裝配式屋頂花園節能技術及其應用

莊建偉

(遼寧生態工程職業學院，遼寧 沈陽 110101)

裝配式屋頂花園是美化城市環境的重要形式之一，不僅可以對土地以及屋頂空間進行有效節約，還可以對城市的生態環境進行有效改善，緩解城市熱島效應，改善我國生態環境。隨著經濟水平的逐步發展以及人民生活水平的不斷進步，人們的環保意識逐漸加強，裝配式屋頂花園節能技術已經在我國多個城市進行了應用研究。裝配式屋頂花園節能技術起源于美國，其可以根據建筑物的特點，將具有排水、蓄水、過濾、通風等功能的可移動容器拼裝成為一個完整的綠化系統，并在其中種植相應植物，最具有代表性的建筑物便是北京鳥巢的足球場草坪項目[2]。隨著屋頂綠化技術的不斷發展，節能技術以及智能化技術成為了屋頂花園建設的重要內容。

表1 傳統屋頂花園技術與裝配式屋頂花園技術的比較

1 工程概況及屋頂花園技術分析

1.1 工程概況

廣東省某辦公樓始建于20世紀80年代，屋頂整體結構為長方形，長度為24m，寬度為14m，需要進行綠化施工的面積為210m2，辦公樓三面無阻擋，常年光照充足，該地區年平均降水量為1800mm，經實際考察，該辦公樓樓頂為原始裸露水泥屋頂，因此在進行綠化時，不宜對屋頂進行大強度地改造，經過工程組實際檢驗，該辦公樓屋頂荷載為200kN·m-2。

1.2 現有裝配式屋頂花園指標體系

圖1 現有裝配式屋頂花園指標體系

2 具體施工流程

2.1 綠植的選擇施工

裝配式屋頂花園綠化系統主要由種植系統以及給排水系統構成，種植系統根據《屋頂綠化技術規范》要求，在屋頂種植耐熱、抗風、耐旱、易養護的植物在屋頂進行種植，根據實地考察，選取了較為輕型的小型花灌木鋪地錦竹草等耐干旱易養護的植物，在達到綠化效果的同時，色彩也更加豐富，為了減輕荷載，該屋頂選用的是輕質屋頂綠化專用基質。給排水系統(見圖2)包含3種系統，分別為太陽能供電系統、雨水收集系統以及智能灌溉系統，遇到雨水天氣，雨水經綠植以及排水過濾系統過濾后，存于蓄水池中，如果綠植的土壤濕度過低，智能灌溉系統會利用蓄水池中的雨水向綠植進行灌溉，灌溉所用的電能由太陽能轉化。給排水系統是保證裝配式屋頂花園日常養護的主要配套設施，通過濕度檢測，將太陽能轉化為電能帶動自灌溉系統利用雨水進行灌溉，實現了節能節水以及低碳環保的目的[3]。

圖2 給排水系統在屋頂花園中的應用

2.2 太陽能供電系統的施工

根據研究，本次施工采用的發電機組裝機容為3.0kW，年理論發電量為4000kW·h-1，機組壽命為30a以上，經過測試，該發電機組可以滿足該屋頂花園的噴灌系統、雨水收集動力系統以及照明系統的用電總量需求，為了保證蓋屋頂用電充足，本次施工還鋪設了風能發電裝置，一旦蓄電池電力不足又需要用電時，系統可以通過電力切換器自動切換至市政用電。在辦公樓頂部及綠植花架上方設置太陽能光膜發電機組，該機組通過光膜分電技術將太陽輻射轉化為綠植需要的光能以及發電需要的電能，將轉化的電能輸出直流電存入蓄電池中，既滿足了綠植生長需要，還提供了照明、灌溉等用電系統的需求。

2.3 雨水收集系統的施工

廣東省地域處于亞熱帶季風氣候控制區，夏熱冬溫，降水充沛，年平均降水量在1800mm以上，雨水污染較小，水質較佳，適合鋪設雨水收集利用裝置。該系統是通過屋頂的自然高度差設置雨水收集系統，對雨水進行回收利用，綠植種植容器底部設有蓄水槽，容器溢排水管控系統使得容器底部始終蓄有水分，遇到雨水天氣時，雨水經綠植以及過濾系統過濾后進入綠植容器，經植被層以及基質層吸收后流入綠植容器底部蓄水槽中，綠植土壤缺水時，蓄水槽內的水分自動蒸發為綠植提供水分，當蓄水槽中的水分到達溢水孔時會從容器側壁溢出，流入通風排水槽，與屋頂防水保護層表面截留的雨水一同進入排水管道，通過排水管道進入雨水收集池，在收集池中經過進一步的過濾以及沉淀后，可用作綠植的灌溉用水，如果雨水收集池中的水量不夠又需要用水時，該系統自動切換至市政用水(見圖3)[4]。該屋頂根據70%的綠植覆蓋率以及年平均降水量1800mm計算，不考慮雨水溢出以及其它方面的因素，210m2的屋頂花園1a收集的可利用雨水量達120m3以上，經過預算，該屋頂花園的雨水收集量基本能夠滿足屋頂綠化灌溉系統的用水需求，僅在秋季較干燥的季節可能需要使用市政用水。

圖3 裝配式屋頂花園雨水收集系統綜合應用示意圖

2.4 智能灌溉系統的施工

該屋頂鋪設智能灌溉系統時，采用的是美國中央控制噴灌系統，由氣候傳感器以及土壤濕度傳感系統組成，其中，氣候傳感器可以自動收集并整合當天的降水量、光照強度、溫度以及空氣濕度等數據，通過內置計算機程序對當天的植物蒸發蒸騰量進行計算，并在綠植土壤根系層中設置多個土壤濕度傳感器，用于檢測綠植土壤濕度，該屋頂土壤濕度傳感器以美國HUNTER公司以及ET系統推薦的30%～50%的土壤含水量作為土壤濕度檢測標準，如果土壤濕度傳感器檢測到綠植土壤濕度低于30%，立即向中央控制系統傳輸灌溉信號，中央控制系統帶動噴灌系統，對綠植進行噴灌，如果綠植土壤濕度達到50%，土壤濕度傳感器立即向中央控制系統傳輸停止灌溉信號，中央控制系統立即停止灌溉[5]。

3 效益分析

廣東省某辦公樓充分利用了廣東的光照以及降水，通過特定的裝置系統對太陽能、雨水進行了二次利用，緩解了屋頂積水情況，又達到了節能減排的目的，對于環境效益、經濟效益以及社會效益都具有十分良好的影響，通過鋪設裝配式屋頂花園技術，該辦公樓平均每年可以節省4000kW·h-1的電量以及120m3以上的用水量，并且利用土壤傳感器以及美國中央控制系統配管裝置對綠植進行灌溉，在節省了用水量的同時，還可以通過土壤濕度傳感器對綠植進行精準灌溉，防止土壤過于干燥而造成綠植枯萎、綠植根系因淋水過多而導致爛根，又節省了人工維護綠植的費用。此外，裝配式屋頂花園還可以為辦公樓員工休閑時間提供良好的休憩場所，有助于放松員工的心情，緩解工作疲勞，提升工作熱情[6]。

4 總結

綜上所述，裝配式屋頂花園的設計遵循了生態節能的原則，通過對太陽能、雨水等資源進行二次利用，既有效地改善了樓頂的熱環境，又推動了我國的城市建設進程，為我國的屋頂綠化事業提供了強大地科技支撐，使裝配式屋頂花園節能技術在我國城市建設中發揮出了最大的生態景觀效果。