Vertical greening systems e A review on recent technologies and research advancement
3. Vertical greening systems
Hereafter we discuss the present state-of-the-art of vertical greening systems, focusing on current classifications, commonly used system components and benefits.
3.1. Classifications: green faccedil;ades vs. green walls
Fig. 2 demonstrates that vertical greening systems are classified according to two main types: green faccedil;ades and green walls [9,31]. To encourage a clearer understanding, it is useful to apply the German terms lsquo;bodengebundene Begruuml;nungrsquo; and lsquo;fassadenge-bundene Begruuml;nungrsquo; [41], which are well established current German terminology and can be directly translated as lsquo;ground-based greening methodrsquo; and lsquo;wall-based greening methodrsquo;. Ground-based greening methods rely on natural ground and refer to green faccedil;ades, whereas wall-based greening methods include direct planting on the wall, without connection to natural ground, referred to green walls.
Green faccedil;ades are further classified according to the location of plants, which can either be placed directly into the soil, or in soil-filled planter boxes [42], consequently the third term lsquo;planter box-based greening methodrsquo; is suggested to be appended. Green faccedil;ades involve climbing plants to cover vertical surfaces and are subdivided into direct and indirect green faccedil;ades [11,20,28,39,43]. Direct green faccedil;ades, as referred to in traditional architecture (traditional green faccedil;ades), do not need structural support since clinging climbing plants adhere to the external walls through adventitious roots or self-adhesive pads [43,44]. Indirect green fa-ccedil;ades are referred to as double-skin green faccedil;ades which include supporting systems such as stainless steel cables, modular trellises, or stainless steel mesh to assist the upward growth of climbing plants by creating a second skin layer in distance to the wall [11,18,29,39]. Green walls are designed with pre-vegetated panels, vertical modules, or planted blankets that are fixed vertically to the surface, allowing plant growth without relying on rooting space at ground level [9,13]. According to their application method, green walls are classified as modular or continuous [11,12,21]. Though, Scharf et al. [35] mention a third kind of green wall, which should be added and classified as linear green wall. Continuous green walls are based on a single support structure, while modular green walls result from the installation of several modular elements, together forming the whole greenery [11]. Linear green walls result from cascading elements, affixed to the wall in a linear way [41].
3.2. System components
Since direct green faccedil;ades are characterised by plants with ad-hesive root structures that enable attaching themselves directly to the faccedil;ade additional supportive system components are not needed. Double-skin green faccedil;ades are equipped with supporting elements like cables, meshes, trellis or nets made of steel (stainless, coated or galvanized), hard wood, aluminium and plastic [23,45]. Plants to be applied are climbing species without adhesive prop-erties but tendrils.
Continuous green walls usually include a frame that holds the base panel and protects the wall from humidity. The application of a fabric layer (permeable, flexible and root proof screens, also serving as drainage) serves as growing media. Continuous green walls therefore often do not have any further requirement for soil sub-strate. This hydroponic technology provides water and nutrients to the plants. The fabric layer is attached to waterproof membranes that protect the construction material from moisture [11,21,42]. New research approaches are also dealing with continuous green walls consisting of a double-layered steel grid construction filled with a mixture of rock share and compost serving as plant substrate [46,47].
Modular green walls consist of several modules in form of pocket-typed planters and panels. Each module is designed to hold soil or substrate and is fixed to a structural frame behind [21]. Growing media are either organic (e.g. soil) or inorganic (e.g. granular material like perlite, foam, mineral wool, felt [11,42,48]. Linear green walls are composed by linear planter boxes (e.g. aluminium or plastic (HDPE)), that are applied one above the other and filled with substrate (e.g. soil or mineral granules, [11,35]. Table 1 summarizes all basic characteristics of the described ver-tical greening systems.
4. Benefits of vertical greening systems
In urban regions, where green areas are scarce and open ground space is limited, vertical greening methods represent an innovative and promising opportunity for increasing green infrastructure in cities. Apart from aesthetic, ecological and social values, economic benefits are proved by several studies (e.g. Refs. [8,29,39]). All types of benefits are associated with each other and are discussed in detail in the following chapters.
