美国华盛顿绿色屋顶的益处

——美国运输部绿色屋顶个案研究

李文杰，大卫·迈尔斯

　　李文杰

　　风景园林硕士应试者

　　植物科学和园林建筑学院

　　马里兰大学帕克分校，美国马里兰州

　　大卫·迈尔斯，博士，美国景观设计师协会

　　副教授

　　植物科学和园林建筑学院

　　马里兰大学帕克分校，美国马里兰州

　　摘要：在华盛顿，绿色屋顶已成为一种流行的绿色基础设施。它可以在不占用既少量又昂贵土地的前提下，保持水分，减少因城市化带来的雨水径流污染。本文的第一部分提供了美国华盛顿绿色屋顶在环境、社会和经济方面带来的好处。第二部分是就美国交通运输局 68,000平方英尺（6,317 平方米）绿色屋顶的案例研究。

　　关键字：绿色屋顶的益处；案例研究；雨水管理

　　1. 介绍

　　1.1　什么是绿色屋顶？

　　绿色屋顶，也称植物屋顶覆盖，由特殊耐旱植物以及安装在已有设施上的特殊屋面材料（佩克， 1999）构成。绿色屋顶还有一层种植在防水膜之上的生长介质，里面也许还装有根障、排水和灌溉系统。绿色屋顶有诸多益处，比如蓄积雨水、减少降雨高峰期屋顶径流、减少"热岛效应"、减少建筑耗能成本、延长屋顶寿命、给拥挤的城市提供更多的户外空间。在最近几十年内，作为一种构思以及雨水控制的施工措施发挥着日益重要的作用，它被誉为"应对雨水径流、缓和由于城市化而日益增长的雨水径流峰值、容量和速度的有效雨水管理设施。"（ARC,2001）。

　　由于城市化建设，雨水体积增加，影响了城市河流的物理特质（马哈塞，2000），同时造成巨大的经济损失。在过去，雨水管理主要是靠运输把雨水径流从城市中心运送到附近的河流、小溪或湖泊中。突破性工程措施--通常用于控制洪水--包括用混凝土或乱石筑成的河堤、矫直渠道或河流管道（邓恩和利奥波德，1978）。结果，建成的环境往往会成为城市中心附近河流生态系统退化的一个肇因。 布斯和杰克逊，1997；费肯斌，2000；王，2001）。同时，由于土地渗透物的减少，不透水覆盖物对河流生态系统产生了负面影响。（阿诺德和吉本斯，1996）。从根本上来说，非结构控制具有更好的施工场所。

　　1.2　哥伦比亚特区的绿色屋顶

　　华盛顿多飓风，位于季风带，有下水道溢流系统，由于气候变化和全球变暖，天气会变的更加恶劣。自从 2009 年五月一日起，哥伦比亚特区从零售水以及管道消费收集来的雨水税应根据等价居住单元计算。等价居住单元为房地产中非渗透土地的 1000 平方英尺（哥伦比亚特区环境部）。绿色屋顶可以减少雨水沉淀过程中的雨水径流速度和水量，提高雨水质量。最重要的是，它是减少城区非渗透土地的一种新的重要措施。由非渗透土地引起的环境问题，包括雨水管理及处理设施超负重、由强降水引起的洪水隐患。

　　2005 年，来自凯西树和狸猫科技的专家指出，合理发展的情况下，哥伦比亚特区的绿色屋顶覆盖率目标可以定为：20 年/ 20%覆盖率/2000 万平方英尺。这个"20-20-20"的目标加上这个城市的特点，驱使哥伦比亚政府改善其 2006 年开始的绿色屋顶计划。这一计划包括对新屋顶以及翻新屋顶进行补贴，减少雨水税和非渗透土地税（哥伦比亚特区环境部，2011）。在华盛顿，从 2012 年 2 月起，每平方英尺的绿色屋顶翻新补贴从三美元提升到了五美元。雨水税和非渗透面积的收费也会相应的减少，但仍在讨论中。到 2008 年年底，在绿色屋顶产业发展如此迅速以及各种代理商和非营业性机构层出不穷的情况下，哥伦比亚特区已完成了大约 75 个绿色屋顶工程（每个都至少有 1000 平方英尺）。这 75 个绿色屋顶工程的总覆盖面积达到了 350，000 平方英尺。根据《2011 年年度绿色屋顶项目调查》，覆盖了 501,402英尺，华盛顿名列第二。在大型城市，绿色屋顶已成为流行的设计元素，同时也是集生态、社会和经济效益与一体的"绿色城市"市场指示牌。

