全球能源需求極大地影響了溫室氣體排放和氣候變化。由于建筑在全球能源消耗中占很大一部分，本研究調(diào)查了綠色屋頂和冷屋頂在降低建筑能源消耗方面的節(jié)能潛力。該研究采用氣候變化建模和建筑能源模擬相結(jié)合的綜合方法，在當(dāng)前和未來(lái)的氣候變化情景下，評(píng)估了六個(gè)全球城市（開(kāi)羅、香港、首爾、倫敦、洛杉磯和圣保羅）的這些策略。結(jié)果表明，在未來(lái)的氣候條件下，在城市一級(jí)實(shí)施綠色和冷屋頂可以導(dǎo)致每年的能源大幅減少，到2100年，暖通空調(diào)消耗量分別減少65.51%和71.72%。這些發(fā)現(xiàn)可以指導(dǎo)全球不同氣候區(qū)實(shí)施這些戰(zhàn)略，為選擇和設(shè)計(jì)適合特定城市環(huán)境的屋頂緩解戰(zhàn)略提供信息。

自進(jìn)入21世紀(jì)世紀(jì)以來(lái)，城市化進(jìn)程勢(shì)頭強(qiáng)勁，城市擴(kuò)張是城市地區(qū)人均溫室氣體排放量增加的主要原因。這些排放物一直在加速積累，正在對(duì)全球氣溫和氣候模式造成重大變化。在城市地區(qū)，城市熱島效應(yīng)可能會(huì)進(jìn)一步加劇這一問(wèn)題，較高的城市溫度通過(guò)增加冷卻所需的能源和電力而對(duì)建筑能耗產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在過(guò)去的四十年里，建筑物的能源需求以每年1.8%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)，鑒于建筑環(huán)境對(duì)能源需求、溫室氣體和空氣污染物排放、人類健康風(fēng)險(xiǎn)等方面的重大影響，開(kāi)發(fā)減少建筑物能源使用的可行方法變得越來(lái)越重要。

關(guān)于屋頂，減少建筑能耗的兩種流行策略是冷屋頂和綠色屋頂。冷屋頂使用反射表面來(lái)減少熱吸收，而綠色屋頂使用植被來(lái)提供隔熱和減少熱吸收。許多研究表明，綠色屋頂和冷屋頂都能有效減少能源消耗，而它們的效率受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和建筑特征的影響很大。然而，這些研究中的大多數(shù)僅在案例研究中考慮了少數(shù)選定的建筑物，或者主要集中在夏季，導(dǎo)致缺乏對(duì)周圍氣候和建筑環(huán)境變化如何影響這些技術(shù)的節(jié)能潛力的研究。此外，雖然許多研究探討了綠色屋頂和冷屋頂在當(dāng)前氣候條件下的有效性，但迫切需要進(jìn)行研究，評(píng)估其在未來(lái)氣候情景下的表現(xiàn)。因此，需要進(jìn)行一項(xiàng)全面的研究，在當(dāng)前和未來(lái)的條件下，在不同的氣候環(huán)境中比較這兩種技術(shù)。

（注：“綠色屋頂”（green roof ），也稱植被屋頂，是指在房屋屋頂表面鋪設(shè)土壤和植物，而不是傳統(tǒng)的木瓦或瓷磚。它們不僅為屋頂增添獨(dú)特的外觀，還能提供一系列實(shí)用的功能?！袄湮蓓敗保╟ool roofs），是指日射反射率高的屋頂，它通過(guò)對(duì)普通屋頂涂上高反射率的涂料，提高屋頂?shù)娜丈浞瓷渎?，減少太陽(yáng)熱量的吸收，從而達(dá)到減少空調(diào)冷負(fù)荷和空調(diào)節(jié)能的目的。）

建筑物的能量消耗非常容易受到氣象反饋的影響，氣象反饋是指建筑物與周圍環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)相互作用，特別是當(dāng)?shù)氐奶鞖鈼l件。建筑物的供暖、制冷和通風(fēng)要求受到氣象反饋的影響，這可能對(duì)能源消耗產(chǎn)生重大影響。研究表明，室外空氣溫度降低1 °C可以導(dǎo)致建筑能耗減少5%。?氣象反饋的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和建模對(duì)于優(yōu)化建筑節(jié)能性能和降低能耗至關(guān)重要。建筑物能源模擬模型通常使用典型氣象年（TMY）天氣文件來(lái)表示歷史和當(dāng)前天氣狀況。

