植物活墙与建筑节能

本书作者力图通过适度的学科交叉，尝试对活墙进行一些科学的定量研究，除了从建筑学的角度对活墙的构造类型研究之外，还针对其传热特性进行较为深入的研究。 

本书作者首先运用类型学方法对活墙进行了全面的梳理：收集并整理活墙发展中出现过的重要设计理念，提炼出活墙的基本原型，再由此原型衍生出三大类型的活墙并总结其构造方法。然后使用实验研究和模拟研究两种方法对活墙的热工性能进行定量分析：在实验中测量活墙对建筑墙体温度的影响，评估活墙在夏季和冬季对建筑的热工作用。后建立数值模型对活墙的传热过程进行模拟，用实验数据验证模型的精确性。

陈秋瑜 美国得克萨斯大学奥斯汀分校建筑学硕士，华中科技大学建筑学本科、博士，湖北省城镇化工程技术研究中心研究人员，现任教于华中科技大学。曾赴英国谢菲尔德大学景观系交流访问。研究方向为可持续性设计，主要关注健康建筑设计、垂直绿化生态效应模拟、材料及建造技术，在垂直绿化与建筑节能、建筑活墙的生态效益方面有长期的研究，并发表了SCI高被引论文。主持及参与国家基金项目3项。主持国家自然科学基金青年科学基金项目“建筑活墙能效评估模型的理论建构与实测验证”（51708232）。李保峰 华南理工大学学士、华中理工大学（现华中科技大学）硕士、清华大学博士、德国慕尼黑工业大学高级访问学者。国家一级注册建筑师、享受中国国务院政府特别津贴专家。目前担任华中科技大学建筑与城市规划学院教授、博导，华中科技大学建筑与城市规划设计研究院董事长，《新建筑》杂志社社长，《建筑师》杂志社编委，中国建筑学会理事，中国建筑学会资深会员，全国高等学校建筑学专业教育评估委员会委员。

目录

第1章  绪论

一、城市绿化与绿量指标

二、垂直绿化的重要性

三、植物活墙行业现状

四、植物活墙研究意义

第二章  植物活墙是什么？

一、概念定义

二、历史上的垂直绿化

三、植物活墙的出现与发展

四、当代案例

第三章  类型学分析

一、绿化模式的演变

二、垂直绿化的分类

三、植物活墙的类型

四、植物活墙的构造

第四章  植物活墙生态效益

一、降温作用

二、增湿作用

三、等效热阻

四、调节风速作用

五、改善空气质量

第五章  植物活墙对建筑的热工影响

一、植物活墙受热分析

二、太阳辐射

三、热辐射

四、生长基质的热工指标

五、传热模型

第六章  节能实测与模拟

一、实验研究

二、实验结果

三、等效热阻计算

四、模拟研究

五、模拟计算

六、精确性验证

第七章  结束语

一、本书总结

二、展望未来

附录A 计算参考数据

附录B 叶面积指数参考数据

附录C  符号表

参考文献

前言

植物活墙作为一种新型的垂直绿化技术，近年来得到了广泛关注和急速发展。不同于传统的攀援植物绿化，植物活墙使用多样的植物和花卉，在美化建筑墙面的同时也改善墙面热工性能、提高建筑能效。然而，市场中植物活墙技术和实施方法参差不齐、缺乏技术指导和设计参考的现状给植物活墙的发展带来较大阻碍。另一方面，学术领域还未得出关于植物活墙的热工指标或传热计算方法，现有的能耗分析软件无法计算植物活墙对建筑的能耗影响，给植物活墙的生态效益评估带来困难。植物本身是生命体，也是高效的太阳能收集器，会随外界环境变化调节自身能量收支水平。这是植物活墙特有的生命力的体现，也是其物理性质不定、热工性能难以估量的原因。

本书第1章首先提出，在城市化的进程中，发展城市立体绿化对城市整体绿化水平及生态环境的重要性。而现有的基于“绿地率”的城市绿化指标体系无法准确评估城市绿化水平和其生态效益。基于“绿量率”的指标体系能更精确的表达城市绿化水平。垂直绿化是增加城市绿量率的有效途径；第二章对绿化的演变进行概述，将当代的垂直绿化分为九种类型，其中植物活墙为重要的一种，也是未来城市绿化的发展趋势。然后对植物活墙的发展历史、当代行业现状进行概述，提出其投资成本高、维护难、缺乏技术标准、与节能评估体系脱节等问题。第三章运用类型学方法对植物活墙进行了全面的梳理：收集并整理植物活墙发展中出现过的重要设计理念，提炼出植物活墙的基本原型，再由此原型衍生出三大类型的植物活墙并总结其构造方法。第四章对植物活墙的生态效益进行评述，如降温增湿作用、调节风速、缓解雨洪、改善空气质量、促进城市生物多样性等。

本书第五章对植物活墙的热工性能进行探讨。建立了植物活墙的传热模型，对其能量活动进行分析，对太阳辐射、长波辐射、对流换热以及蒸腾作用等分别进行计算；再对植物活墙和建筑墙体的一维非稳态导热微分方程进行求解，得出墙体内部温度的瞬时分布场。讨论了在外界气候环境变化的情况下，植物生命活动、基质水分变化带来的动态热工变化，提出了植物活墙的一系列动态热工指标。

第六章使用实验研究和模拟研究两种方法对植物活墙的热工性能进行定量研究：在实验中测量植物活墙对建筑墙体温度的影响，评估植物活墙在夏季和冬季对建筑的热工作用；再使用第五章建立的数值模型对植物活墙的传热过程进行模拟，用实验数据验证模型的精确性。

实验研究表明，模块式植物活墙在夏季对制冷和非制冷建筑物墙体均有显著的降温作用；在冬季对采暖建筑物墙体有显著的保温效果，对不采暖建筑物仅在夜晚的保温效果较好，在白天则有一定的消极影响。植物活墙与建筑之间的空气层是一个夏“凉”冬“暖”的微气候区，可起到良好的夏季隔热和冬季保温作用。在夏季，植物活墙与建筑墙体之间的空气层在封闭状态下的降温效果优于开敞状态；在30～600mm范围内，植物活墙与建筑墙面的距离越小，植物活墙的降温效果越好。在本实验环境下，植物活墙在夏季可节约13%建筑制冷能耗。

本书建立的植物活墙传热模型可计算不同植物、不同基质厚度、不同气候下的模块式植物活墙对建筑墙体传热量的影响。将实测数据和模拟数据进行对比发现，该数值模型可较精确的模拟植物活墙真实传热情况。