綠色設(shè)計(jì)理念下的智能溫室雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孔德志

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇句容 212400

近30年來(lái)，北方氣候變化、持續(xù)干旱、水資源短缺等問(wèn)題人所共知。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增加，環(huán)境承受的壓力也越來(lái)越大，我國(guó)面臨的環(huán)境問(wèn)題也隨之增加，特別是水資源問(wèn)題，它不僅影響工業(yè)的發(fā)展和日常生活，還是環(huán)境問(wèn)題的主要根源。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)年降雨總量遠(yuǎn)大于供水總量，但以雨水為水源的供水量所占比例卻極小，大量的雨水資源被白白浪費(fèi)。[1]所以在工程實(shí)際中，以綠色設(shè)計(jì)理念為指導(dǎo)，研究雨水的收集與利用，不僅可以緩解供水壓力，而且可以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，是非常有意義的。本文以江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能溫室項(xiàng)目為實(shí)例，著重分析了綠色設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下雨水收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以及運(yùn)行時(shí)存在的問(wèn)題。

1 綠色設(shè)計(jì)內(nèi)涵

綠色包含了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的良性循環(huán)， 綠色意味著人與自然的和諧。社會(huì)領(lǐng)域的綠色代表人類進(jìn)步；經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的綠色代表著可持續(xù)發(fā)展。由于綠色理論提出的時(shí)間并不長(zhǎng)，因而綠色設(shè)計(jì)并沒(méi)有統(tǒng)一的定義，不過(guò)，即使是不同的定義，其基本含義都大體是相同的。所謂綠色設(shè)計(jì)， 也稱生態(tài)設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)、宏觀環(huán)境設(shè)計(jì)， 是將宏觀的環(huán)境因素、有效持續(xù)運(yùn)用資源和預(yù)防污染納入設(shè)計(jì)系統(tǒng)， 將人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境性能作為設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)， 力求以設(shè)計(jì)推動(dòng)人類社會(huì)有序發(fā)展， 把發(fā)展中有可能出現(xiàn)的傷害降至最小[2]。總的來(lái)說(shuō)， 綠色設(shè)計(jì)的基本含義是運(yùn)用系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法， 考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期， 使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既滿足基本屬性， 又滿足環(huán)保屬性。達(dá)到節(jié)約資源和能源、保護(hù)人類生存環(huán)境的目的。

2 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能溫室項(xiàng)目位于江蘇省句容市北郊，溫室占地面積約為2 520m2，年總耗水量大約2 800t～3 000t，主要為灌溉用水，降溫濕簾用水、冬季供暖用水（采用熱水循環(huán)方式向棚區(qū)供暖）3方面。

2.2 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫室用水如果直接采用自來(lái)水供水，可以節(jié)省前期的硬件投入。但是在整個(gè)溫室的生命周期中，需要消耗大量的自來(lái)水，而雨水卻白白的流失了。所以在綠色設(shè)計(jì)理念下，從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，在該溫室項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了雨水收集系統(tǒng)。

雨水可以分為地面雨水與屋面雨水，屋面雨水由于受污染少，水質(zhì)較好，稍加處理或不經(jīng)處理即可直接用于沖洗廁所、澆灌綠地或用作水景，也可直接進(jìn)入滲透管溝或通過(guò)土壤經(jīng)初步滲透后再進(jìn)入滲透管系。[3]本項(xiàng)目收集的是屋面雨水，整個(gè)溫室以雨水供水為主，自來(lái)水在雨水不足時(shí)為補(bǔ)充。

雨水收集結(jié)構(gòu)主要包括溫室頂面（采用人字形結(jié)構(gòu)頂面）、排水管路、蓄水池、給水泵、凈化裝置和控制設(shè)備。由于屋面有灰塵，雨水會(huì)將其帶入蓄水池，在池內(nèi)形成淤泥同時(shí)也增加了池水的雜質(zhì)、提高了雨水凈化成本。所以在收集雨水時(shí)需要在排水管路和蓄水池之間加“入池判斷”結(jié)構(gòu)，在降雨開(kāi)始的10min內(nèi)不允許雨水進(jìn)入蓄水池，而是直接進(jìn)入校內(nèi)的雨水排放管路；降溫濕簾用水經(jīng)回流管路引回蓄水池。

江蘇省降水主要集中在春夏秋三季，冬季降雨量??；并且冬季棚區(qū)蒸發(fā)量小，所需灌溉用水相對(duì)減少很多，同時(shí)降溫濕簾也不需要開(kāi)啟，故主要用水為供暖用水，棚區(qū)的整體用水量很小。所以，雨水收集系統(tǒng)主要針對(duì)春夏秋三季設(shè)計(jì)，冬季用水直接以自來(lái)水供應(yīng)。

3 綠色理念下的項(xiàng)目分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，句容市的年平均降水量大約為1 030mm[2]，該系統(tǒng)每年可以收集雨水約2 400t，供應(yīng)了該項(xiàng)目的80%～85%的用水。為了減少耗能，雨水收集系統(tǒng)的蓄水池底面略高于地面（同時(shí)便于清污），所以該系統(tǒng)耗能主要來(lái)自雨水凈化裝置的能耗，與自來(lái)供水的耗能相比，要低很多；同時(shí)棚區(qū)雨水用于溫室大棚用水，也減少了校區(qū)的污水排放量，減少了環(huán)境污染。

近年來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代溫室發(fā)展較快，溫室規(guī)模越來(lái)越大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2008年，我國(guó)連棟溫室面積已超過(guò)13 000hm2，并且每年以100hm2以上的速度在快速發(fā)展[5]。如此大規(guī)模的溫室建設(shè)，其用水必然消耗大量能源，故采用雨水收集系統(tǒng)在節(jié)省能源和減少環(huán)境污染方面有很大作用。

4 存在的問(wèn)題及未來(lái)改進(jìn)方向

該工程項(xiàng)目建成運(yùn)行已有1年多，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在以下方面有待改進(jìn)：一是年降雨量很不平均，在降雨充足的黃梅季節(jié)，雨水收集較多，蓄水池存水時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致雨水變質(zhì)，產(chǎn)生大量浮游生物，增加了凈化難度；二是整個(gè)溫室面積偏小，凈化裝置啟動(dòng)頻繁，導(dǎo)致其效率低下。所以，如何保證豐雨季節(jié)雨水存儲(chǔ)問(wèn)題，以及提高凈化裝置效率是該項(xiàng)目有待深化研究的重點(diǎn)。

[1]鄧風(fēng)，陳衛(wèi).南京住宅小區(qū)雨水利用方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25(6)：78-81.

[2]亓新政，趙嵩正，盛之林.綠色設(shè)計(jì)-現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)：人文社會(huì)科學(xué)版，2010，3.

[3]Wi l l iams，K.& Lindsay，M.T heextent and nature of sustainable building in england：an analysis of progress. Planning Theory &Practice，2007(1).

[4]馬蘊(yùn)芬.江蘇省年降水量多年變化分析[J].水資源研究，2003(1).

[5]張書(shū)謙，劉衛(wèi)明.論溫室節(jié)能設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].溫室園藝.