本研究提出了一個(gè)綜合的方法來(lái)研究建筑節(jié)能的潛力，綠色屋頂和冷屋頂在不同的氣候情景。這種方法結(jié)合了氣候變化建模和建筑能源模擬，以量化氣候變化對(duì)建筑能源需求的影響。

圖1說(shuō)明了這種建模方法的開(kāi)發(fā)。

▲ 圖1：開(kāi)發(fā)集成建模方法

具體研究目標(biāo)包括：（1）開(kāi)發(fā)用于詳細(xì)建筑能源模擬的綜合建模方法;（2）識(shí)別當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候?qū)G色屋頂和冷屋頂節(jié)能性能的影響;（3）確定城市建筑環(huán)境對(duì)兩種屋頂類型性能的影響;（4）預(yù)測(cè)不同共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSPs）下兩種屋頂類型的節(jié)能性能。這項(xiàng)研究有可能為建筑設(shè)計(jì)和能源消耗減少策略的政策決策提供信息。這些發(fā)現(xiàn)還可能為未來(lái)全球不同地區(qū)減少建筑能耗的最有效的屋頂策略提供見(jiàn)解。

案例研究在柯本氣候分類系統(tǒng)分類的六個(gè)不同氣候帶的城市進(jìn)行，包括：開(kāi)羅（干旱或沙漠氣候;夏季炎熱干燥，冬季溫和）;香港（亞熱帶氣候，夏季炎熱潮濕，冬季溫和）;首爾（溫帶，夏季炎熱潮濕，冬季寒冷干燥）;倫敦（溫帶海洋性氣候;全年涼爽、潮濕和多雨的天氣）;洛杉磯（地中海氣候;夏季干燥，冬季多雨，但溫度變化相對(duì)溫和）;和圣保羅（亞熱帶氣候;夏季多雨，冬季干燥，但溫度變化相對(duì)溫和）。

圖2顯示了六個(gè)城市的位置和當(dāng)前背景氣候（即月平均氣溫和降水量）。

▲ 圖2：6個(gè)選定城市的位置和背景氣候

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結(jié)  果  ：

當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候?qū)渚G色屋頂建筑節(jié)能的影響：

綜合建?？蚣苡糜谀M6個(gè)具有不同當(dāng)?shù)貧夂虻某鞘性?年內(nèi)的建筑物使用能源。我們將安裝冷屋頂和綠色屋頂?shù)慕ㄖ锏哪芎呐c使用混凝土屋頂?shù)膮⒖冀ㄖ锏哪茉聪倪M(jìn)行了比較，而沒(méi)有任何節(jié)能策略。比較結(jié)果如圖3所示，顯示了每個(gè)城市的冷屋頂和綠色屋頂每年減少的制冷和制熱能耗。

▲ 圖3：當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候?qū)渚G屋頂建筑節(jié)能的影響

不同城市在不同氣候條件下的冷屋頂和綠色屋頂?shù)哪甓冉ㄖ?jié)能：

（a） 六個(gè)選定城市中每個(gè)城市每年減少兩個(gè)屋頂?shù)闹评淠茉?

（b）在選定的六個(gè)城市中，每個(gè)城市每年減少兩個(gè)屋頂?shù)墓┡芎摹?

研究發(fā)現(xiàn)，冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能性能在不同氣候下存在差異。從圖中觀察到。3a，6個(gè)城市冷屋頂平均降溫量為67.18%-86.70%，綠化屋頂平均降溫量為63.38%-83.21%。在大多數(shù)研究地區(qū)，冷屋頂?shù)慕禍匦Ч詢?yōu)于綠色屋頂。倫敦和圣保羅的冷屋頂和綠色屋頂?shù)慕禍匦Ч詈?，在不同的建筑環(huán)境中平均降溫率為86.7%和87.9%。