4.1. Environmental benefits
Due to the continuing increase of artificial and sealed surfaces replacing green spaces in urban areas, shading and evaporative cooling benefits provided by plants have progressively been lost. This, in combination with the reflection from mineral surfaces such as concrete, asphalt, plaster etc. has been resulting in accumulation of raised temperature hot spots, also known as the urban heat is-land effect (UHI, [30,43]), which is primarily influenced by wind speed, temperature difference between the undisturbed air and the building surface temperature and the height of the buildings [49]. The study performed by Mitterboeck amp; Korjenic [4] in the city of Vienna confirmed that greenery in urban areas has a powerful impact on the role of passive cooling of a building surrounding, and consequently of buildings cooling.
Thus,
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垂直绿化系统:最新技术与研究进展综述（节选）
3.垂直绿化系统
接下来，我们将讨论垂直绿化系统的现状，重点介绍当前的分类、常用的系统组成以及其好处。
3.1.分类:绿色墙面与绿色墙面
论证了垂直绿化系统可分为两大类:绿化墙和绿化墙。为了鼓励更明确的理解，应用德语术语“bodengebundenebegrnung”和“fassadenge-bundenebegrnung”，这两个术语已经广泛使用德语术语，可直接翻译为“地基绿化法”和“墙基绿化法”。地面绿化方法以天然地面为基础，指的是绿化墙面;而墙面绿化方法则包括直接在墙面上种植，而不与天然地面接触，指的是绿化墙面。
绿化花坛按植物的位置进一步分类，既可以直接放置在土壤中，也可以放置在土壤填充的花盆中，因此建议增加第三个术语“基于花盆的绿化方法”。绿色表面包括攀援植物覆盖垂直表面，并细分为直接和间接绿色表面。传统建筑(传统的绿色外墙)所指的直接绿色外墙，不需要结构支撑，因为攀缘植物通过不定根或自粘垫附着在外墙上。间接绿色幕墙称为双层表皮绿色幕墙，包括支持系统，如不锈钢电缆，模块化棚架，或不锈钢网，以协助攀缘植物向上生长，创造一个第二层表皮远离墙壁。绿色墙壁设计了植被前的面板，垂直模块，或种植的毯子是垂直固定在表面，允许植物生长不依赖于生根空间在地面上。根据他们的施用方法，绿色墙壁分为模块式和连续式。然而，Scharf等人提到了第三种绿色墙壁，它应该被添加并归类为线性绿色墙壁。连续的绿色墙体是基于单一的支撑结构，而模块化的绿色墙体是由几个模块化元素安装而成，共同形成了整个绿色植物。线性的绿色墙壁是由连续的元素组成的，以线性的方式附着在墙上。
