绿色植物生态墙对室内环境的影响分析

随着人们生活水平的提高，人们越来越关注绿色健康生活环境，将绿色植物引入室内成为一个很好的选择。大量调查研究表明，人们全天 80%的时间是在室内度过的，因此，将绿色植物引入室内，可以有效地提高人们对室内环境的舒适感受。对于室外植物墙绿化的降温节能效果国内做了许多研究，但室内植物墙的研究较少，而且对室内植物墙与室内热湿环境的定量研究更少，实际应用中还是以景观布置为主。室内植物墙是指通过植物部分或全部覆盖室内墙面，由支撑防水系统、栽培容器、灌溉系统、植物等组成。室内植物墙不同于家里的盆栽植物，它可以大量地将绿色植物引入室内，而占用微小的空间，形成独特的景观效果；并能有效地改善室内环境，增加室内空气湿度，降低空气温度。

Fluent 是计算流体力学(Computational Fluid Dy-namics，CFD)软件包之一，用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动和传热现象的专业软件。本文将运用 Fluent 建立室内植物墙的模型，并通过模拟研究植物墙对室内热环境的影响。

1 建筑室内热环境模拟

现代人们通过空调系统来控制室内的热湿环境以满足舒适性，但带来的是巨大的能源消耗。室内的绿色植物墙不光具有优化视觉、心理效果，其在热学上的环境调整效果也开始备受关注。建筑物外部围护结构就是处于室外气温周期变化及太阳辐射周期变化的影响下，以致围护结构内的导热过程也呈现周期性非稳态状况，温度波的衰减和延迟现象是周期性非稳态导热的两个最显著特点。根据实地测试，室内壁面温度最大值在 14∶00 时左右，故选取14∶00 时的温度，即室内各表面温度最高时进行室内热环境的模拟。

1.1    物理模型

由于走廊内没有任何布置，所以模型设置为空旷的走廊(见图 1)，通过模拟走廊西侧有无植物墙来预测室内热环境。走廊的左侧为空气进入口，右侧为气流出口，这个模拟区域大小为4.9 m×3 m×2.5 m。

1.2    Fluent 模拟几何模型的建立及网格划分选择

春季晴朗天气工况下，以同一建筑的 2 层和3 层为研究对象，模拟的是建筑入口处的一走廊，两层建筑规格、布置相同，其中 3 层西内墙上有一面 4.2 m×2.5 m的植物墙，而 2 层室内无植物墙。模型尺寸与实测建筑尺寸相同，由于是走廊，建筑内没有布置其他物品，故模型中也没有任何布置，与实际建筑相符合。本文通过 Fluent 软件分别模拟室内有无植物墙的 2 个走廊，研究绿色植物墙对室内热环境的影响。

1.3 网格划分及边界条件

1.3.1 网格划分

使用 Fluent 前处理软件 Gambit 对模型进行网格划分，本模拟主要是对室内热环境的模拟，故将其划分为六面体结构化网格，尺寸为 0.05。1.3.2 内壁温度及进气温度在模拟分析自然通风条件下有无室内植物墙春季室内热环境时，分别对有无植物墙的两层建筑进行了实地测试，得到室内墙壁温度和进风温度及风速(见表 1)。

1.3    室内热环境模拟结果对比分析

在模拟分析自然通风条件下有无室内植物墙春季室内热环境时，分别对有无植物墙的两层建筑进行了实地测试，得到室内墙壁温度和进风温度及风速(见表 1)。

1.4    室内热环境模拟结果对比分析

分别模拟有无植物墙的两层建筑的走廊，从图 2[(a)、(b)]图 3[(a)、(b)]可以明显地看出有植物墙的走廊温度低于没有植物墙的走廊，同时，可以看出植物墙对室内空气温度的影响在 1 m 以内比较明显。通过软件计算可以得出有植物墙的走廊平均温度为 17.6 ℃，没有植物墙的走廊平均温度为 18.2 ℃，两者温度相差 0.6 ℃。与实际测试的结果误差在 14%，可以说明模型的建立符合实际情况，模拟结果准确、可靠。

2         植物墙室内风环境模拟

在测试中发现植物墙附近空气流速很小，植物墙中有枯黄的植物，同时，植物栽培介质有霉菌的生长。这是由于植物墙侧空气流动不好，无法将植物周围潮湿的空气带走，造成植物墙介质含湿量过大，造成霉菌的生长。控制建筑物内的湿度被认为是最现实、最有效预防和控制霉菌的方法。因而通过改善室内空气流动，合理调节灌溉水量，降低植物墙侧空气湿度，从而控制霉菌的生长。模拟对比了走廊左侧去掉 0.9 m挡墙后室内空气流动的模拟。

图 4(a)是有植物墙的走廊在自然通风条件下Y=1.2 m 处水平面空气流速分布图。从图中可以看出植物墙附近空气流速很小，有些区域的空气流速为 0 m/s，容易滋生霉菌，也不利于室内空气质量的改善和植物的正常生长。对比图 4(b)室内气流流动明显改善，植物墙侧空气流速提高到 1 m/s，有利于控制霉菌的生长，改善室内空气质量。

3         温湿度实测结果分析

实测地点为西安市某酒店的走廊，3 层西侧有一4.2 m×2.5 m 的植物墙，2 层没有植物墙。测试时间为 3月21 日，当日天气晴朗无雨。使用 Swema 3000 多功能测量仪、Testo 175 数据记录仪和 Smart sensor AR350红外线测温仪。

从图 5 可以看出两条曲线的走势一样，有绿化的走廊曲线波动较小，说明其温度起伏变化小。有植物墙走廊的温度始终低于无植物墙的走廊，在下午 14∶00时温度差值达到 0.7℃。说明绿色植物墙能有效降低室内温度，减小室内温度的波动。

从图 6 可以看出有植物墙走廊内的空气相对湿度始终大于无绿化走廊，有植物墙走廊内空气相对湿度波动幅度较大，这是由于绿色植物随着温度的升高，其生命活动增强，蒸发作用增大。植物吸收的 95%以上的水分仅仅是在植物体内走了一遍就释放到空气中，从而增加了空气的相对湿度。植物墙含水介质也随温度升高蒸发增强。无植物墙的走廊空气相对湿度在 40%左右，几乎没有什么变化。室内温度的降低与植物的蒸腾作用及其栽培介质中水分的蒸发有着直接关系。

4         结论

本文通过实测和模拟对西安市某酒店有无植物墙的温湿度及气流场进行了定性和定量的研究，得出有绿色植物墙的走廊空气温度比无植物墙的低0.7 ℃，空气相对湿度在 11∶00 时有植物墙空间比普通空间相差 29%，分析发现植物墙降低空气温度与植物的蒸腾作用及栽培基质中水分的蒸发作用有关。同时，测试植物墙附近空气流速低，不利于植物的生长，在以后的设计中应注意保持植物墙良好的通风。