垂直森林建筑的灌溉系統(tǒng)分析

陳浩良

（福建省福安市第一中學(xué) 355000）

當(dāng)前城市缺乏足夠的公共綠地來調(diào)節(jié)城市環(huán)境，隨著建筑層次逐漸增高和密度增大，人們對綠色人居環(huán)境的迫切性越來越強(qiáng)[1]。為此，“城市森林化”、“城市生態(tài)化”、“花園城市”等口號相繼提出，使用各種先進(jìn)技術(shù)手段開展建筑垂直綠化，建設(shè)了空中森林、垂直村落、垂直城市等，以補(bǔ)充城市綠化不足[2]。

垂直森林建筑是現(xiàn)代建筑綠化的創(chuàng)舉，通過植物與建筑的垂直界面相結(jié)合，開拓了城市綠化的新空間，其集建筑學(xué)、植物學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境學(xué)、灌溉學(xué)等多門學(xué)科技術(shù)于一身[3]。由于垂直森林建筑一般比較高，垂直綠化手段的日趨復(fù)雜，且建筑立面有不易達(dá)到的位置或綠化面積較大等因素，為此智能灌溉是垂直森林建筑綠化成敗的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

1 智能灌溉系統(tǒng)

由于植物因光照條件和生長高度不同，其需水量也差異明顯，除了植物灌溉外，還要將液態(tài)肥料輸送到每個(gè)種植單元中，滿足植物的生長需求[4]，因此“垂直森林”使用了智能灌溉系統(tǒng)。智能灌溉系統(tǒng)可根據(jù)植物種類、生活階段、建筑位置高度、氣候因素等差異供給植物適宜的水分和養(yǎng)分。其可以獨(dú)立管理不同區(qū)域的種植設(shè)備，通過遠(yuǎn)程控制的探測器監(jiān)控植物土壤的濕度數(shù)據(jù)和植物的實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)調(diào)整灌水量。

1.1 智能灌溉系統(tǒng)原理

垂直森林建筑的灌溉系統(tǒng)由中央控制計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲中心、控制中心、電磁閥及灌溉系統(tǒng)組成，制定相應(yīng)的灌溉制度，通過傳感器將土壤墑情實(shí)時(shí)傳送中央控制系統(tǒng)，判定灌溉時(shí)間和灌溉量。當(dāng)土壤含水率指標(biāo)小于設(shè)定下限值時(shí)，自動開啟電磁閥灌溉，當(dāng)土壤含水率指標(biāo)大于設(shè)定上限值時(shí)，控制系統(tǒng)將自動關(guān)閉相應(yīng)區(qū)間電磁閥停止灌溉。

1.2 智能灌溉系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）智能灌溉系統(tǒng)采用計(jì)中央算機(jī)控制智能決策灌溉，防止人工開啟閥門的隨意性，既保證了灌溉精度、灌溉時(shí)間、灌溉水量，又能方便對植物灌溉施肥的管理，并節(jié)約人力成本。（2）智能灌溉系統(tǒng)采用先進(jìn)的水肥混合技術(shù)，可自由設(shè)定施肥時(shí)間和管道沖洗時(shí)間，施肥均勻性高，濃度可調(diào)，根據(jù)植物種類和生長不同階段的灌溉施肥制度進(jìn)行灌溉和施肥。（3）自動灌溉系統(tǒng)除全自動控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式，控制方式多樣，適應(yīng)多樣化的管理。

1.3 智能灌溉系統(tǒng)組成

1.3.1 中央控制計(jì)算機(jī)。中央計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)，將與植物需水相關(guān)的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風(fēng)速等）和土壤濕度通過自動電子氣象站和傳感器反饋到中央計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析中心。數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鲋行闹?，?jīng)過對數(shù)據(jù)的處理和分析，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比，自動決策不同區(qū)域、不同植物的所需灌水量，再發(fā)出命令是否需要進(jìn)行灌溉等一系列動作，通知相關(guān)的執(zhí)行設(shè)備，開啟或關(guān)閉某個(gè)區(qū)域子灌溉系統(tǒng)。

1.3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。智能灌溉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是由土壤水分（濕度）傳感器來完成的，土壤水分傳感器能夠?qū)崟r(shí)的將土壤表面和土壤內(nèi)部的水分情況通過數(shù)據(jù)傳輸中心將數(shù)據(jù)傳輸于分析和控制中心，也能實(shí)時(shí)的顯示在傳感器顯示器，PC端，APP端或者智能DTU上。采集的數(shù)據(jù)通過有線方式或者無線頻段傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲、分析、顯示端，無線抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)。有線傳感器數(shù)量使用較多則布局稍微復(fù)雜一點(diǎn)。

1.3.3 數(shù)據(jù)存儲中心。將采集的數(shù)據(jù)存儲于DTU的內(nèi)置SD卡或者直接上傳于PC機(jī)并且存儲于PC機(jī)的硬盤內(nèi)，以便用戶查閱和導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可用作歷史數(shù)據(jù)，對于土壤質(zhì)地和植物生長走勢進(jìn)行分析和后期預(yù)處理。系統(tǒng)并且外接打印機(jī)，可以將數(shù)據(jù)打印出來進(jìn)行紙質(zhì)存檔。

1.3.4 控制中心?？刂浦行挠糜诳刂乒喔仍O(shè)備，控制中心通過接受上級指令對“垂直森林”的分區(qū)域控制灌溉。主要是通過監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來選擇控制的區(qū)域和流量，可以根據(jù)用戶設(shè)定的上下限值自動控制，也可以手動控制。

1.3.5 灌溉系統(tǒng)。灌溉系統(tǒng)由灌溉設(shè)備組成，包括管道、蓄水池、閥門、電磁閥、滴灌等。水管沿結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行布置，部分可直接布置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，通過水泵增壓將水份和養(yǎng)分輸送到不同區(qū)域的植物。滴灌管排口不與植物生長基質(zhì)直接接觸，采用微灌技術(shù)避免了滴管堵塞的隱患，增強(qiáng)了灌溉系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 結(jié)語

隨著智能灌溉自動化控制技術(shù)成熟，相關(guān)研究已深入到將氣象因素、蒸騰量和土壤含水率相結(jié)合的綜合灌溉控制[5]，將使未來“垂直森林”設(shè)計(jì)會把更多的植物元素同建筑結(jié)構(gòu)及空間環(huán)境相結(jié)合，體現(xiàn)了綠色建筑的低碳理念，對構(gòu)建城市新的生態(tài)微環(huán)境，改善城市生態(tài)環(huán)境等具有深遠(yuǎn)的意義。