裝配式屋頂花園節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

莊建偉

(遼寧生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110101)

裝配式屋頂花園是美化城市環(huán)境的重要形式之一，不僅可以對(duì)土地以及屋頂空間進(jìn)行有效節(jié)約，還可以對(duì)城市的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效改善，緩解城市熱島效應(yīng)，改善我國(guó)生態(tài)環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)水平的逐步發(fā)展以及人民生活水平的不斷進(jìn)步，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，裝配式屋頂花園節(jié)能技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)多個(gè)城市進(jìn)行了應(yīng)用研究。裝配式屋頂花園節(jié)能技術(shù)起源于美國(guó)，其可以根據(jù)建筑物的特點(diǎn)，將具有排水、蓄水、過(guò)濾、通風(fēng)等功能的可移動(dòng)容器拼裝成為一個(gè)完整的綠化系統(tǒng)，并在其中種植相應(yīng)植物，最具有代表性的建筑物便是北京鳥(niǎo)巢的足球場(chǎng)草坪項(xiàng)目[2]。隨著屋頂綠化技術(shù)的不斷發(fā)展，節(jié)能技術(shù)以及智能化技術(shù)成為了屋頂花園建設(shè)的重要內(nèi)容。

表1 傳統(tǒng)屋頂花園技術(shù)與裝配式屋頂花園技術(shù)的比較

1 工程概況及屋頂花園技術(shù)分析

1.1 工程概況

廣東省某辦公樓始建于20世紀(jì)80年代，屋頂整體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度為24m，寬度為14m，需要進(jìn)行綠化施工的面積為210m2，辦公樓三面無(wú)阻擋，常年光照充足，該地區(qū)年平均降水量為1800mm，經(jīng)實(shí)際考察，該辦公樓樓頂為原始裸露水泥屋頂，因此在進(jìn)行綠化時(shí)，不宜對(duì)屋頂進(jìn)行大強(qiáng)度地改造，經(jīng)過(guò)工程組實(shí)際檢驗(yàn)，該辦公樓屋頂荷載為200kN·m-2。

1.2 現(xiàn)有裝配式屋頂花園指標(biāo)體系

圖1 現(xiàn)有裝配式屋頂花園指標(biāo)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(tǒng)主要由種植系統(tǒng)以及給排水系統(tǒng)構(gòu)成，種植系統(tǒng)根據(jù)《屋頂綠化技術(shù)規(guī)范》要求，在屋頂種植耐熱、抗風(fēng)、耐旱、易養(yǎng)護(hù)的植物在屋頂進(jìn)行種植，根據(jù)實(shí)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(yǎng)護(hù)的植物，在達(dá)到綠化效果的同時(shí)，色彩也更加豐富，為了減輕荷載，該屋頂選用的是輕質(zhì)屋頂綠化專(zhuān)用基質(zhì)。給排水系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)包含3種系統(tǒng)，分別為太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)以及智能灌溉系統(tǒng)，遇到雨水天氣，雨水經(jīng)綠植以及排水過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾后，存于蓄水池中，如果綠植的土壤濕度過(guò)低，智能灌溉系統(tǒng)會(huì)利用蓄水池中的雨水向綠植進(jìn)行灌溉，灌溉所用的電能由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化。給排水系統(tǒng)是保證裝配式屋頂花園日常養(yǎng)護(hù)的主要配套設(shè)施，通過(guò)濕度檢測(cè)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能帶動(dòng)自灌溉系統(tǒng)利用雨水進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能節(jié)水以及低碳環(huán)保的目的[3]。

圖2 給排水系統(tǒng)在屋頂花園中的應(yīng)用

2.2 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的施工

根據(jù)研究，本次施工采用的發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容為3.0kW，年理論發(fā)電量為4000kW·h-1，機(jī)組壽命為30a以上，經(jīng)過(guò)測(cè)試，該發(fā)電機(jī)組可以滿(mǎn)足該屋頂花園的噴灌系統(tǒng)、雨水收集動(dòng)力系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)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(shè)了風(fēng)能發(fā)電裝置，一旦蓄電池電力不足又需要用電時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)電力切換器自動(dòng)切換至市政用電。在辦公樓頂部及綠植花架上方設(shè)置太陽(yáng)能光膜發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組通過(guò)光膜分電技術(shù)將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為綠植需要的光能以及發(fā)電需要的電能，將轉(zhuǎn)化的電能輸出直流電存入蓄電池中，既滿(mǎn)足了綠植生長(zhǎng)需要，還提供了照明、灌溉等用電系統(tǒng)的需求。