然而，如圖中3b所示，冷屋頂?shù)哪甓裙┡芎慕档吐省＠湮蓓斣黾恿怂谐鞘械慕ㄖ┡茉簇?fù)荷。我們的結(jié)果與以前的研究一致，冷屋頂材料的高反射率降低了吸熱率。在圣保羅，冷屋頂建筑的供暖能源使用平均增量可達(dá) 22.5%。相比之下，無(wú)論季節(jié)如何，綠色屋頂?shù)墓?jié)能效益都保持穩(wěn)定。這是由于額外的隔熱土壤層，它傾向于將熱量?jī)?chǔ)存在建筑物中。圣保羅、開(kāi)羅和洛杉磯的綠色屋頂?shù)墓┡芎慕档托?yīng)比較顯著?？傮w而言，研究結(jié)果表明，冷屋頂和綠色屋頂都可有效降低全球不同氣候條件下建筑物的制冷能耗，而使用冷屋頂?shù)慕ㄖ锏墓┡茉隽繎?yīng)仔細(xì)考慮，尤其是在氣候較冷的城市。

城市建筑環(huán)境對(duì)冷、綠屋頂建筑節(jié)能的影響：

本研究分析了以局部氣候區(qū)（LCZ，local climate zones）為特征的城市建筑環(huán)境對(duì)冷屋頂和綠色屋頂建筑節(jié)能的影響。LCZ 被定義為具有均勻表面覆蓋、結(jié)構(gòu)、材料和人類活動(dòng)的區(qū)域這些區(qū)域是局部的、氣候驅(qū)動(dòng)的，并代表特定區(qū)域，旨在根據(jù)其表面特性描述具有不同熱氣候的景觀，LCZ 被用于許多關(guān)注溫度、生態(tài)和其他環(huán)境變量的研究。

模擬是針對(duì)所有城市中的每個(gè)LCZ進(jìn)行的。確定了不同建筑環(huán)境中兩種屋頂類型對(duì)制冷和制熱能源的年度節(jié)能范圍。圖4顯示了每個(gè)LCZ中冷屋頂和綠色屋頂?shù)哪甓裙?jié)能效果對(duì)比結(jié)果。

▲ 圖4：城市建筑環(huán)境對(duì)冷綠屋頂建筑節(jié)能的影響

結(jié)果表明，城市建筑環(huán)境對(duì)冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能效果均起著至關(guān)重要的作用。圖4a顯示，不同LCZ中兩種屋頂?shù)睦鋮s能量減少量存在顯著差異，冷屋頂?shù)钠骄鶞p少率為39.30%至100%，綠色屋頂?shù)钠骄档吐蕿?8.38%至100%。值得注意的是，LCZ 3 和 6 以低層建筑為特征，通過(guò)安裝冷屋頂或綠色屋頂，可以實(shí)現(xiàn)幾乎為零的年度制冷能源需求。

此外，隨著建筑高度的增加，兩種屋頂?shù)闹评淠芎慕档?。LCZ 4（即開(kāi)放式高層建筑環(huán)境）的制冷節(jié)能效果最小，使用冷屋頂和綠色屋頂?shù)慕ㄖ钠骄评涔?jié)能分別為39.3%和38.4%。圖4b顯示，綠化屋面的建筑采暖節(jié)能性能在47.4%-100%之間，并隨著建筑高度的增加而下降。然而，建筑環(huán)境與冷屋頂?shù)墓┡?jié)能效果之間的關(guān)系并不簡(jiǎn)單。在LCZ 3中，由冷屋頂引起的供暖能量增量最高，為13.7%。

氣候和建筑環(huán)境影響的敏感性分析：

通過(guò)敏感性分析，研究了環(huán)境氣候和城市建筑環(huán)境對(duì)兩種屋頂系統(tǒng)建筑節(jié)能的影響。當(dāng)?shù)貧夂蛴绊懙拿舾行苑治瞿M了不同環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的當(dāng)?shù)貧夂驐l件下冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能性能，而對(duì)于城市建筑環(huán)境影響的分析，建筑密度和高度是影響建筑能耗的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

在每個(gè)城市中，總共模擬了10個(gè)情景，用于對(duì)每個(gè)選定參數(shù)的敏感性分析：兩個(gè)基線條件（典型的夏季和冬季條件），每個(gè)基線條件-50%、-25%、25%和50%。不同城市城市布局的基線條件是固定的，建筑密度為50%，建筑高度為40 m。每個(gè)城市的基線夏季和冬季條件來(lái)自TMY文件，分別選擇每日最高和最低日環(huán)境溫度的天數(shù)作為每個(gè)城市的夏季和冬季條件。仿真結(jié)果如圖5所示。

