摘 要：環(huán)境污染、能源危機(jī)、城市內(nèi)澇、熱島效應(yīng)日益突出，人們對(duì)于環(huán)境的重視程度越來(lái)越高，屋頂綠化是當(dāng)代城市發(fā)展的必由之路，但是屋頂綠化至今無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用，在于較高的生產(chǎn)成本和后期維護(hù)費(fèi)用，太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，是人類能源發(fā)展的方向。針對(duì)于此，本文提出通過工廠模塊化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與屋頂綠化相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決屋頂綠化中的實(shí)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(lái)城市越來(lái)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(jì)人類共同的主題是可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于城市建筑來(lái)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(shí)施這一轉(zhuǎn)變的必由之路，是當(dāng)今世界建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。

本項(xiàng)目研究的先進(jìn)性及獨(dú)特性有：1、裝配式生產(chǎn)、模塊化安裝：本項(xiàng)目采用工廠內(nèi)預(yù)制裝配式生產(chǎn)，安裝時(shí)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(yīng)國(guó)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(yáng)能電池板實(shí)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(chǔ)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(lái)實(shí)現(xiàn)智能化，由太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)化，太陽(yáng)能板下方氣凝膠層儲(chǔ)存電能供給本系統(tǒng)和住戶電能。

一、裝置動(dòng)力來(lái)源----光伏發(fā)電

本產(chǎn)品擬利用光伏發(fā)電板為整個(gè)系統(tǒng)提供持續(xù)可靠的能源供應(yīng)，保證整個(gè)裝置順利高效運(yùn)轉(zhuǎn)，相當(dāng)于整個(gè)裝置的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。本產(chǎn)品核心構(gòu)件“植物綠化塊”上部采用太陽(yáng)能光伏板，據(jù)測(cè)算，在晴好狀態(tài)下，一塊太陽(yáng)能板一小時(shí)可發(fā)電75W左右，從而最大限度實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)智能化，由太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)化，太陽(yáng)能板下方氣凝膠層儲(chǔ)存電能供給本系統(tǒng)和住戶電能。以此避免人員長(zhǎng)時(shí)間停留在屋頂，既減輕了管理人員對(duì)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(yáng)能板西低東高，西側(cè)為蓄水池，太陽(yáng)能板可繞東西向中軸轉(zhuǎn)動(dòng)，保證光能利用率。太陽(yáng)能玻璃板的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由光傳感器控制，光感傳感器則通過測(cè)定光照強(qiáng)度、入射角方向來(lái)控制太陽(yáng)能玻璃板開合角度，從而實(shí)現(xiàn)光能的最大利用。

下雨時(shí)，雨水通過一定坡度的太陽(yáng)能玻璃板導(dǎo)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(cè)定土壤的溫度濕度來(lái)判斷植物是否缺水，以此來(lái)控制滴灌系統(tǒng)自動(dòng)灌溉。系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)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(jìn)行灌溉。

三、裝置生產(chǎn)方案----裝配式生產(chǎn)

本方案受未來(lái)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(yù)先在生產(chǎn)廠房?jī)?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(jìn)行分隔并加以固定，安裝時(shí)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(jì)----模塊化

就現(xiàn)狀來(lái)看，很多用戶擔(dān)心屋頂綠化技術(shù)不成熟會(huì)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(huì)對(duì)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(chǔ)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(shí)，其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點(diǎn)之一。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅，但因?yàn)樗?9.8%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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)

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(yīng)以適應(yīng)綠化塊尺寸和當(dāng)?shù)貧夂蚣拔蓓斏鷳B(tài)環(huán)境特點(diǎn)為基本出發(fā)點(diǎn)。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(zhǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，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(huì)擔(dān)心植物的病蟲害問題。這個(gè)問題在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就已經(jīng)想好了解決方法：一開始我們就選用無(wú)菌的種子、種苗，因此我們?cè)谖蓓斁G化完成時(shí)，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(duì)地，產(chǎn)生疾病的機(jī)率也就越高，因?yàn)榇蠖鄶?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(yǔ)

本產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)依靠智能管理、智能控制，最大限度的實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能的目標(biāo)。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(shí)對(duì)緩解城市熱島效應(yīng)、冬季保暖夏季隔熱、減小屋面所承受溫度波動(dòng)范圍從而延長(zhǎng)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(guó)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(jì)的要求，又能充分利用新型材料，同時(shí)，通過一定的方式實(shí)現(xiàn)雨水收集與再利用，這一點(diǎn)也為海綿城市的建設(shè)起到一定促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：

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