2.3 雨水收集系統(tǒng)的施工

廣東省地域處于亞熱帶季風(fēng)氣候控制區(qū)，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(zhì)較佳，適合鋪設(shè)雨水收集利用裝置。該系統(tǒng)是通過(guò)屋頂?shù)淖匀桓叨炔钤O(shè)置雨水收集系統(tǒng)，對(duì)雨水進(jìn)行回收利用，綠植種植容器底部設(shè)有蓄水槽，容器溢排水管控系統(tǒng)使得容器底部始終蓄有水分，遇到雨水天氣時(shí)，雨水經(jīng)綠植以及過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾后進(jìn)入綠植容器，經(jīng)植被層以及基質(zhì)層吸收后流入綠植容器底部蓄水槽中，綠植土壤缺水時(shí)，蓄水槽內(nèi)的水分自動(dòng)蒸發(fā)為綠植提供水分，當(dāng)蓄水槽中的水分到達(dá)溢水孔時(shí)會(huì)從容器側(cè)壁溢出，流入通風(fēng)排水槽，與屋頂防水保護(hù)層表面截留的雨水一同進(jìn)入排水管道，通過(guò)排水管道進(jìn)入雨水收集池，在收集池中經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的過(guò)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(shí)，該系統(tǒng)自動(dòng)切換至市政用水(見(jiàn)圖3)[4]。該屋頂根據(jù)70%的綠植覆蓋率以及年平均降水量1800mm計(jì)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(dá)120m3以上，經(jīng)過(guò)預(yù)算，該屋頂花園的雨水收集量基本能夠滿(mǎn)足屋頂綠化灌溉系統(tǒng)的用水需求，僅在秋季較干燥的季節(jié)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(tǒng)綜合應(yīng)用示意圖

2.4 智能灌溉系統(tǒng)的施工

該屋頂鋪設(shè)智能灌溉系統(tǒng)時(shí)，采用的是美國(guó)中央控制噴灌系統(tǒng)，由氣候傳感器以及土壤濕度傳感系統(tǒng)組成，其中，氣候傳感器可以自動(dòng)收集并整合當(dāng)天的降水量、光照強(qiáng)度、溫度以及空氣濕度等數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)置計(jì)算機(jī)程序?qū)Ξ?dāng)天的植物蒸發(fā)蒸騰量進(jìn)行計(jì)算，并在綠植土壤根系層中設(shè)置多個(gè)土壤濕度傳感器，用于檢測(cè)綠植土壤濕度，該屋頂土壤濕度傳感器以美國(guó)HUNTER公司以及ET系統(tǒng)推薦的30%～50%的土壤含水量作為土壤濕度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如果土壤濕度傳感器檢測(cè)到綠植土壤濕度低于30%，立即向中央控制系統(tǒng)傳輸灌溉信號(hào)，中央控制系統(tǒng)帶動(dòng)噴灌系統(tǒng)，對(duì)綠植進(jìn)行噴灌，如果綠植土壤濕度達(dá)到50%，土壤濕度傳感器立即向中央控制系統(tǒng)傳輸停止灌溉信號(hào)，中央控制系統(tǒng)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(guò)特定的裝置系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能、雨水進(jìn)行了二次利用，緩解了屋頂積水情況，又達(dá)到了節(jié)能減排的目的，對(duì)于環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益都具有十分良好的影響，通過(guò)鋪設(shè)裝配式屋頂花園技術(shù)，該辦公樓平均每年可以節(jié)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(guó)中央控制系統(tǒng)配管裝置對(duì)綠植進(jìn)行灌溉，在節(jié)省了用水量的同時(shí)，還可以通過(guò)土壤濕度傳感器對(duì)綠植進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，防止土壤過(guò)于干燥而造成綠植枯萎、綠植根系因淋水過(guò)多而導(dǎo)致?tīng)€根，又節(jié)省了人工維護(hù)綠植的費(fèi)用。此外，裝配式屋頂花園還可以為辦公樓員工休閑時(shí)間提供良好的休憩場(chǎng)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(jié)

綜上所述，裝配式屋頂花園的設(shè)計(jì)遵循了生態(tài)節(jié)能的原則，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能、雨水等資源進(jìn)行二次利用，既有效地改善了樓頂?shù)臒岘h(huán)境，又推動(dòng)了我國(guó)的城市建設(shè)進(jìn)程，為我國(guó)的屋頂綠化事業(yè)提供了強(qiáng)大地科技支撐，使裝配式屋頂花園節(jié)能技術(shù)在我國(guó)城市建設(shè)中發(fā)揮出了最大的生態(tài)景觀(guān)效果。