▲ 圖5：氣候和建筑環(huán)境影響的敏感性分析

氣候和建筑環(huán)境對(duì)不同條件下涼爽和綠色屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能的重要性水平：（a）環(huán)境溫度對(duì)典型夏季條件下節(jié)能的重要性水平;b 在典型的冬季條件下，環(huán)境溫度對(duì)節(jié)能的重要性水平;c 在典型的夏季條件下，相對(duì)濕度對(duì)節(jié)能的重要性水平;d 在典型的冬季條件下，相對(duì)濕度對(duì)節(jié)能的重要性水平;e 在典型的夏季條件下，建筑物高度對(duì)節(jié)能的重要性水平;f 在典型的冬季條件下，建筑高度對(duì)節(jié)能的重要性;g 典型夏季條件下建筑密度對(duì)節(jié)能的重要性;（h）在典型的冬季條件下，建筑密度對(duì)節(jié)能的重要性水平。

敏感性分析表明，與冷屋頂相比，綠色屋頂對(duì)周圍氣候和建筑環(huán)境的變化表現(xiàn)出更高的敏感性。值得注意的是，兩種屋頂系統(tǒng)的節(jié)能性能受夏季環(huán)境溫度變化的影響最大（圖1）。相反，相對(duì)濕度的變化對(duì)兩種屋頂系統(tǒng)的節(jié)能性能影響最?。▓D5a）。5c）。

在倫敦的夏季條件下，冷屋頂曲線的斜率為-0.447，而綠色屋頂曲線的斜率為-0.459。這表明建筑節(jié)能對(duì)溫度變化具有高度敏感性。然而，在冬季，兩種屋頂系統(tǒng)提供的節(jié)能對(duì)環(huán)境溫度變化變得不那么敏感。在洛杉磯，隨著氣溫的升高，綠色屋頂?shù)墓?jié)能效果有所改善（斜率=0.144;無(wú)花果。5b），這可歸因于其地中海氣候。在這樣的氣候下，植物的低蒸發(fā)率和蒸騰速率減少了植被的熱量損失，允許更多的熱量通過(guò)隔熱土壤層儲(chǔ)存在建筑物內(nèi)。相較于兩種屋面系統(tǒng)環(huán)境溫度對(duì)建筑節(jié)能的顯著影響，濕度對(duì)冷屋面節(jié)能能力的影響最小（圖1）。5c，d）。同樣，綠色屋頂節(jié)能對(duì)相對(duì)濕度變化的敏感性通常有限。

關(guān)于建筑布置的影響（圖1）。5E–H），隨著建筑高度和建筑密度的增加，冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能量分別呈遞減和增加的一致模式。在夏季，兩種屋頂系統(tǒng)對(duì)建筑環(huán)境變化的節(jié)能效應(yīng)的敏感性相似。對(duì)于冷屋頂，該線的斜率范圍為-0.217至-0.062，對(duì)于綠色屋頂，該線的斜率為-0.221至-0.087，對(duì)應(yīng)于不同的建筑高度范圍。兩種屋頂系統(tǒng)相對(duì)于不同建筑密度的線斜率分別為 0.174 至 0.206 和 0.170 至 0.214。在冬季，兩種屋頂系統(tǒng)之間節(jié)能效果的敏感性差異可能更為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，與冷屋頂相比，綠色屋頂提供的節(jié)能對(duì)建筑環(huán)境的變化更敏感。在洛杉磯觀察到建筑環(huán)境對(duì)兩種屋頂系統(tǒng)節(jié)能的影響最大。

在當(dāng)前和未來(lái)的氣候情景下，通過(guò)綠色屋頂和冷屋頂實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能：

鑒于濕度對(duì)兩種策略節(jié)能效果的影響有限，在2021-2100年3種SSP情景（SSP 1-2.6、SSP 2-4.5和SSP 5-8.5）的敏感性分析中僅考慮溫度變化。使用方程估計(jì)每小時(shí)溫度。利用了每個(gè)城市的當(dāng)前TMY天氣文件和六個(gè)選定的全球氣候模式（即HadGEM3 GC31-LL、MIROC6、MRI-ESM2-0、CMCC-ESM2、ACCESS-CM2和BCC-CSM2-MR）的平均未來(lái)預(yù)測(cè)值。然后，在這三個(gè)SSP下，探索了冷屋頂和綠色屋頂?shù)奈磥?lái)節(jié)能潛力，基于兩個(gè)屋頂系統(tǒng)的節(jié)能與2100年前的氣候預(yù)測(cè)之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)了2200年前的節(jié)能性能的未來(lái)趨勢(shì)。圖6顯示了未來(lái)氣候情景下，兩種屋頂系統(tǒng)在六個(gè)城市的建筑節(jié)能方面的表現(xiàn)。