3.2.系统组件
由于直接绿色立面的特点是植物具有广泛的根结构，使自己直接附加到立面额外的支持系统组件是不需要的。双层表皮绿色立面配备的支持元素，如电缆，网孔，棚架或网由钢(不锈钢，涂层或镀锌)，硬木，铝和塑料制成。所应用的植物是攀援植物，没有附着力，只有卷须。
连续的绿色墙壁通常包括一个框架，支撑底板，保护墙体免受潮湿。织物层的应用(渗透性、柔韧性和防根性的纱窗，也可用作排水系统)充当生长介质。因此，连续绿化墙往往没有任何进一步的要求，土壤底层。这种水培技术为植物提供水分和养分。织物层附着在防水膜上，防止建筑材料受潮。新的研究方法也涉及连续的绿色墙体组成的双层钢网格结构填充用石头和堆肥的混合物作为植物基质。
模块化的绿色墙壁由几个模块组成，形式为口袋型花盆和面板。每个模块设计用于固定土壤或基底，并固定在后面的结构框架上。生长介质可以是有机的(如土壤)或无机的(如珍珠岩、泡沫、矿物棉、毛毡等颗粒物质)。线型绿色墙壁由线型种植箱(例如铝或塑料(HDPE))组成，这些种植箱一个接一个地铺在另一个上面，里面装有基质(例如土壤或矿物颗粒、。总结了所描述的河流绿化系统的所有基本特征。
4.垂直绿化系统的好处
在城市地区，绿地稀少，开放地面空间有限，垂直绿化方法为增加城市绿色基础设施提供了一个创新和有希望的机会。除了美学价值、生态价值和社会价值外，经济效益也得到了多项研究的证实(参考文献).所有类型的福利都是相互关联的，将在以下各章中详细讨论。
4.1.环境效益
由于人工和密封表面不断增加，取代了城市地区的绿地，遮阳和植物提供的蒸发冷却效益逐渐丧失。这与混凝土、沥青、石膏等矿物表面的反射相结合，导致了升温热点的积累，也称为城市热岛效应(UHI,)，它主要受到风速、原状空气温差、建筑物表面温度和建筑物高度的影响。维也纳市的Mitterboeckamp;Korjenic进行的研究证实，城市地区的绿色植物对建筑周围的被动冷却的作用有着强大的影响，因此建筑物的冷却也是如此。
因此，垂直绿化方法是一种很有前途的措施，既可以平衡城市热岛现象，又可以节省有价值的空间资源，因为它们应用于垂直表面。等，斯滕伯格等，佩里尼等。
证明了植物通过过滤叶片中的微粒来改善空气质量的环境效益适用于垂直绿化系统。此外，科勒还通过将植物转化为碳水化合物和氧气，提高了植物减少交通和加热产生的二氧化碳排放的能力。然而，Charoenkit和Yiemwattana在他们的回顾中指出，最近只进行了一个绿色墙体碳吸收的模型研究。2017年，他们发表了一项实验的初步结果，这项实验的重点是热带气候下活墙的固碳特性，除其他外，得出的结论是，木质茎比例较高的植物更适合于绿色墙体，因为它的固碳能力较高。作为进一步的环境效益，多篇论文强调了利用绿色基础设施修复雨水的问题。然而，到目前为止，只有在绿化屋顶上进行过试验(例如参考文献。和验证性的研究，关于保水能力的绿色墙壁仍然缺乏。
作为一个特别有价值的好处，我们强调增加植物和蚂蚁的生物多样性和城市栖息地的生物多样性，这一点得到了Madre等人的研究的证实。因此，出版物往往涉及通过城市地区的植被普遍加强生物多样性，而研究则涉及生物多样性与绿色之间的具体关系墙壁是相当稀少的。然而，绿色墙壁有助于发展城市生态系统，提供全方位的生态系统服务，因此，按照Ottele等人的说法，符合生态工程的原则。在这方面，Medl等人进行的一项创新研究开辟了新的途径，通过在已建成的基础设施(如公路桥梁、隧道入口)上使用绿色墙壁来确定破碎生境的重建和连接。这项研究的重点是将公路建设中的喷射混凝土墙体融入景观中，认为在农村地区应用垂直绿化系统可以作为对抗栖息地细碎化的对策，因为不需要与自然土壤连接。
4.2.社会福利
