3.1环境因素对颗粒污染物浓度的影响
![武汉绿化环境因素对颗粒污染物浓度的3个影响](https://img.penjing8.com/202308/21/180919271.jpg)
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计算现场实测中1、2、3与4、5、6测点的风速平均值,分别作为靠近车行道路侧与靠近垂直绿化侧的风速,再与颗粒污染物浓度变化进行比较(图9-1)。结果表明:颗粒污染物浓度与风速呈现负相关性,09:00—15:00风速升高,颗粒污染物浓度下降;15:00以后风速降低,颗粒污染物浓度有所上升。
实测当日温度与相对湿度数据显示(图9-2),温度为早晚低、中午高,温差为7℃;相对湿度为早晚高、中午低。该结果表明颗粒物在风的作用下可扩散到风向下游或外部大气中,风速越大颗粒物扩散越快。当中午温度升高、相对湿度下降时,空气中形成的局部湍流可以加快颗粒物的扩散,减轻污染程度。
实测当日温度与相对湿度数据显示(图9-2),温度为早晚低、中午高,温差为7℃;相对湿度为早晚高、中午低。该结果表明颗粒物在风的作用下可扩散到风向下游或外部大气中,风速越大颗粒物扩散越快。当中午温度升高、相对湿度下降时,空气中形成的局部湍流可以加快颗粒物的扩散,减轻污染程度。
3.2基于滞尘效应的垂直绿化实施策略
根据实验结果,笔者对于城市街道峡谷提出如下2种设计策略。
1)垂直绿化适宜布置在道路较窄的城市支路。当道路宽度较小,所形成的街道峡谷环境更加封闭,颗粒污染物也更难以扩散,从而对行人身体健康造成危害。垂直绿化布置在宽度较小的街道可以利用其滞尘效应吸收大量颗粒污染物,达到最佳净化效果。
2)垂直绿化适宜布置在迎风时长较多的建筑立面。当水平向布置密度完全相同时,垂直绿化迎风面滞尘量达到整个街道中滞尘量的85%以上。因此,相较于背风面,在建筑的迎风面布置垂直绿化的滞尘效应更高。
1)垂直绿化适宜布置在道路较窄的城市支路。当道路宽度较小,所形成的街道峡谷环境更加封闭,颗粒污染物也更难以扩散,从而对行人身体健康造成危害。垂直绿化布置在宽度较小的街道可以利用其滞尘效应吸收大量颗粒污染物,达到最佳净化效果。
2)垂直绿化适宜布置在迎风时长较多的建筑立面。当水平向布置密度完全相同时,垂直绿化迎风面滞尘量达到整个街道中滞尘量的85%以上。因此,相较于背风面,在建筑的迎风面布置垂直绿化的滞尘效应更高。
对于垂直绿化的具体布局设计有如下两方面建议。
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1)基于街道峡谷中垂直绿化背风面的净化效应,理论上垂直绿化设计的最优组合如下:LAD为2.0m2/m3,水平向布置密度为60%,布局方式为间断式(图10)。
2)基于街道峡谷中垂直绿化迎风面的净化效应,理论上垂直绿化设计的最优组合如下:LAD为1.0m2/m3,水平向布置密度为60%,布局方式为间断式(图11)。
3.3垂直绿化滞尘能力模型
由正交实验的极差分析可知,因素A和因素B的最优水平组合为A1B2,即12m宽、18m高的街道峡谷可使垂直绿化达到最优滞尘能力,将这种组合定为最优街道峡谷形式。根据最优街道峡谷形式中的垂直绿化在不同水平向布置密度下的实验数据,计算单位面积内垂直绿化对PM2.5的滞尘量(表6),可以看出在街道峡谷形式和布局方式相同的情况下,当水平向布置密度为30%时垂直绿化单位面积的滞尘量最大;当布置密度从30%增加到60%时,虽然垂直绿化的总滞尘量逐渐增加,但是单位面积的滞尘量逐渐减少,且当布置密度增加到60%时,单位面积滞尘量减少到最大值的86%。
lLmPM2.5模拟实验中街道峡谷长度为60m,垂直绿化高度为室外布置常见高度6m,当设置街道峡谷长度为L,布置总长度为l,布置总面积为S时,将垂直绿化面积(S)、水平向布置密度()与单位面积滞尘量()通过SPSS软件进行回归分析,得到最优街道峡谷形式中单位面积垂直绿化的滞尘能力模型,具体计算式如下:
该垂直绿化滞尘能力模型为限定街道峡谷条件与垂直绿化布局方式下的可吸入颗粒物PM2.5滞尘量模型。根据此模型对符合该街道峡谷形式的实际道路进行测算,可预测垂直绿化在街道峡谷中的实际滞尘效果。
3.4武汉市垂直绿化滞尘能力测算
本研究选取武汉市符合最优街道峡谷形式的5条街道:保成路、统一街、忠孝门、北城路、后长街。假设按照单位面积滞尘量最高的水平向布置密度30%进行垂直绿化设计安装,根据垂直绿化滞尘能力模型可以计算出垂直绿化在日间12h内PM2.5的总滞尘量(表7)。
以保成路为例,当满足最优街道峡谷形式的长度272m时,日间PM2.5总滞尘量可以达到36176μg,所需490m2垂直绿化的造价为73.5万(以1500元/m2计算)。根据垂直绿化滞尘能力模型对实际布置面积与实际街道长度进行设计,可达到造价和滞尘能力可控的目的。
将垂直绿化应用在老城区街道中,能更好地发挥滞尘效应。模拟实验中所得最优水平宽度为12m的街道峡谷占武汉市老城区街道的16%;最优水平的街道峡谷宽高比为2∶3,这种类型街道占武汉市老城区街道的60%,占新城区街道的30%;最优风向水平45.0°在武汉市相对风向关系中占26.80%,次优风向水平67.5°占20.22%。可见,垂直绿化在武汉市老城区街道改造、空间舒适性提升、空气质量提升上有广阔的应用前景。
4结论与展望
本研究对街道峡谷中垂直绿化临近区域的温湿度、PM2.5及PM10浓度、风速进行实测,并基于正交实验的方法,以垂直绿化滞尘量为研究指标,通过ENVI-met软件对街道峡谷中影响滞尘量的6个因素进行模拟实验,总结出垂直绿化滞尘效应最优的因素水平组合。研究表明,街道峡谷宽度、布局方式与水平向布置密度对垂直绿化滞尘效应影响最强。
根据武汉市实际街道情况,垂直绿化更适宜布置在宽度较窄的城市道路以及迎风时长较多的建筑立面,可最大化发挥其滞尘效应,净化街道环境空气。此外,垂直绿化滞尘能力模型为街道峡谷中的滞尘设计提供了理论依据,可作为今后垂直绿化在街道中应用的科学指导和理论参考。
本研究也存在一些不足,例如,在现实生活中垂直绿化对颗粒物的吸附会达到饱和,在降水和灌溉后恢复吸附能力,但是由于模拟软件的局限性,本研究对垂直绿化的滞尘能力假定为理想状态,即通过即时灌溉恢复其滞尘能力。此外,本研究所模拟的街道峡谷为两侧建筑高度相同的简单理想状况,在未来的研究中可以对两侧建筑非均匀排布的街道及具有不同建筑形式的街道进行探讨。