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綠建築:綠建築的屋頂綠化

臺灣都市化嚴重,使原本的自然綠地變成了水泥叢林,許多都市問題隨之而生,使得人們開始思考各種綠色設計的可能,「屋頂綠化」就是眾多綠色設計技術之一。
 
 
 
「屋頂綠化」是綠建築「生物多樣性指標」的評估要項之一。「屋頂綠化」一詞許多人都耳熟能詳,其實並不新鮮。只是近年來臺灣都市化嚴重、過度人工開發,使得原本的自然綠地變成了水泥叢林,許多都市問題,諸如熱島效應、都市洪水、空氣汙染等隨之而生,再加上全球氣候變遷、地球暖化等議題發酵,使得人們開始思考各種綠色設計的可能,「屋頂綠化」就是眾多綠色設計技術之一。

屋頂綠化不僅在視覺上帶來綠美化的環境,植栽能夠淨化二氧化碳、粉塵與空氣中的重金屬,也有減緩都市熱島效應、調節微氣候、增加保水性能、增進建築節能等功能,因此近年來備受歐、美、日等先進國家重視。其中德國與日本更訂定屋頂綠化的推廣與獎勵政策。

以德國為例,推廣生態屋頂的政策起自 1989 年,規定建商必須以屋頂綠化的方式規劃一定的綠化面積。漢諾威市更頒布「屋頂綠化建築規劃指導方針」,明確規定屋頂綠化的規畫設計、施工、維護管理等內容。

日本東京都政府更以明文規定,面積超過1千平方公尺的新建建築,五分之一的屋頂必須以綠色植物覆蓋。在美國則是以銀行低利貸款及減少稅徵的方式鼓勵建造生態屋頂,最知名的例子是芝加哥市政廳在其屋頂建造了超過 3 千平方公尺的綠化屋頂,種植約 1 萬 5 千種植物,對都市環境降溫、雨水貯留、創造生物棲地等都有正面的影響。

屋頂綠化的分類

在屋頂綠化的分類上,由管理維護與土壤層厚度的角度來看,可區分為密集型、半密集型與粗放型。密集型的屋頂綠化可看成是位於屋頂的花園,其覆土較深,可種植喬木、灌木等較大型的植栽,需要大量的人工維護與管理。而粗放型屋頂綠化,覆土較淺,保水不易,以種植耐旱的草種、低矮灌木與地被植物為主,屬於低維護型,幾乎不需要密集的維護或一年一次即可。通常這類型的綠化是不允許人們在上面活動的。

半密集型屋頂綠化則介於上述兩者之間,需要少量的人工澆灌與維護,植栽則以滴灌的方式給水,同時以輕重量的陶粒做為土壤介質,除可減輕屋頂荷重外,陶粒本身多孔隙的特徵也可幫助保水。另有一種綠化方式是根據屋頂載重,在既有的屋面利用盆栽或擺放盛土栽植容器做簡易綠化,這種方式最省工,但植栽的根系成長易受局限。

屋頂綠化的構成

屋頂綠化不若一般裸露地的綠化,由於位處建築物樓板上,需要考量對建築物的荷重負擔。若應用於既有建築的屋頂上,可覆以較淺的植草以避免大幅增加樓板的荷重。此外,在與建築的整合上,尚需確實做好對建築物屋頂層的防護,避免因施工導致屋頂防水層破壞而漏水。

屋頂綠化的成敗與否與以下幾個要素相關:植栽選種、生長介質、防水與防根措施、排水與過濾層。

植栽選種 植物種類是屋頂綠化最為關鍵的因子,會影響屋頂所欲呈現的景觀。在選擇上以多肉型植物如馬齒牡丹、馬櫻丹、佛甲草等為主,因為它們肥厚的根、莖、葉可有效保有水分,又具植株低矮、生長快速與繁殖容易的優點,且對氣候的適應性強。除了多肉植物外,一些匍匐生長的地被植物,如翠玲瓏、蔓花生等,也常用於屋頂綠化。

生長介質 介質除提供生長的基層外,還有提供養分與保存水分的功能。常用的介質有泥炭土、珍珠石、椰纖塊、粗河砂等。此外,陶土粒因有優良的保水性且重量輕,也常添加在土壤中或單獨做為屋頂綠化的介質層。

防水與防根措施 防水層位於最底層,直接鋪設在屋面上,以防止水分滲透至屋頂樓板內而破壞結構,其材質包括 PVC、瀝青、合成橡膠、PU 等。防根層則位於防水層上方,主要防止植物根系穿透防水層導致屋頂漏水,使用的材料有合成橡膠、PVC、厚瀝青等。

排水與過濾層 排水層位於過濾層下方或防水層上方,當土壤介質中的水分達飽和時,多餘的水分便藉由排水層緩慢排出,避免植栽因積水而浸泡其中造成根系腐爛。目前市場上更有兼具蓄水、阻根與導水功能的模組化排水板可供應用,優點是重量輕且施工容易。此外,為了防止介質、碎屑滲入排水層內造成排水管堵塞,常在排水層與介質間鋪設一層過濾層,其材質通常是防水的不織布。

