自然花卉

绿色植物降温的原理是什么?

绿色植物不单能够降温,还可以增湿,同时树冠对阳光的直接遮挡可以显著降低树下及周边空间的黑球温度、生理等效温度,总的来说就是可以改善人的热舒适性。关于植物可以通过自身的蒸腾作用降低周边空气温度,具体的原理是怎样的,是否与各种植物之间的叶片特性不同而不同呢?

花卉公园


这里先简单说下什么是黑球温度和生理等效温度。
黑球温度:在辐射热环境中人或物体受辐射热和对流热综合作用时,以温度表示出来的实际感觉温度。
生理等效温度:在某特定环境条件下,人体皮肤温度和体内温度与典型室内环境实现等量热状态得到的相应空气温度。
通俗来讲,就是一种可以更加准确描述你身体感觉到温度的指标(包括你穿上衣服之后的准确感受)。
在室外热舒适性评价标准中,由于室外活动的多样性显著增加,个体代谢水平差异大、衣着不同等,使得室外热舒适性评价工作十分困难。
目前,热舒适性的评价标准以生理等效温度模型为主,它综合了空气温湿度、风速、太阳辐射还有穿着和运动等,最为准确,应用广泛,且被国内外学者的研究证明了其科学性。
明明气温才30多℃,为什么会感觉那么热?莫非是测量数据不准?你是不是也这样怀疑过。
以后不要轻易说气象预报不准了,只是参考标准不一样。它预报的不是生理等效温度,而是空气温度。
放在百叶箱中测得的流动空气温度,夏天只显示30+℃,已经很高了,准确的很,没毛病!
绿色植物可以改善周边环境热舒适性的原理是什么?
回答这个问题可以从两个方面入手:植物树冠的遮阴作用和蒸散作用。
上面提到了蒸散作用,其实植物树冠的遮阴作用才是实现降温最重要的手段。
就好比植物是一台“空调”,蒸散作用只是按了加湿键,而遮阴作用相当于开了制冷!是方向性的作用!

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一、植物的遮阴作用
植物的遮阴作用主要是通过树冠来实现,所以和树形的关系就最明显。
树形分很多种:塔形、圆锥形、卵圆形、伞形、扁球形等等。
举几个例子,可以看图片感受下。
1、雪松的塔形
2、银杏的圆锥形
3、香樟的卵圆形
4、枫杨的伞形
可以很直观的看出来,伞形的树遮阴效果肯定最好,但是光看树形还不够。如果比作一把遮阳伞,树型只是伞架,没有伞布也是白搭!
下面来说叶片,它能够直接遮挡和吸收大部分的太阳直接辐射热,当然叶片的质地不同也决定了这是一把“黑胶遮阳伞”还是一把用来挡太阳的“雨伞”。
早在1995年,有科学家就发现,单层植物叶片可以吸收80%并反射10%可见光的入射辐射,因而仅仅透过剩余的10%;同时,其还可以吸收20%和反射50%的红外光,而仅透过30%。
如果植物的叶片层数越多,将对太阳辐射起到更好的拦截作用,以降低到达树冠下的太阳辐射。
对于正常生长的整株树木,依据其叶片密度,叶片的类型与布局,大致可以有效拦截80-90%的太阳辐射。
王丹妮在清华大学的试验中发现,树木对热环境的影响主要通过遮阴实现的,树叶繁茂的树冠遮荫作用非常明显,阳光透过率不足15%。
渐渐的大家也开始发现需要有一个指标来描述树冠里面叶片到底有多密,才能找到叶片“密度”与遮阴效果之间的数量关系。于是叶面积指数就登场了。
叶面积指数是指单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数。叶面积指数越高,你就能感觉头上全部绿油油的,一点缝都不剩。
有学者就开始用叶面积指数,来探究它与植物遮阴的关系。
赵敬源发现,行道树在街道中能够发挥作用,对叶面积指数是有要求的,不是谁都能发挥作用的。当叶面积指数=1和无绿化时街道中的热环境不仅没有比无绿化时好转,反而还有所恶化。
这是因为树木的存在对气流速度造成阻碍,稀疏的叶片所带来的遮阳效果还抵不上其带来的不良影响,造成局部热环境质量反而有所降低。
所以只有当叶面积指数≥3的时候,其才能对热环境产生较大影响。
在清楚叶片数量作为“遮阳伞”布的重要性之后,伞布的质地就开始成为下一步被研究的重点了。
对于叶片不同质地的遮阴效果比较,Heisl在1986年就想到了。他找到一棵种植在建筑南面的中等尺度的糖槭,发现在枝叶繁茂时可以有效降低建筑南墙80%的太阳辐射,落叶后可以降低太阳辐射约40%;而一棵同等尺度的二球悬铃木的遮阴作用就稍低于糖槭。
吴家兵学者就对银杏、银中杨、垂柳、垂榆、梓树和京桃6种行道树树冠及其单叶对紫外辐射的屏蔽效应进行测定,得到绿叶屏蔽紫外辐射的效果要好于黄叶。
6个树种均表现出良好的紫外辐射屏蔽功能,67%以上的紫外辐射被屏蔽,屏蔽效应大小依次为:京桃>垂榆>梓树>银杏>垂柳>银中杨。
看来“遮阳伞”还是绿色的好。

