随着社会经济的发展,城镇化进程不断加快,城市建筑越来越密集。由于城镇化改变了城市下垫面,且城市中人口密集,人为产热量越来越大,加剧了城市热岛效应,建筑耗能也越来越大。而绿化屋顶对城市热岛以及降低建筑负荷有积极的意义。绿化屋顶利用城市中大量未被利用的屋顶面积,不会占用城市土地面积,还可加强雨水管理,减少雨水径流,延长屋顶的寿命。绿色植物具有很好的降温增湿作用,可以削弱到达城市的太阳辐射量,改善城市空气环境。既有绿化屋顶研究主要集中于理论模型研究和绿化屋顶的隔热降温实验,然而关于植物对屋面热工性能的影响研究较少。本文主要利用理论分析、实验观测和数值模拟三者相结合研究植物对绿化屋顶的热工性能的影响:(1)基于绿化屋顶保温隔热原理,建立绿化屋顶简化数学模型,进行理论分析。根据植物叶片能量平衡方程计算出植物在不同环境下的叶片温度,并与实验值对比,结果吻合良好。(2)建立绿化屋顶与普通屋顶的对比实验平台,并进行了为期6天的观测实验,记录了绿化屋顶与普通屋顶的全周期温度、热流密度、热阻以及不同植物的观测温度。结果表明:在相同的热环境下,绿化屋顶比普通屋顶整体温度低,温度波动小,变化幅度仅为普通屋顶的14%;太阳辐射强度对普通屋顶热流密度影响较大,而对绿化屋顶影响较小;在实验6天中植物层的平均热阻为0.56 W/(m·K)。(3)基于数值计算软件CFD,从植物的微观尺度上建立绿化屋顶的简化模型,利用植物叶片理论计算温度值作为第一类边界条件,运用太阳辐射模型对绿化屋顶的流场和温度场进行研究,分析太阳辐射强度(I)、风速(v)和植物叶面积指数(LAI)对绿化屋顶各项参数的影响关系。结果表明:植物层对屋顶起到隔热降温的作用,当覆盖植物叶面积指数较小时,隔热降温性能随着叶面积指数增大先迅速增大,而后增速减缓,最终趋于稳定。根据数值计算结果,通过多元回归,分别给出了屋顶下表面温度、植物冠层平均温度和植物吸热量关于太阳辐射强度、风速和植物叶面积指数的关系表达式。