▲ 圖6：未來(lái)不同情景下冷綠屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能效果

在六個(gè)城市的三種SSP情景下，冷屋頂和綠色屋頂?shù)奈磥?lái)建筑節(jié)能性能：（a）開(kāi)羅兩個(gè)屋頂?shù)奈磥?lái)建筑節(jié)能;b 未來(lái)香港兩座屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能;c 首爾兩個(gè)屋頂?shù)奈磥?lái)建筑節(jié)能;d 未來(lái)倫敦兩個(gè)屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能;e 洛杉磯兩個(gè)屋頂?shù)奈磥?lái)建筑節(jié)能;（f）圣保羅未來(lái)通過(guò)兩個(gè)屋頂節(jié)省建筑能源。

結(jié)果表明，冷屋頂和綠色屋頂在減少建筑能源使用方面的有效性因氣候帶和未來(lái)氣候變化情景而異。隨著未來(lái)全球氣溫上升的預(yù)期，全球空調(diào)能源需求有望上升。同時(shí)，冷屋頂和綠色屋頂提供的節(jié)能效果預(yù)計(jì)也會(huì)增加。在以顯著變暖趨勢(shì)為特征的情景（即SSP 5-8.5）中，兩個(gè)屋頂?shù)墓?jié)能效果通常更為明顯。在未來(lái)的大多數(shù)條件下，與綠色屋頂相比，冷屋頂往往具有更顯著的節(jié)能效果。圖 6f 顯示，冷屋頂可以實(shí)現(xiàn)圣保羅最高的建筑節(jié)能效果，范圍為 1.09 kWh/m2至 1.91 kWh/m2到 2100 年，在三個(gè) SSP 下，相當(dāng)于 HVAC 總能耗的 37.22% 至 65.52%。這可以用未來(lái)幾十年預(yù)期的重大全球變暖趨勢(shì)來(lái)解釋。

平均而言，全球氣候模型預(yù)測(cè)，從2021年到2100年，全球平均氣溫分別上升約1°C、2°C和4°C，SSP為1-2.6、2-4.5和5-8.5。然而，某些城市的氣溫上升幅度可能高于全球平均水平。例如，預(yù)計(jì)到2100年，圣保羅的平均氣溫將上升1.12°C、2.54°C和5.50°C。

在位于開(kāi)羅、香港、洛杉磯和圣保羅等溫暖氣候帶的城市，在相同的SSP情景下，冷屋頂在降溫節(jié)能方面通常優(yōu)于綠色屋頂，但洛杉磯除外，綠色屋頂在未來(lái)氣候下表現(xiàn)出更好的節(jié)能性能（圖1）。值得注意的是，在SSP 5-8.5下，到2100年，圣保羅綠色屋頂?shù)墓?jié)能量可達(dá)暖通空調(diào)總消耗量的71.72%。在較冷的城市，如首爾和倫敦，供暖的能源需求很高，綠色屋頂可能比冷屋頂更節(jié)能，因?yàn)樗鼈兙哂懈魺嵝Ч?，有助于保持室?nèi)環(huán)境溫暖。

因此，建議未來(lái)在這些城市優(yōu)先實(shí)施綠色屋頂。兩種屋頂系統(tǒng)之間節(jié)能性能的這種對(duì)比在圖中也很明顯。6c，d。在首爾未來(lái)的氣候中，綠色屋頂可以節(jié)省最多的能源，超過(guò)2 kWh / m2（約占暖通空調(diào)總能源使用量的 30%）在當(dāng)前和未來(lái)的氣候情景下。然而，隨著全球變暖的加劇，對(duì)供暖的需求預(yù)計(jì)將減少。因此，在倫敦和首爾的未來(lái)氣候中，特別是從2100年到2200年，可以觀察到冷屋頂?shù)墓?jié)能量呈顯著上升趨勢(shì)。