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二、植物的蒸散作用
蒸散作用是绿地产生降温效应的另一个主要原因,主要包括地表水分的蒸发与植物体内水分的蒸腾。
对于植物而言,其通过根系从土壤中吸收的水分通过植物叶片以水蒸气状态散失到大气中。
在白天,植物吸收的大部分太阳辐射都能以蒸腾作用的方式转化为潜热,进而增加周围环境的湿度,水汽蒸发,自然降低了空气温度。
按下“加湿键”,植物用自己的力量把地里的水抽出来帮我们加湿。
由于植被的蒸散作用和土壤的蒸发作用,使得植被近地面的气温比以不透水表面为主的建筑区域的气温要低,从而形成“绿洲效应”。
林品仪学者推算植物蒸散作用时所需的热量,并借由计算流体力学的模拟方式,在无风和有风的城市环境中,针对街道不同的铺面材质与绿带设置的变化模拟形成的风场特性及温度和空气中热含量变化影响的情况。
模拟结果得出,种植植物对于城市降温具有显著的影响:有风环境下草地铺面的温度相较无风之柏油马路温度下降6℃;种植乔木则使温度下降约7.04℃。
同样,叶片的材质不同也会影响“遮阳伞”的性能发挥。
莫健彬学者对植物改善热环境的研究中发现植物叶片的质地也会影响植物的蒸腾作用强弱,纸质较革质叶片,能够加速植物的蒸腾作用,对周边范围热环境的改善效果更佳。
因为不同材质下叶片分布的气孔数目不同,而且与叶面积指数的大小、叶片的大小也有密切的关系,以及植物自身呼吸和蒸腾作用的强弱等也有关。
邵永昌学者在对上海的几种常用园林植物在夏季蒸腾作用与降温增湿的研究中发现:悬铃木、香樟、枫香、枫杨等叶面积指数较大的植物比女贞、银杏、石楠等叶面积指数小植物在降温增湿方面的能力更优。
所以说叶面积指数越高,不仅遮阴效果好,蒸散作用也直线上升。

人与自然共和谐


三、综合发挥作用
当植物开始工作,同时开启遮阴和蒸散作用,“制冷”和“加湿”功能同时打开,就可以显著的降低夏季高温时段的气温。
综合作用的结果会使得我们的体感温度,也就是前文提到的黑球温度以及生理等效温度变的非常适宜。
学者在对广州名园余荫山房热环境的调查研究中就发现:树荫下和凉亭内,由于接受太阳辐射较小,因此相应地黑球温度较低且变化范围很小;其余测点暴露在阳光直射下,受光照影响,太阳辐射一天内的浮动范围较大,因此黑球温度也较高。
在香港对不同树种在街道内的热环境情况进行研究时,有学者分析了包括金风铃、蓝花楹、芒果、长叶松等在内的12种植物,结果显示芒果由于冠幅大、叶面积指数高以及伞形树形,其生理等效温度PET最佳,较对照点相比,街道内可以降低12℃-16℃,单株植物可以减少12.5℃-14.5℃。
植物默默为我们奉献了这么多,又打伞又降温增湿的,所以请善待为我们营造舒适生活家园的它们。

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