建筑節能綠化裝置的分析與研究

摘 要：環境污染、能源危機、城市內澇、熱島效應日益突出，人們對于環境的重視程度越來越高，屋頂綠化是當代城市發展的必由之路，但是屋頂綠化至今無法大規模應用，在于較高的生產成本和后期維護費用，太陽能取之不盡，用之不竭，是人類能源發展的方向。針對于此，本文提出通過工廠模塊化生產，實現光伏發電與屋頂綠化相結合，優勢互補，解決屋頂綠化中的實際問題，為今后屋頂綠化提供了一種可行的方案。

關鍵詞：模塊化 裝配式 光伏發電 屋頂綠化 建筑節能

近年來城市越來越迫切地呼喚綠色空間，綠色節能、持續發展成為人們尋求新的優化人居環境方式的方向。21世紀人類共同的主題是可持續發展，對于城市建筑來說亦必須由傳統高消耗型發展模式轉向高效綠色型發展模式，綠色建筑正是實施這一轉變的必由之路，是當今世界建筑發展的必然趨勢。

本項目研究的先進性及獨特性有：1、裝配式生產、模塊化安裝：本項目采用工廠內預制裝配式生產，安裝時由于其模塊化的特性更為方便快捷，提高效率、節約成本。2、光伏發電：響應國家新能源發展政策，將屋頂綠化與光伏發電相結合。太陽能電池板實現光能的轉化，氣凝膠層最大效率的發揮了其保溫隔熱儲能的性質。3、智能控制：本系統主要有智能收集雨水、智能灌溉與電池板智能開關功能。本系統主要靠傳感器來實現智能化，由太陽能電池板實現光能的轉化，太陽能板下方氣凝膠層儲存電能供給本系統和住戶電能。

一、裝置動力來源----光伏發電

本產品擬利用光伏發電板為整個系統提供持續可靠的能源供應，保證整個裝置順利高效運轉，相當于整個裝置的“發動機”。本產品核心構件“植物綠化塊”上部采用太陽能光伏板，據測算，在晴好狀態下，一塊太陽能板一小時可發電75W左右，從而最大限度實現建筑節能。

二、裝置控制系統----智能控制

本系統主要有智能收集雨水、智能灌溉與電池板智能開關功能。本系統主要靠傳感器來實現智能化，由太陽能電池板實現光能的轉化，太陽能板下方氣凝膠層儲存電能供給本系統和住戶電能。以此避免人員長時間停留在屋頂，既減輕了管理人員對植物的管理，又保證了屋頂所能承受的載荷在許可范圍之內。

整塊太陽能板西低東高，西側為蓄水池，太陽能板可繞東西向中軸轉動，保證光能利用率。太陽能玻璃板的轉動角度由光傳感器控制，光感傳感器則通過測定光照強度、入射角方向來控制太陽能玻璃板開合角度，從而實現光能的最大利用。

下雨時，雨水通過一定坡度的太陽能玻璃板導入綠化塊的蓄水池中，作為灌溉用水。植物根部的土壤溫度、濕度傳感器通過測定土壤的溫度濕度來判斷植物是否缺水，以此來控制滴灌系統自動灌溉。系統自動測量灌溉區內土壤濕度和空氣溫度，如果缺水，就在蓄水池水量滿足條件的前提下打開開關，進行灌溉。

三、裝置生產方案----裝配式生產

本方案受未來建筑業發展方向的啟迪，采用裝配式生產，為提高生產效率，最大限度的節約生產成本，預先在生產廠房內模塊化加工生產本產品的核心科技——“植物綠化塊”，屋頂采用合金材料進行分隔并加以固定，安裝時直接將“植物綠化塊”放入分隔后的格子中，從而起到固定的作用。

四、裝置設計----模塊化

就現狀來看，很多用戶擔心屋頂綠化技術不成熟會造成屋頂漏水，“植物綠化塊”在根本上解決了這一問題，由于“植物綠化塊”是模塊化直接放置在屋頂上，與普通綠化技術不同，并不會對屋頂原有結構有任何影響。

五、裝置材料----合理用材

裝置外殼采用氣凝膠。氣凝膠層最大效率的發揮了其保溫隔熱儲能輕質的性質。氣凝膠中一般80%以上是空氣，有非常好的隔熱效果，還有其高透光度與固態的性質，優于傳統使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時，其輕量的性質也是優點之一。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅，但因為它99.8%都是空氣，所以密度只有玻璃的千分之一。綠化塊內部的培養基標準構造大致由結構層、防水層、根阻層、排水層、隔離過濾層、種植基層和植被層組成，而參與雨水管理的主要結構為植被層、種植基質層、排水層。

六、植被選取----生命力強

植被層是綠色節能屋頂發揮生態效益的主要功能層之一，因此，植物的選擇應以適應綠化塊尺寸和當地氣候及屋頂生態環境特點為基本出發點。考慮到植物綠化塊空間有限，因此我們選擇了一種莖高較低的植物——佛甲草。本產品選取最大莖高為10cm左右的佛甲草，其含水量極高，其葉、莖表皮的角質層具有超常的防止水分蒸發的特性。佛甲草生長適應性強，耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐瘠，抗病蟲害，莖肉多汁，碧綠的小葉宛如翡翠，整齊美觀，既可作為盆栽欣賞，也可露天觀賞。

另外，在屋頂上添加大量的綠色植物有不少用戶會擔心植物的病蟲害問題。這個問題在產品設計初期就已經想好了解決方法：一開始我們就選用無菌的種子、種苗，因此我們在屋頂綠化完成時，就向用戶提供安全可信任的種苗。控制環境以抑制植物疾病：如果溫室的濕度越高，相對地，產生疾病的機率也就越高，因為大多數的疾病都是滋生于濕度高、水氣多的環境，而濕度的最高限度是在85%。

七、結語

本產品設計將光伏發電與屋頂綠化相結合，二者相輔相成，降低了裝置的衰減率，同時依靠智能管理、智能控制，最大限度的實現了建筑節能的目標。既不占用土地資源，又可增加城市綠化面積、改善空氣質量、美化城市景觀，同時對緩解城市熱島效應、冬季保暖夏季隔熱、減小屋面所承受溫度波動范圍從而延長屋頂壽命、降低頂層房間空調能耗有重要作用，已經成為建筑節能發展的新方向，引起了國內外眾多研究者的重視。該產品既滿足了節能設計的要求，又能充分利用新型材料，同時，通過一定的方式實現雨水收集與再利用，這一點也為海綿城市的建設起到一定促進作用。

參考文獻：

[1]劉學祥.綠化模塊在垂直綠化中的綜合應用[Jl.上海農業科技，2010.03：P111一114

[2]董科兒.淺析城市空間的立體綠化[J].美與時代，2007.01.30： P86-88

作者簡介：

于輝（1996.03-），男，漢族，山東德州人，學生，本科，主要從事土木工程方向研究。