綠色植物生態墻對室內環境的影響分析

隨著人們生活水平的提高，人們越來越關注綠色健康生活環境，將綠色植物引入室內成為一個很好的選擇。大量調查研究表明，人們全天 80%的時間是在室內度過的，因此，將綠色植物引入室內，可以有效地提高人們對室內環境的舒適感受。對于室外植物墻綠化的降溫節能效果國內做了許多研究，但室內植物墻的研究較少，而且對室內植物墻與室內熱濕環境的定量研究更少，實際應用中還是以景觀布置為主。室內植物墻是指通過植物部分或全部覆蓋室內墻面，由支撐防水系統、栽培容器、灌溉系統、植物等組成。室內植物墻不同于家里的盆栽植物，它可以大量地將綠色植物引入室內，而占用微小的空間，形成獨特的景觀效果；并能有效地改善室內環境，增加室內空氣濕度，降低空氣溫度。

Fluent 是計算流體力學(Computational Fluid Dy-namics，CFD)軟件包之一，用于模擬和分析復雜幾何區域內的流體流動和傳熱現象的專業軟件。本文將運用 Fluent 建立室內植物墻的模型，并通過模擬研究植物墻對室內熱環境的影響。

1 建筑室內熱環境模擬

現代人們通過空調系統來控制室內的熱濕環境以滿足舒適性，但帶來的是巨大的能源消耗。室內的綠色植物墻不光具有優化視覺、心理效果，其在熱學上的環境調整效果也開始備受關注。建筑物外部圍護結構就是處于室外氣溫周期變化及太陽輻射周期變化的影響下，以致圍護結構內的導熱過程也呈現周期性非穩態狀況，溫度波的衰減和延遲現象是周期性非穩態導熱的兩個最顯著特點。根據實地測試，室內壁面溫度最大值在 14∶00 時左右，故選取14∶00 時的溫度，即室內各表面溫度最高時進行室內熱環境的模擬。

1.1    物理模型

由于走廊內沒有任何布置，所以模型設置為空曠的走廊(見圖 1)，通過模擬走廊西側有無植物墻來預測室內熱環境。走廊的左側為空氣進入口，右側為氣流出口，這個模擬區域大小為4.9 m×3 m×2.5 m。

1.2    Fluent 模擬幾何模型的建立及網格劃分選擇

春季晴朗天氣工況下，以同一建筑的 2 層和3 層為研究對象，模擬的是建筑入口處的一走廊，兩層建筑規格、布置相同，其中 3 層西內墻上有一面 4.2 m×2.5 m的植物墻，而 2 層室內無植物墻。模型尺寸與實測建筑尺寸相同，由于是走廊，建筑內沒有布置其他物品，故模型中也沒有任何布置，與實際建筑相符合。本文通過 Fluent 軟件分別模擬室內有無植物墻的 2 個走廊，研究綠色植物墻對室內熱環境的影響。

1.3 網格劃分及邊界條件

1.3.1 網格劃分

使用 Fluent 前處理軟件 Gambit 對模型進行網格劃分，本模擬主要是對室內熱環境的模擬，故將其劃分為六面體結構化網格，尺寸為 0.05。1.3.2 內壁溫度及進氣溫度在模擬分析自然通風條件下有無室內植物墻春季室內熱環境時，分別對有無植物墻的兩層建筑進行了實地測試，得到室內墻壁溫度和進風溫度及風速(見表 1)。

1.3    室內熱環境模擬結果對比分析

在模擬分析自然通風條件下有無室內植物墻春季室內熱環境時，分別對有無植物墻的兩層建筑進行了實地測試，得到室內墻壁溫度和進風溫度及風速(見表 1)。

1.4    室內熱環境模擬結果對比分析

分別模擬有無植物墻的兩層建筑的走廊，從圖 2[(a)、(b)]圖 3[(a)、(b)]可以明顯地看出有植物墻的走廊溫度低于沒有植物墻的走廊，同時，可以看出植物墻對室內空氣溫度的影響在 1 m 以內比較明顯。通過軟件計算可以得出有植物墻的走廊平均溫度為 17.6 ℃，沒有植物墻的走廊平均溫度為 18.2 ℃，兩者溫度相差 0.6 ℃。與實際測試的結果誤差在 14%，可以說明模型的建立符合實際情況，模擬結果準確、可靠。

2         植物墻室內風環境模擬

在測試中發現植物墻附近空氣流速很小，植物墻中有枯黃的植物，同時，植物栽培介質有霉菌的生長。這是由于植物墻側空氣流動不好，無法將植物周圍潮濕的空氣帶走，造成植物墻介質含濕量過大，造成霉菌的生長�？刂平ㄖ�物內的濕度被認為是最現實、最有效預防和控制霉菌的方法。因而通過改善室內空氣流動，合理調節灌溉水量，降低植物墻側空氣濕度，從而控制霉菌的生長。模擬對比了走廊左側去掉 0.9 m擋墻后室內空氣流動的模擬。

圖 4(a)是有植物墻的走廊在自然通風條件下Y=1.2 m 處水平面空氣流速分布圖。從圖中可以看出植物墻附近空氣流速很小，有些區域的空氣流速為 0 m/s，容易滋生霉菌，也不利于室內空氣質量的改善和植物的正常生長。對比圖 4(b)室內氣流流動明顯改善，植物墻側空氣流速提高到 1 m/s，有利于控制霉菌的生長，改善室內空氣質量。

3         溫濕度實測結果分析

實測地點為西安市某酒店的走廊，3 層西側有一4.2 m×2.5 m 的植物墻，2 層沒有植物墻。測試時間為 3月21 日，當日天氣晴朗無雨。使用 Swema 3000 多功能測量儀、Testo 175 數據記錄儀和 Smart sensor AR350紅外線測溫儀。

從圖 5 可以看出兩條曲線的走勢一樣，有綠化的走廊曲線波動較小，說明其溫度起伏變化小。有植物墻走廊的溫度始終低于無植物墻的走廊，在下午 14∶00時溫度差值達到 0.7℃。說明綠色植物墻能有效降低室內溫度，減小室內溫度的波動。

從圖 6 可以看出有植物墻走廊內的空氣相對濕度始終大于無綠化走廊，有植物墻走廊內空氣相對濕度波動幅度較大，這是由于綠色植物隨著溫度的升高，其生命活動增強，蒸發作用增大。植物吸收的 95%以上的水分僅僅是在植物體內走了一遍就釋放到空氣中，從而增加了空氣的相對濕度。植物墻含水介質也隨溫度升高蒸發增強。無植物墻的走廊空氣相對濕度在 40%左右，幾乎沒有什么變化。室內溫度的降低與植物的蒸騰作用及其栽培介質中水分的蒸發有著直接關系。

4         結論

本文通過實測和模擬對西安市某酒店有無植物墻的溫濕度及氣流場進行了定性和定量的研究，得出有綠色植物墻的走廊空氣溫度比無植物墻的低0.7 ℃，空氣相對濕度在 11∶00 時有植物墻空間比普通空間相差 29%，分析發現植物墻降低空氣溫度與植物的蒸騰作用及栽培基質中水分的蒸發作用有關。同時，測試植物墻附近空氣流速低，不利于植物的生長，在以后的設計中應注意保持植物墻良好的通風。