屋頂綠化的好處

屋頂綠化的優點可分幾方面來談:

提供都市生態跳島與多樣生物棲地 都市環境的人工化、均質化造成生物的食物來源、棲息地、交配區等減少,無法維持適當的棲息環境,造成都市裡生物種類減少。據統計,近年來臺灣各都市每人平均擁有的公園綠地面積,臺北市是 4.95 平方公尺、高雄市 4.88 平方公尺、臺中市 8.72 平方公尺,比起歐美都市每人可達約 30 平方公尺的綠化面積,臺灣的都市綠地顯然嚴重不足。

都市裡預留均質分布的綠地是維繫都市叢林中生態的要件,在密集的都市環境中,倘若建築物的屋頂能夠綠化,成為都市平面綠地的延伸,不但使得都市綠地面積增加,其分布也較都市公園廣泛,可成為都市裡的生態跳島,小動物得以自由遷徙於都市水泥叢林內,而有助於都市裡物種的交流與小棲地的形成。

降低都市熱島效應 都市過度人工化、水泥化會導致都市高溫化,這就是所謂的都市熱島效應。根據成功大學建築研究所的實測結果,臺灣大都會區中心和郊區的夜間空氣溫度差竟可高達攝氏 3 至 4 度,導致夏季時都市空調耗能的增加。

都市熱島現象的起因,包括大量人工構造物的吸熱放熱、不透水鋪面的增加阻礙了水循環、都市綠地減少與大量的人工排熱等。屋頂綠化的植栽層可以減少人工鋪面曝曬於烈日下,減低水泥屋面的吸熱,植栽葉面的蒸散作用又可調節周遭空氣的溫溼度。

經實測,在綠化屋頂上方約 30 公分處的夜間空氣溫度,比裸露的水泥屋頂上方平均低約攝氏 2 度。然而在白天時反而高約攝氏 1.5 度,但是就表面溫度而言,綠化屋頂的表面溫度比一般平板屋頂最大可低約攝氏 19 度,顯示確可大幅降低都市熱島效應。

減少都市洪水發生 都市不透水面與人工構造物的增加使得都市裡裸露地減少,當暴雨來時不利於雨水的自然入滲,因而造成都市排水系統的額外負荷,如排水不及則易導致都市洪水現象。綠化屋頂由於有土壤層,可以吸收降雨並延遲暴雨進入都市排水系統的時間,能減輕都市下水道的負擔,其作用有如位於自家屋頂上的小型滯洪池。

據內政部建築研究所的報告,屋頂綠化可使保水量提高約 17%,能降低洪峰流量,並延緩約 20 分鐘的雨水排放,在都市防洪上有重要貢獻。

建築節能效益 屋頂綠化由於有厚厚的土壤層覆蓋在屋頂表面上,可以增加熱阻成為建築屋頂隔熱的一部分,留滯在土壤內的水分更可提高土壤的平均熱容量,延緩熱量進入室內的時間。此外,植物葉面提供的日射反射與遮蔽效果,也使得土壤層的表面溫度遠低於裸露的一般屋頂,這效果在葉面密度高、種植間距密的情形下更為顯著。因此可以大幅減低室內日間的空調耗電量,有助於空調節能。

除了上述對都市與建築上的生態與節能效益之外,屋頂綠化對都市生活品質、延伸生活綠地與休憩空間也有正面的功效。更有醫院、安養院利用屋頂露臺建構花園的方式應用於園藝治療、復健上,因為綠化的環境可以紓解現代都市人的壓力與焦慮,可見其影響與各種應用上的可能性。

臺灣都市的景觀通常缺乏特色,比比皆是的水泥建築搭上五顏六色的鐵皮屋頂,構成了一幅醜陋、難登大雅的都市景觀。倘若屋頂綠化能夠推廣,匡正國人對屋頂的利用僅止於加蓋鐵皮屋的觀念,將有助於都市景觀的改善與永續都市的實踐。

臺灣的屋頂綠化風氣仍處於起步階段,雖已有許多民間公司開始綠化屋頂的志業,周邊支援的產品、施工的廠商更是不在少數,然而真正讓大眾卻步的仍是擔心屋頂漏水、管理維護與成本問題。惟就永續都市的角度來看,屋頂綠化不啻是增加都市生態、改善都市熱島、減低都市洪水、增進建築節能與提升生活品質的方法之一。

深度閱讀
  1. Osmundson, T. (1999) Roof Gardens: History, Design, and Construction, W.W. Norton & Company, Inc. New York, NY.
  2. Wong, N.H., P.Y. Tan, et al. (2007) Study of thermal performance of extensive rooftop greenery systems in the tropical climate. Building and Environment, 42(1), 25-54.
  3. 廖朝軒、蔡燿隆(2009)屋頂綠化建構技術之研究,內政部建築研究所,臺北。
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