因。
尽管如此,研究结果仍反映了夏热冬冷地区不同建筑立体绿化方式和设计高度之间热效应的相对差异和空间分异现象。若将空调热排放减少和绿视率增加等经济和社会效益考虑在内,立体绿化的应用潜力将更加突出。因此,在优化转变“存量”用地的城市地区,合理补充建筑立体绿化不失为缓解局地热岛、建设气候适应性城市的一种有效途径。