建筑節(jié)能綠化裝置的分析與研究

摘 要：環(huán)境污染、能源危機、城市內(nèi)澇、熱島效應日益突出，人們對于環(huán)境的重視程度越來越高，屋頂綠化是當代城市發(fā)展的必由之路，但是屋頂綠化至今無法大規(guī)模應用，在于較高的生產(chǎn)成本和后期維護費用，太陽能取之不盡，用之不竭，是人類能源發(fā)展的方向。針對于此，本文提出通過工廠模塊化生產(chǎn)，實現(xiàn)光伏發(fā)電與屋頂綠化相結(jié)合，優(yōu)勢互補，解決屋頂綠化中的實際問題，為今后屋頂綠化提供了一種可行的方案。

關(guān)鍵詞：模塊化 裝配式 光伏發(fā)電 屋頂綠化 建筑節(jié)能

近年來城市越來越迫切地呼喚綠色空間，綠色節(jié)能、持續(xù)發(fā)展成為人們尋求新的優(yōu)化人居環(huán)境方式的方向。21世紀人類共同的主題是可持續(xù)發(fā)展，對于城市建筑來說亦必須由傳統(tǒng)高消耗型發(fā)展模式轉(zhuǎn)向高效綠色型發(fā)展模式，綠色建筑正是實施這一轉(zhuǎn)變的必由之路，是當今世界建筑發(fā)展的必然趨勢。

本項目研究的先進性及獨特性有：1、裝配式生產(chǎn)、模塊化安裝：本項目采用工廠內(nèi)預制裝配式生產(chǎn)，安裝時由于其模塊化的特性更為方便快捷，提高效率、節(jié)約成本。2、光伏發(fā)電：響應國家新能源發(fā)展政策，將屋頂綠化與光伏發(fā)電相結(jié)合。太陽能電池板實現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)化，氣凝膠層最大效率的發(fā)揮了其保溫隔熱儲能的性質(zhì)。3、智能控制：本系統(tǒng)主要有智能收集雨水、智能灌溉與電池板智能開關(guān)功能。本系統(tǒng)主要靠傳感器來實現(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。

一、裝置動力來源----光伏發(fā)電

本產(chǎn)品擬利用光伏發(fā)電板為整個系統(tǒng)提供持續(xù)可靠的能源供應，保證整個裝置順利高效運轉(zhuǎn)，相當于整個裝置的“發(fā)動機”。本產(chǎn)品核心構(gòu)件“植物綠化塊”上部采用太陽能光伏板，據(jù)測算，在晴好狀態(tài)下，一塊太陽能板一小時可發(fā)電75W左右，從而最大限度實現(xiàn)建筑節(jié)能。

二、裝置控制系統(tǒng)----智能控制

本系統(tǒng)主要有智能收集雨水、智能灌溉與電池板智能開關(guān)功能。本系統(tǒng)主要靠傳感器來實現(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，又保證了屋頂所能承受的載荷在許可范圍之內(nèi)。

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。太陽能玻璃板的轉(zhuǎn)動角度由光傳感器控制，光感傳感器則通過測定光照強度、入射角方向來控制太陽能玻璃板開合角度，從而實現(xiàn)光能的最大利用。

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)自動測量灌溉區(qū)內(nèi)土壤濕度和空氣溫度，如果缺水，就在蓄水池水量滿足條件的前提下打開開關(guān)，進行灌溉。

三、裝置生產(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)本產(chǎn)品的核心科技——“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。

四、裝置設(shè)計----模塊化

就現(xiàn)狀來看，很多用戶擔心屋頂綠化技術(shù)不成熟會造成屋頂漏水，“植物綠化塊”在根本上解決了這一問題，由于“植物綠化塊”是模塊化直接放置在屋頂上，與普通綠化技術(shù)不同，并不會對屋頂原有結(jié)構(gòu)有任何影響。

五、裝置材料----合理用材

裝置外殼采用氣凝膠。氣凝膠層最大效率的發(fā)揮了其保溫隔熱儲能輕質(zhì)的性質(zhì)。氣凝膠中一般80%以上是空氣，有非常好的隔熱效果，還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時，其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點之一。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅，但因為它99.8%都是空氣，所以密度只有玻璃的千分之一。綠化塊內(nèi)部的培養(yǎng)基標準構(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。

六、植被選取----生命力強

植被層是綠色節(jié)能屋頂發(fā)揮生態(tài)效益的主要功能層之一，因此，植物的選擇應以適應綠化塊尺寸和當?shù)貧夂蚣拔蓓斏鷳B(tài)環(huán)境特點為基本出發(fā)點。考慮到植物綠化塊空間有限，因此我們選擇了一種莖高較低的植物——佛甲草。本產(chǎn)品選取最大莖高為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。

另外，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。這個問題在產(chǎn)品設(shè)計初期就已經(jīng)想好了解決方法：一開始我們就選用無菌的種子、種苗，因此我們在屋頂綠化完成時，就向用戶提供安全可信任的種苗?？刂骗h(huán)境以抑制植物疾病：如果溫室的濕度越高，相對地，產(chǎn)生疾病的機率也就越高，因為大多數(shù)的疾病都是滋生于濕度高、水氣多的環(huán)境，而濕度的最高限度是在85%。

七、結(jié)語

本產(chǎn)品設(shè)計將光伏發(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，同時依靠智能管理、智能控制，最大限度的實現(xiàn)了建筑節(jié)能的目標。既不占用土地資源，又可增加城市綠化面積、改善空氣質(zhì)量、美化城市景觀，同時對緩解城市熱島效應、冬季保暖夏季隔熱、減小屋面所承受溫度波動范圍從而延長屋頂壽命、降低頂層房間空調(diào)能耗有重要作用，已經(jīng)成為建筑節(jié)能發(fā)展的新方向，引起了國內(nèi)外眾多研究者的重視。該產(chǎn)品既滿足了節(jié)能設(shè)計的要求，又能充分利用新型材料，同時，通過一定的方式實現(xiàn)雨水收集與再利用，這一點也為海綿城市的建設(shè)起到一定促進作用。

參考文獻：

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[2]董科兒.淺析城市空間的立體綠化[J].美與時代，2007.01.30： P86-88

作者簡介：

于輝（1996.03-），男，漢族，山東德州人，學生，本科，主要從事土木工程方向研究。