　　2. 哥伦比亚特区绿色屋顶的益处

　　2.1 环境效益

　　2.1.1 雨水管理

　　就像上文提到的一样，在华盛顿，不管是已建成的区域还是新开发的区域，绿色屋顶已成为雨水管理的首选。北美几个现场研究中表明，绿色屋顶为雨水管理提供诸多益处：减少径流流量、控制峰流量、调节放流时间、提高水质量、减少洪水发生风险。首先，绿色屋顶可以安装在无足够空间安装设施的密集城市地区。其次，紧密土地可能会限制像雨水花园和渗透道路等雨水渗透技术的发挥，绿色屋顶技术在这些区域也可以很好的发挥作用。华盛顿多飓风，位于季风带，由于气候变化和全球变暖，天气会变的更加恶劣。凯西树和狸猫科技与环境保护局合作，并研制的一最新联合模型（ 2006）预测，绿色屋顶的雨水管理益处主要集中在华盛顿。这一彻底调查把哥伦比亚区不同覆盖假设的绿色屋顶雨水管理累积益处量化。一方面，在合流制排水系统中安装的 5，500 万平方英尺的绿色屋顶每年将减少 43，500 万加仑或 19%的径流流量。另一方面，绿色屋顶有把几千磅营养物、金属及其它污染排除出该区域水道的潜能。

　　2006-2007 年间，来自霍华德大学的格拉斯博士组织了一个项具体的调查项目，以评估2006 年五月份建在美国景观设计师协会总部（华盛顿西北眼大街 636 号）的绿色屋顶工程，这项工程占地 3,000 平方英尺。这项调查表明美国景观设计师协会绿色屋顶，在十个月时间内其截留水量占总降雨量的 75%。为了进一步调查大降雨期间雨水控制性能，记录了从 2006年 10 月 27 号到 2006 年 11 月 23 号期间六次连续大暴雨情况，得出了降雨径流应对图标及雨水储存图表。水位图展示了大暴雨时，储存在植物层的径流量变化。与整个监测期间 75%的平均储水量相比，绿色屋顶在暴雨时期的的储水量仍达 53%，储水能力降低了 21%。尤其是在第二次降雨中，屋顶的储水量仅为 10%。然而，水被暂时的储存在了储水层，并能够在降雨后期达到其最大承受力（在第六次降雨中，储水量为 100%。）。格拉斯博士（2006）还表示，雨水中的 COD、磷酸盐、所有的磷、漂浮物及溶解物都增加到了最大程度；然而，其浓度却低于 EPA 公布的淡水浓度标准。同时，绿色屋顶中雨水径流中的氮含量也低到了一定程度。因为径流水被排到下水道系统中，然后再流入河流支流，应该有很少的氮元素流入切萨皮克湾中。

　　2.1.2 能量效益

　　城市热岛效应是地表吸收并储存太阳的热量而导致的。与附近的农村相比，这使城市温度提升了 10 华氏度（EPA,2007）。绿色屋顶所带来的第二个环境益处就是通过植物及其土壤水分蒸散总量降低热能，缓解城市热岛效应。在这个自然过程中，由于蒸发，水从地表及通过植物蒸发释放到大气中（美国地质勘查局,2005）。结果，绿色屋顶上的土壤水分蒸散总量为消极降温系统，使其建筑物比传统屋顶建筑物的温度低。干旱时期，植物吸收及反射太阳能也起到一定的降温作用。同时，通过吸收二氧化碳（造成温室效应及气候变化的温室气体最主要来源之一）、释放氧气，大大提高了空气质量。根据 2010 年 CNT 报道的预测， 哥伦比亚区的绿色屋顶每年可以节省 10 到 20 万千瓦的电力和 17 到 21 亿瓦的煤气。

