模塊化屋頂綠化裝置的研究

張華瑋　李壯壯

【摘要】為了緩解熱島效應、資源短缺、空氣污染、城市內(nèi)澇等城市問題的困擾，響應國家 “十三五規(guī)劃-生態(tài)文明建設”、“海綿城市”的政策，本文提出了預先在生產(chǎn)廠房內(nèi)模塊化、裝配式加工生產(chǎn)的屋頂綠化裝置——“植物綠化塊”，并根據(jù)屋頂荷載承載能力的大小細分了兩種裝置：標準綠化塊和智能灌溉綠化塊。

【關鍵詞】海綿城市；屋頂綠化；模塊化；裝配式

相傳在2500多年以前，古巴比倫國王娶了波斯國公主為妃，國王為了取悅王妃，下令在巴比倫修建了高達25米的花園，此園懸于空中，所以被稱為“空中花園”。兩千多年后的今天，人們再次選擇在屋頂建造“空中花園”，使得越來越多的綠色為冰冷的鋼筋混凝土世界平添了幾分愜意，與兩千年前的滿足個人享樂所不同，在熱島效應、資源短缺、空氣污染、城市內(nèi)澇等城市問題困擾著人類的今天，空中花園式的屋頂綠化裝置也許更多的是出于“與自然的和解”。

1.現(xiàn)有屋頂綠化裝置存在的問題

屋頂長時間被綠化植物所覆蓋，酸、堿、鹽、對屋頂造成破壞，原有施工方法是在防水層設計上應采用復合防水層以杜絕屋頂滲漏。由于屋頂處于高處，四周又相對空曠，光照強、風速大，空氣中的溫濕度和土壤中的水分含量都比地面差得多，造成了屋頂花園所種植物成活難、長勢較弱等問題，烈日、寒風等對植物影響極大，而現(xiàn)有產(chǎn)品缺少對植物的保護措施。

另外，很多用戶擔心屋頂綠化技術不成熟會造成屋頂漏水，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。

2.新屋頂綠化裝置的提出

針對之前的綠湖裝置存在的問題，本文推出了新的屋頂綠化裝置——植物綠化塊。考慮到老建筑的屋頂所能承受的載荷較小，植物綠化塊分為兩種型號：“標準綠化塊”和“智能灌溉綠化塊”。能夠承受載荷較大的屋頂推薦采用“智能灌溉綠化塊”。

2.1 標準綠化塊

綠化塊內(nèi)部的標準構(gòu)造大致由結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為植被層、種植基質(zhì)層、排水層。為使植物生長良好，同時盡量減輕屋頂?shù)母郊雍芍兀G色節(jié)能屋頂?shù)姆N植基質(zhì)選用浮石、火山石、沸石、膨脹頁巖、膨脹粘土、爐渣等與土壤的混合料。

考慮到植物綠化塊空間有限，本裝置的植物選擇了一種莖高較低的植物——佛甲草。本裝置選取莖高為10cm左右的佛甲草，其含水量極高，其葉、莖表皮的角質(zhì)層具有超常的防止水分蒸發(fā)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。

2.2 智能灌溉綠化塊

智能灌溉綠化塊相比標準綠化塊增加了光伏發(fā)電和自動灌溉系統(tǒng)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)：采用太陽能玻璃板，據(jù)我們測算，在晴好狀態(tài)下，一塊太陽能板一小時可發(fā)75W左右。整塊太陽能板西低東高，西側(cè)為蓄水池，太陽能板可繞東西向中軸轉(zhuǎn)動，保證光能利用率。蓄水池電綠化塊底部和側(cè)面均采用氣凝膠。太陽能玻璃板的開合由溫度、濕度傳感器和光傳感器共同控制。

智能灌溉綠化塊相比標準綠化塊增加了光伏發(fā)電和自動灌溉系統(tǒng)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)：采用太陽能玻璃板，據(jù)我們測算，在晴好狀態(tài)下，一塊太陽能板一小時可發(fā)75W左右。整塊太陽能板西低東高，西側(cè)為蓄水池，太陽能板可繞東西向中軸轉(zhuǎn)動，保證光能利用率。蓄水池電綠化塊底部和側(cè)面均采用氣凝膠。太陽能玻璃板的開合由溫度、濕度傳感器和光傳感器共同控制。

智能灌溉：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(tǒng)自動灌溉。系統(tǒng)自動監(jiān)測測灌溉區(qū)內(nèi)土壤濕度和溫度，如果植物處于缺水狀態(tài)，本裝置會進行自動灌溉。

3.優(yōu)勢分析

3.1 “植物綠化塊”的設計----全程無憂

“植物綠化塊”直接放置在屋頂上，不會對屋頂原有結(jié)構(gòu)有任何影響，氣凝膠的運用對屋頂起到了保溫隔熱的效果。因此在屋頂綠化完成時，向用戶提供安全可信任的種苗以抑制植物疾病。本裝置有智能收集雨水、智能灌溉與電池板智能開關功能，靠傳感器來實現(xiàn)智能化，由太陽能電池板實現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)化，太陽能板下方氣凝膠層儲存電能供給本系統(tǒng)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，解決了普通屋頂綠化后期維護的問題。

3.2 產(chǎn)品生產(chǎn)方案----裝配式生產(chǎn)

本方案受未來建筑業(yè)發(fā)展方向的啟迪，采用裝配式生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，最大限度的節(jié)約生產(chǎn)成本，預先在生產(chǎn)廠房內(nèi)模塊化加工生產(chǎn)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。

3.3 光伏與綠化的完美結(jié)合

太陽能電池板高溫降低光伏板的衰減率，但是植物的水分能起到一定的保護作用，從而增長電池板的壽命，以此實現(xiàn)光伏與綠化的完美結(jié)合。

3.4 增加屋頂雨水截流

據(jù)實驗，屋面類型與雨水徑流系數(shù)的關系如表1所示，目前城中總建筑的屋頂面積占城市面積的30%。如果將城市中的屋頂面積都被利用起來實施屋頂綠化，將會對雨水的徑流、雨水的截流和保持有明顯的改善效果，間接響應了海綿城市的要求。

4.結(jié)語

本文提出的預先在生產(chǎn)廠房內(nèi)模塊化裝配式新的屋頂綠化裝置——“植物綠化塊”，與現(xiàn)行屋頂綠化相比，相當于在屋面上放置一種保溫隔熱板材，未對屋頂結(jié)構(gòu)造成破壞，本裝置將光伏發(fā)電與屋頂綠化相結(jié)合，二者相輔相成，降低了裝置的衰減率本裝置還滿足了節(jié)能設計的要求，又能充分利用新型材料，同時，本裝置實現(xiàn)了雨水收集與再利用，具有較大的發(fā)展?jié)摿蛻每臻g。

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