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討  論  ：

冷屋頂和綠色屋頂是兩種節(jié)能策略，具有降低建筑能耗和促進(jìn)減緩氣候變化的巨大潛力。然而，它們的有效性可能因特定的建筑環(huán)境和氣候條件而異。因此，仔細(xì)評(píng)估它們?cè)诓煌闆r下的性能非常重要。本研究評(píng)估了在當(dāng)前和未來(lái)氣候情景下，全球六個(gè)城市局部氣候區(qū)的冷屋頂和綠色屋頂在建筑節(jié)能方面的潛力。討論部分主要圍繞冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能效果預(yù)測(cè)及其未來(lái)的潛在應(yīng)用。

研究結(jié)果表明，與冷屋頂相比，綠色屋頂對(duì)室外環(huán)境條件的變化更敏感，如圖所示。5. 這是因?yàn)榫G色屋頂?shù)男阅苋Q于屋頂上植物的生長(zhǎng)和健康，而屋頂植物的生長(zhǎng)和健康會(huì)受到溫度、降水和陽(yáng)光等環(huán)境因素的影響。相比之下，冷屋頂?shù)墓?jié)能效果受環(huán)境變化的影響較小，因?yàn)樗鼈冎饕蕾囉谖蓓敱砻娴姆瓷涮匦?。因此，在氣候溫暖、多云或多雨的地區(qū)，由于蒸發(fā)和蒸騰速率降低，綠化降溫效果受到限制，使用冷屋頂可能更適合降低建筑物的降溫能耗。同時(shí)，在炎熱和陽(yáng)光充足的地區(qū)，冷屋頂和綠色屋頂都能可靠地減少全年的能源需求。然而，在相對(duì)寒冷的地區(qū)，只有綠色屋頂才能有效減少建筑物的供暖能耗。這些發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有文獻(xiàn)一致。

此外，考慮城市建筑環(huán)境也很重要，因?yàn)樗鼤?huì)顯著影響冷屋頂和綠色屋頂?shù)男阅?。?yīng)仔細(xì)評(píng)估和建模相鄰建筑物的潛在遮蔽效應(yīng)。一些研究還建議在實(shí)施這些緩解策略之前進(jìn)行太陽(yáng)模擬，以確保其有效性。

該研究預(yù)計(jì)，綠色屋頂在溫度迅速升高和降水量持續(xù)較低的城市（如洛杉磯）具有巨大的應(yīng)用潛力（圖1）。這些城市的特點(diǎn)是潮濕的亞熱帶氣候，夏季炎熱潮濕，冬季溫和。同樣，相對(duì)寒冷的城市，如氣候溫和、冷熱季節(jié)分明的首爾，也可以從綠色屋頂中受益。在熱帶地區(qū)和一些以高溫和強(qiáng)烈太陽(yáng)輻射為特征的亞熱帶地區(qū)（例如開(kāi)羅、香港和圣保羅，見(jiàn)圖1）。6a、b、f），冷屋頂被發(fā)現(xiàn)在減少未來(lái)建筑能源使用方面更有效。

然而，重要的是要考慮城市地區(qū)的缺水問(wèn)題，因?yàn)檫@些地區(qū)的綠色屋頂可能需要灌溉。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)羅這樣的沙漠氣候中，綠色屋頂幾乎是干燥的，因此綠色屋頂?shù)拇蠖鄶?shù)特性都不起作用。此外，如圖6c，d所示，從2100年到2200年，倫敦和首爾未來(lái)氣候下冷屋頂?shù)慕ㄖ?jié)能性能急劇上升，表明隨著全球變暖趨勢(shì)的持續(xù)，冷屋頂?shù)臐撛趹?yīng)用范圍更廣。

考慮到氣候變化的因素，本研究為在全球范圍內(nèi)實(shí)施冷屋頂和綠色屋頂以實(shí)現(xiàn)未來(lái)建筑節(jié)能提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。以前的研究往往集中在這些解決方案的當(dāng)前應(yīng)用上，而沒(méi)有考慮它們對(duì)氣候變化的未來(lái)影響。

▲ 圖 7：全球?qū)嵤├湮蓓敽途G色屋頂以節(jié)省建筑能源的適用性

在考慮在建筑開(kāi)發(fā)中實(shí)施冷屋頂和綠色屋頂時(shí)，不僅要考慮其節(jié)能效果，還要考慮其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。冷屋頂是一種具有成本效益的安裝和維護(hù)選擇，而綠色屋頂則提供額外的好處，例如減少 UHI 影響、改善空氣質(zhì)量、管理雨水和提高屋頂?shù)哪陀眯浴Ｔ诟叨瘸鞘谢貐^(qū)，綠色屋頂可以帶來(lái)更多好處，包括改善城市景觀和居民福祉。因此，冷屋頂和綠色屋頂之間的決定也應(yīng)該基于對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)、當(dāng)?shù)貤l件和優(yōu)先事項(xiàng)的綜合評(píng)估。