　　2.1.2　改善野生生物环境

　　土壤深度、土壤合成及植物选择，绿色屋顶可以为野生生物创造环境。自然栖息地修养、当地材料加上精心设计，可以帮助城市区域的某些物种缓和野生生物环境（(Brenneisen,Lundholm, 2006）。在哥伦比亚特区的 12 个绿色屋顶研究案例中，有设施维护人员称，在夏季看到了蝴蝶和蜜蜂，还发现了鸟巢。随着哥伦比亚特区绿色屋顶的普及，越来越多的单个绿色屋顶会联合在一起形成一个网，创造更多的城市野生生物环境。

　　2.2　社会效益

　　除了生态价值，绿色屋顶还有社会及文化效益，提高了人类的生活质量。首先，屋顶的绿色提高了建筑物及其周围环境的审美价值。绿色屋顶在美学方面的正能量能够在城市绿化及繁荣关系中得以体现。为把居住地变的更加绿色，人们愿意付出更多。其次，绿色屋顶为密集的城市提供丰富的消遣空间。在我去美国景观设计师协会参观绿色屋顶时得知，天气炎热时，员工和游客都愿意去参观他们的绿色屋顶并且可能会在上面待上好几个小时读书或与朋友交谈。在波托马克河沿岸的几个绿色屋顶能观赏到这个城市著名的建筑，比如美国国会山和国家大教堂。不难想象，在合适的安全控制下，这些绿色屋顶会成为"空中花园"。

　　再次，包括绿色屋顶在内的绿色设施能够通过它的"社区团结"效应--即改善社区成员之间正式和非正式关系网络，培养一个健康、相互扶持的人类环境（沙利文, 阔和戴泊特2004），把社区变为一个更适于工作和生活的地方。这种社区完整性也会帮助提高公共教育的机会。家庭和朋友聚到一起借鉴一些有关水资源、气候变化问题及有关植物的亲身经验。最后，植物还具有减少噪音的好处。在像华盛顿这样的大城市中，飞机、火车和汽车带来的噪音非常大，并有可能造成健康威胁。一个加拿大研究机构，曾就《绿色屋顶技术的先进性》做过调查，其测量结果显示，声音在绿色屋顶传播过程中低频率及中频率噪音损失比普通屋顶噪音损失增加了5--13分贝，高频损失则增加了2--8分贝（康奈利和霍奇森2008）。由此可知，绿色屋顶对个人及其社区的健康发展都是十分有益的。

　　经济效益

　　绿色屋顶的绝热特质能够在很大程度上降低建筑物加热和降温所需的能量，从而减少建筑物的操作成本（塞兹, 2006）。不同的城市如芝加哥、波特兰、多伦多、温哥华等等，绿色屋顶的经济效益也不同。新加坡、香港等国家或城市的潜在效益已用美元进行评估。在以往的定量成本效益分析中，会考虑以下方面：降低灰色基础设施需要、减少因空气质量而付出的健康投资、降低能量消耗、缓解处理气候变化和全球变暖的紧迫性。华盛顿已有绿色屋顶带来的经济效益约为每年10-20万美元（马克·巴克雷，汤姆·萨拉斯，2010）。这些收益从用于水治理、雨水基础设施灰色需求、能源消耗、空气质量和温室热量改善、噪音污染治理等的政府财政支出中节省出来。计算方法公布于《绿色基础设施价值---其经济、环境及社会效益一览》（CNT 2010）。这一报道中，对以下领域进行了量化分析和评估了：径流量减少所带来的经济效益、能源减少使用量、污染物减少量、大气中二氧化碳的减少量。