模块化屋顶绿化装置的研究

张华玮　李壮壮

【摘要】为了缓解热岛效应、资源短缺、空气污染、城市内涝等城市问题的困扰，响应国家 “十三五规划-生态文明建设”、“海绵城市”的政策，本文提出了预先在生产厂房内模块化、装配式加工生产的屋顶绿化装置——“植物绿化块”，并根据屋顶荷载承载能力的大小细分了两种装置：标准绿化块和智能灌溉绿化块。

【关键词】海绵城市；屋顶绿化；模块化；装配式

相传在2500多年以前，古巴比伦国王娶了波斯国公主为妃，国王为了取悦王妃，下令在巴比伦修建了高达25米的花园，此园悬于空中，所以被称为“空中花园”。两千多年后的今天，人们再次选择在屋顶建造“空中花园”，使得越来越多的绿色为冰冷的钢筋混凝土世界平添了几分惬意，与两千年前的满足个人享乐所不同，在热岛效应、资源短缺、空气污染、城市内涝等城市问题困扰着人类的今天，空中花园式的屋顶绿化装置也许更多的是出于“与自然的和解”。

1.现有屋顶绿化装置存在的问题

屋顶长时间被绿化植物所覆盖，酸、碱、盐、对屋顶造成破坏，原有施工方法是在防水层设计上应采用复合防水层以杜绝屋顶渗漏。由于屋顶处于高处，四周又相对空旷，光照强、风速大，空气中的温湿度和土壤中的水分含量都比地面差得多，造成了屋顶花园所种植物成活难、长势较弱等问题，烈日、寒风等对植物影响极大，而现有产品缺少对植物的保护措施。

另外，很多用户担心屋顶绿化技术不成熟会造成屋顶漏水，在屋顶上添加大量的绿色植物有不少用户会担心植物的病虫害问题。

2.新屋顶绿化装置的提出

针对之前的绿湖装置存在的问题，本文推出了新的屋顶绿化装置——植物绿化块。考虑到老建筑的屋顶所能承受的载荷较小，植物绿化块分为两种型号：“标准绿化块”和“智能灌溉绿化块”。能够承受载荷较大的屋顶推荐采用“智能灌溉绿化块”。

2.1 标准绿化块

绿化块内部的标准构造大致由结构层、防水层、根阻层、排水层、隔离过滤层、种植基层和植被层组成，而参与雨水管理的主要结构为植被层、种植基质层、排水层。为使植物生长良好，同时尽量减轻屋顶的附加荷重，绿色节能屋顶的种植基质选用浮石、火山石、沸石、膨胀页岩、膨胀粘土、炉渣等与土壤的混合料。

考虑到植物绿化块空间有限，本装置的植物选择了一种茎高较低的植物——佛甲草。本装置选取茎高为10cm左右的佛甲草，其含水量极高，其叶、茎表皮的角质层具有超常的防止水分蒸发的特性。佛甲草生长适应性强，耐寒、耐旱、耐盐碱、耐瘠，抗病虫害，茎肉多汁，碧绿的小叶宛如翡翠，整齊美观，既可作为盆栽欣赏，也可露天观赏。

2.2 智能灌溉绿化块

智能灌溉绿化块相比标准绿化块增加了光伏发电和自动灌溉系统。

光伏发电系统：采用太阳能玻璃板，据我们测算，在晴好状态下，一块太阳能板一小时可发75W左右。整块太阳能板西低东高，西侧为蓄水池，太阳能板可绕东西向中轴转动，保证光能利用率。蓄水池电绿化块底部和侧面均采用气凝胶。太阳能玻璃板的开合由温度、湿度传感器和光传感器共同控制。

智能灌溉绿化块相比标准绿化块增加了光伏发电和自动灌溉系统。

光伏发电系统：采用太阳能玻璃板，据我们测算，在晴好状态下，一块太阳能板一小时可发75W左右。整块太阳能板西低东高，西侧为蓄水池，太阳能板可绕东西向中轴转动，保证光能利用率。蓄水池电绿化块底部和侧面均采用气凝胶。太阳能玻璃板的开合由温度、湿度传感器和光传感器共同控制。

智能灌溉：下雨时，雨水通过一定坡度的太阳能玻璃板导入绿化块的蓄水池中，作为灌溉用水。植物根部的土壤温度、湿度传感器通过测定土壤的温度湿度来判断植物是否缺水，以此来控制滴灌系统自动灌溉。系统自动监测测灌溉区内土壤湿度和温度，如果植物处于缺水状态，本装置会进行自动灌溉。

3.优势分析

3.1 “植物绿化块”的设计----全程无忧

“植物绿化块”直接放置在屋顶上，不会对屋顶原有结构有任何影响，气凝胶的运用对屋顶起到了保温隔热的效果。因此在屋顶绿化完成时，向用户提供安全可信任的种苗以抑制植物疾病。本装置有智能收集雨水、智能灌溉与电池板智能开关功能，靠传感器来实现智能化，由太阳能电池板实现光能的转化，太阳能板下方气凝胶层储存电能供给本系统和住户电能。以此避免人员长时间停留在屋顶，既减轻了管理人员对植物的管理，解决了普通屋顶绿化后期维护的问题。

3.2 产品生产方案----装配式生产

本方案受未来建筑业发展方向的启迪，采用装配式生产，为提高生产效率，最大限度的节约生产成本，预先在生产厂房内模块化加工生产植物绿化块，屋顶采用合金材料进行分隔并加以固定，安装时直接将“植物绿化块”放入分隔后的格子中，从而起到固定的作用。

3.3 光伏与绿化的完美结合

太阳能电池板高温降低光伏板的衰减率，但是植物的水分能起到一定的保护作用，从而增长电池板的寿命，以此实现光伏与绿化的完美结合。

3.4 增加屋顶雨水截流

据实验，屋面类型与雨水径流系数的关系如表1所示，目前城中总建筑的屋顶面积占城市面积的30%。如果将城市中的屋顶面积都被利用起来实施屋顶绿化，将会对雨水的径流、雨水的截流和保持有明显的改善效果，间接响应了海绵城市的要求。

4.结语

本文提出的预先在生产厂房内模块化装配式新的屋顶绿化装置——“植物绿化块”，与现行屋顶绿化相比，相当于在屋面上放置一种保温隔热板材，未对屋顶结构造成破坏，本装置将光伏发电与屋顶绿化相结合，二者相辅相成，降低了装置的衰减率本装置还满足了节能设计的要求，又能充分利用新型材料，同时，本装置实现了雨水收集与再利用，具有较大的发展潜力和应用空间。

参考文献：

[1]王庆.屋顶花园设计与适宜技术[D].重庆大学，2007.

[2]黄水良.屋顶绿化——城市第五立面与雨水利用[J].浙江建筑，2007（s1）：37-39.

[3]佚名.两部委实施海绵城市建设重点工程[J].墙材革新与建筑节能，2017（1）：9-9.

[4]崔晓蓉.屋顶绿化存在的问题及解决方法[J].国土绿化，2005（10）：42-43.

[5]和晓艳.屋顶绿化的相关技术研究[D].南京林业大学，2013.