等人证实了绿色墙体通过降低由于遮阳和蒸发散造成的墙体温度来减少城市热岛问题的巨大潜力。热应激对人类的健康造成了严重的环境风险，就热应激而言，这是特别有希望的。与热感觉和热应力有关的最重要的气象变量是空气温度、相对湿度、风速和平均辐射温度。后者被定义为假想的发射黑体的球形外壳的均匀温度，它与人体产生的净能量交换与实际的复杂环境相同。这些参数是计算热量指标，如预分割平均投票(PMV)或通用热气候指数(UTCI)所必需的。Pmv描述了人类的热福祉以及UTCI，它提供了一个评估人类对室外热环境的反应与热应激。因此，通过计算PMV，Scharf等人证实了绿色墙壁影响其周围环境。他们的结果显示PMV明显减少，尤其是在南部外露的表面由于绿色墙体系统。此外，Medl等人进行的UTCI计算表明，即使没有植被，由于绿色墙壁(冷却已经达到填充基质的绿色壁系统)。由于UTCI较低，人们的热舒适度较高，因此使用绿色墙壁可能是有利的，特别是考虑到UHIs以及由于人为气候变化而预期的温度和降水变化。
前人的一系列研究证实了植物通过吸收、衍射和反射声波来提高噪声衰减效果。这表明绿色的墙壁通过减少长期的噪音和噪音来改善人们的主观幸福感。关于植物在建筑物中的隔音效果，Azkorra等人进行了标准化的实验室测试，得出结论认为绿色墙壁作为建筑物的隔音工具具有巨大的潜力。这与Wong等人和VanRent-erghem等人的研究结果一致，也与Perez等人、Lacasta等人和Ismail的研究结果一致。
从景观方面考虑，绿色墙体是将垂直建筑与自然环境相结合的理想工具，从而优化景观美学。科学研究证实，自然景观有助于人们应付与压力有关的心理社会症状，并通过提供愉快的视觉质量，支持从压力中更快地恢复。当把这些方面联系在一起时，可以推断，这些好处也可以通过应用绿色墙壁来实现。然而，这一审查过程并没有揭示处理这一问题的任何参考意见。我们有类似的迹象表明，在城市地区，如混凝土或沥青，高反射性路面表面可能造成安全和健康风险。人们已经证明，经过长时间的照射，增加的眩光和紫外线的散射以及视觉污染会损害视力，但是关于绿色墙体的直接影响的研究仍然缺乏。植被有助于控制光照强度，阻挡阳光，从而减少眩光，提供安全和可视性。有潜力，绿色墙有类似的效果，由于覆盖和阴影的反射混凝土表面。这个方向最初的方法是由Medl等人完成的，他们比较了绿色墙壁和裸露墙壁之间的反照率，证实了这一点由于现有的植被，阳光反射可以减少。
4.3.经济效益vs经济可持续性
虽然到目前为止已有许多研究方法证明绿色信封的环境效益，但有关经济可持续性的资料仍然很少。因此，Periniamp;Rosasco提出了一个垂直绿化系统的成本-收益分析，以评估其经济可持续性。它们包括初始成本(安装)、维护成本、处置成本、与租金收入增加有关的经济效益(由于房地产价值增加)、建筑物外壳寿命以及供暖和空气调节的能源需求减少。积极的环境影响(改善空气质量，减少碳排放)被认为是为社会节约了成本。因此，他们引用了像派克等人的研究，他们假设绿色墙壁增加了6%到15%的房地产价值。他们进一步假设，叶子(或其他层)保护建筑物表面免受气候压力(冻融循环和快速的温度变化、酸雨、结冰、污染)、减少损害和减少维护需求。他们被Wong等人证实，他们提到绿色墙壁的价值在于延长建筑立面的寿命，减缓磨损，以及通过限制墙壁表面温度波动的能力来节省维护和更换立面部件的成本。考虑到绿色墙体的节能，Periniamp;Rosasco公司假设每年空气调节节能10%到20%，节能成本高达2017v/年。为了评估经济可持续性，他们比较了一个绿色墙体系统(基于一个垫子包含一个集料混合物，由两层土工织物组成)和以下其他垂直绿化系统:直接绿色立面，间接绿色立面由塑料网支撑(高密度聚乙烯高密度聚乙烯)，间接绿色立面由钢网支撑，间接绿色立面与高密度聚乙烯种植箱组合，间接绿色立面与钢制种植箱组合。