屋顶绿化对改善建筑顶层空间夏季室内热环境、降低建筑能耗具有重要的作用。但屋顶绿化具有一定的地域性,不同类型植被屋顶的辐射特性和覆土厚度等均不同,导致其对建筑顶层空间的隔热效果和节能降耗作用也会有所差异。长期以来,国内外对屋顶绿化的研究主要集中在草本地被类——佛甲草植被屋顶,进行了种植基质、热工性能及生态效应等研究,但对其他类型植被屋顶的研究,从检索到的文献看数量较少,且多集中在种植与观赏。因此,在特定区域气候条件下,对不同类型植被屋顶的热工性能进行研究,具有重要的科学意义和工程应用价值。基于以上目的,论文开展了以下研究:首先,通过对基础理论、国内外研究文献综述,从植物材料、配置模式、种植基质、生态效益、应用技术、实验研究、理论分析和模拟研究等方面,了解国内外屋顶绿化的发展和研究概况,探索本研究的理论意义和现实价值,明确研究方法及技术路线。其次,对湖南地区屋顶绿化进行了分类和实地调查,掌握了湖南地区屋顶绿化的发展现状和丰富的实例资料,找出了湖南地区屋顶绿化存在的问题。第三,从屋顶环境中的生态因子和外界影响因素两个方面,提出了屋顶绿化植物的选择原则。对湖南地区气候和屋顶绿化常用植物类型及其形式进行了分析研究,以气候相似性为引种原则,参考《湖南省屋顶绿化技术导则》,遴选了适合湖南地区植被屋顶的植物品种,并确定了其生物学特征指标和适用的屋面绿化类型。第四,针对太阳热辐射特性,研究了太阳辐射能量模型,建立了建筑屋顶的直射辐射计算模型和散射辐射计算模型。基于植物冠层长短波辐射透过的指数衰减规律,研究了植被屋顶的光学特性,给出了完整的植被屋顶的长短波辐射通用计算体系,为后续实验和模拟计算奠定了基础。第五,选取6种不同类型的屋面种植模块及非种植屋面,于2014年夏季对屋顶内外表面温度、热流强度、不同植物的叶面温度及不同植物冠层内的空气温度等五个参数进行了为期两个月的测试。研究了不同类型植被屋顶夏季隔热性能和不同植物辐射特性及其对室外热环境的影响,发现了不同类型植被屋顶的热状况规律及内在关系,即灌木屋顶的隔热降温效果最优,乔木屋顶与草本屋顶的隔热降温效果次之,植被屋顶的隔热降温效果优于非植被屋顶;并找到了不同类型植被屋顶隔热性能的主要影响因素及其特征。实验数据用作后续模拟计算的初始条件,也可对模拟结果进行验证。第六,采用建筑室内热环境及建筑能耗耦合动态模拟分析方法,运用建筑能耗模拟软件EnergyPlus,对湖南地区典型城市长沙的植被屋顶进行数值仿真模拟分析,定量研究了植被屋顶的关键参数对屋顶内表面温度和建筑能耗的影响规律及相互之间的内在关系,得到湖南地区植被屋顶关键参数(叶面积指数LAI、土壤厚度、保温层厚度)的最佳取值范围。研究该三个关键参数对建筑能耗的影响规律,提出了长沙地区居住建筑植被屋顶的节能优化设计策略。数值模拟验证了实验数据的准确性,解决了因实验条件限制难以在实验中进行相关参数优化的问题。论文为准确预测和客观评价植被屋顶的隔热性能提供了手段,为屋顶绿化优化设计方法的形成奠定了基础。