綜上所述，本研究評(píng)估了綠色屋頂和冷屋頂在不同環(huán)境氣候和城市建筑環(huán)境中的節(jié)能性能。它考慮了六個(gè)全球城市當(dāng)前和未來(lái)的氣候變化情景：開(kāi)羅、香港、首爾、倫敦、洛杉磯和圣保羅。為了提高建模的準(zhǔn)確性，開(kāi)發(fā)了一種綜合方法，將氣候變化建模和建筑能源模擬相結(jié)合。

本研究的主要發(fā)現(xiàn)如下：

與傳統(tǒng)建模方法相比，集成建?？蚣芸筛_地估算每小時(shí)和每月的建筑能源使用量。

冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能效果很大程度上取決于實(shí)施它們的氣候區(qū)。這兩種屋頂系統(tǒng)在減少各種氣候下的制冷能源需求方面都顯示出巨大的潛力，而在氣候較冷的城市中，應(yīng)考慮與冷屋頂相關(guān)的供暖能源需求的增加。

冷屋頂和綠色屋頂?shù)墓?jié)能效果受到城市建筑環(huán)境的影響。低層建筑的節(jié)能性能最好，隨著建筑高度的增加，節(jié)能性能呈下降趨勢(shì)。

在未來(lái)溫室氣體排放量高（SSP 5-8.5）的情況下，冷屋頂和綠色屋頂有望為建筑物節(jié)省更多的冷卻能源。在未來(lái)的氣候預(yù)測(cè)中，應(yīng)考慮全球變暖對(duì)減少建筑供暖能源需求的影響

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關(guān)于綠色屋頂與冷屋頂

綠色屋頂：

綠色屋頂可以安裝在各種各樣的建筑物上，從住宅到公寓和辦公室-只要建筑物配備有平坦或低坡度的屋頂。綠色屋頂主要有三種類型：粗放型、半集約型和集約型。

大面積的綠色屋頂通常要簡(jiǎn)單一點(diǎn)，植物更小，更容易管理，生長(zhǎng)的中等深度為2到4英寸。一旦它們完全長(zhǎng)大，它們的重量相對(duì)較輕，維護(hù)費(fèi)用也較低。

半密集型綠色屋頂，也被稱為屋頂花園，比大面積屋頂稍重，通常由模塊化容器組成。盡管需要更多的維護(hù)和灌溉，但它們可以提供比其他類型的綠色屋頂更具雕塑感的外觀。

集約型綠色屋頂可能有點(diǎn)復(fù)雜。這些屋頂通常以大型植物為特色，如完整的樹(shù)木和灌木，類似于您典型的花園或公園。它們需要更多的結(jié)構(gòu)支持比廣泛或半密集的綠色屋頂，往往成本多一點(diǎn)。密集型屋頂也可能需要更多的維護(hù)。

冷屋頂：

冷屋頂技術(shù)的核心是兩個(gè)關(guān)鍵特性，高太陽(yáng)反射率（能夠反射太陽(yáng)的可見(jiàn)光、紅外線和紫外線波長(zhǎng)，減少向建筑物的熱傳遞）和高熱發(fā)射率（輻射吸收或非反射太陽(yáng)能的能力）。與傳統(tǒng)材料制成的屋頂相比，這些特性使涼爽的屋頂在陽(yáng)光直射下保持較低的溫度。冷屋頂有各種材料和類型，每種材料和類型都適合不同的屋頂需求和審美偏好：

涂層屋頂：特殊的反光涂層可以應(yīng)用于現(xiàn)有屋頂，增強(qiáng)其反射性能。

單層膜：這些是卷到屋頂上并用機(jī)械緊固件固定的預(yù)制板材，用化學(xué)粘合劑粘附，或用壓載物（石頭、攤鋪機(jī)）固定到位。

涼爽的屋頂瓦片和瓦片：有多種材料可供選擇，例如赤陶或板巖，這些材料經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，可以反射更多的陽(yáng)光。

▌編輯：同辰建筑

▌來(lái)源：Nature、友綠網(wǎng)