为了进行比较，他们假设了三种不同的情景(最好的、中等的、最差的)，使用的指标包括净现值(NPV，发生在考虑的生命周期内的成本和收益总和的折现值)或偿还期(PBP，总收入首次等于(或前期)总成本的年数)。Cba是在考虑个人以及社会成本和收益的情况下制定的。显示所讨论的绿化系统的计算值摘要。根据这种方法，当收入高于成本，因此净现值为正值而PBP较低时，绿化系统可被视为可持续的。因此，看起来直接绿化立面是唯一的垂直绿化系统，这是经济上可持续的所有假设情况下，由于低安装，维护和处置成本。与此相比，由于支撑系统(特别是使用钢丝网)的存在，间接绿化墙的安装和处理成本较高，而且由于支撑系统和灌溉系统的安装和维护，种植箱的安装和维护成本更高。绿色墙体系统由于整个系统(面板更换、植物种类、灌溉系统)的安装和维护费用高昂，而且全部为负值，因此不具有经济可持续性。从他们的CBAPeriniamp;Rosasco最终得出的结论是，通过降低安装的初始成本，使其得到更广泛的使用，从而改善密集城市的环境条件，最大限度地减少某种垂直绿化系统，特别是绿色墙壁的经济影响是强制性的。
奥特勒等人对这些结果进行了验证，并从他们的生命周期分析(LCA)中得出结论，没有一个垂直绿化系统(直接绿化系统除外)是可行的，因为它们的环境负担高于效益节省能源用于温带的加热和冷却。作者指出，通过更可持续的材料选择和综合的外壳设计，可以减少环境负担。
5.以绿色墙壁及其对建筑物热行为的贡献为重点的选定研究的比较
前面的文献回顾显示，最近的大多数研究都涉及垂直绿化系统对建筑围护结构热行为的贡献，因此可以获得可实现的效益。因此，从总金额审查研究，研究具体侧重于这一问题选择进一步分析。因此，重点放在研究的绿色墙壁，进行后，包括2010年。因此，最近还有11项研究需要更详细的评估。以下段落按四个部分(经评审的研究概要、系统元素及植物、所调查的参数、主要研究结果及经评审的研究概要)，重点介绍及整理选定的研究。我们想指出的是，一些研究也调查了其他类型的垂直绿化系统(直立式和双层表皮绿化系统,)，没有得到进一步的考虑。因此，以下的比较包括11项有关使用创新型绿化墙壁的研究，其中10项涉及建筑物外墙的垂直绿化系统，另一项涉及建筑物建筑物的绿化。观测研究表明，现场使用的建筑物或建筑物的绿色墙壁。观测研究的主要限制是由于只有一个地点而降低了重复实验的可能性，而在实验研究中，类似条件下的绿色墙壁样本在理论上可以根据需要进行重复实验，但往往受到项目和预算数量的限制。
如上所述，实际上所有的研究都比较了他们的绿色墙体系统和裸墙的性能。只有在Perini等人的情况下，没有关于裸墙情况的数据，因此，根据对其他地点的评估，建立了一个假设的裸墙。第3栏显示，所有的研究都缺乏重复，只有一个单一的重复与比较(绿墙与裸墙)。
在综述的论文中，对7个不同的气候区域进行了研究:Af，热带雨林;Cfa，湿润-亚热带;Cfb，温带-海洋;Csa，炎热-夏季地中海;Csc，凉爽-夏季地中海;Cwa，受季风影响的湿润亚热带;Dfb。温暖潮湿的大陆(分型协定-科特克等人,)。Mazzali等人对两个气候区(洛尼戈和威尼斯(Cfa);比萨(Csa))进行了调查。研究主要是在夏季进行，在一个研究夏季以及冬季的数据被比较。两个研究在秋季进行[32,34]，四个研究论文揭示了调查的延长期至少两个季节。柯马等人强调墙体的展开是影响建筑墙体温度降低的最重要的参数，特别是在南面和西面的定向表面。因此，本文研究的实验领域大多面向西部、南部或西南部。两次使用朝东的墙，一次试验分别朝向东南和北方的绿色墙。一项研究没有给出任何关于表面朝向的指示。
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