装配式屋顶花园节能技术及其应用

庄建伟

(辽宁生态工程职业学院，辽宁 沈阳 110101)

装配式屋顶花园是美化城市环境的重要形式之一，不仅可以对土地以及屋顶空间进行有效节约，还可以对城市的生态环境进行有效改善，缓解城市热岛效应，改善我国生态环境。随着经济水平的逐步发展以及人民生活水平的不断进步，人们的环保意识逐渐加强，装配式屋顶花园节能技术已经在我国多个城市进行了应用研究。装配式屋顶花园节能技术起源于美国，其可以根据建筑物的特点，将具有排水、蓄水、过滤、通风等功能的可移动容器拼装成为一个完整的绿化系统，并在其中种植相应植物，最具有代表性的建筑物便是北京鸟巢的足球场草坪项目[2]。随着屋顶绿化技术的不断发展，节能技术以及智能化技术成为了屋顶花园建设的重要内容。

表1 传统屋顶花园技术与装配式屋顶花园技术的比较

1 工程概况及屋顶花园技术分析

1.1 工程概况

广东省某办公楼始建于20世纪80年代，屋顶整体结构为长方形，长度为24m，宽度为14m，需要进行绿化施工的面积为210m2，办公楼三面无阻挡，常年光照充足，该地区年平均降水量为1800mm，经实际考察，该办公楼楼顶为原始裸露水泥屋顶，因此在进行绿化时，不宜对屋顶进行大强度地改造，经过工程组实际检验，该办公楼屋顶荷载为200kN·m-2。

1.2 现有装配式屋顶花园指标体系

图1 现有装配式屋顶花园指标体系

2 具体施工流程

2.1 绿植的选择施工

装配式屋顶花园绿化系统主要由种植系统以及给排水系统构成，种植系统根据《屋顶绿化技术规范》要求，在屋顶种植耐热、抗风、耐旱、易养护的植物在屋顶进行种植，根据实地考察，选取了较为轻型的小型花灌木铺地锦竹草等耐干旱易养护的植物，在达到绿化效果的同时，色彩也更加丰富，为了减轻荷载，该屋顶选用的是轻质屋顶绿化专用基质。给排水系统(见图2)包含3种系统，分别为太阳能供电系统、雨水收集系统以及智能灌溉系统，遇到雨水天气，雨水经绿植以及排水过滤系统过滤后，存于蓄水池中，如果绿植的土壤湿度过低，智能灌溉系统会利用蓄水池中的雨水向绿植进行灌溉，灌溉所用的电能由太阳能转化。给排水系统是保证装配式屋顶花园日常养护的主要配套设施，通过湿度检测，将太阳能转化为电能带动自灌溉系统利用雨水进行灌溉，实现了节能节水以及低碳环保的目的[3]。

图2 给排水系统在屋顶花园中的应用

2.2 太阳能供电系统的施工

根据研究，本次施工采用的发电机组装机容为3.0kW，年理论发电量为4000kW·h-1，机组寿命为30a以上，经过测试，该发电机组可以满足该屋顶花园的喷灌系统、雨水收集动力系统以及照明系统的用电总量需求，为了保证盖屋顶用电充足，本次施工还铺设了风能发电装置，一旦蓄电池电力不足又需要用电时，系统可以通过电力切换器自动切换至市政用电。在办公楼顶部及绿植花架上方设置太阳能光膜发电机组，该机组通过光膜分电技术将太阳辐射转化为绿植需要的光能以及发电需要的电能，将转化的电能输出直流电存入蓄电池中，既满足了绿植生长需要，还提供了照明、灌溉等用电系统的需求。

2.3 雨水收集系统的施工

广东省地域处于亚热带季风气候控制区，夏热冬温，降水充沛，年平均降水量在1800mm以上，雨水污染较小，水质较佳，适合铺设雨水收集利用装置。该系统是通过屋顶的自然高度差设置雨水收集系统，对雨水进行回收利用，绿植种植容器底部设有蓄水槽，容器溢排水管控系统使得容器底部始终蓄有水分，遇到雨水天气时，雨水经绿植以及过滤系统过滤后进入绿植容器，经植被层以及基质层吸收后流入绿植容器底部蓄水槽中，绿植土壤缺水时，蓄水槽内的水分自动蒸发为绿植提供水分，当蓄水槽中的水分到达溢水孔时会从容器侧壁溢出，流入通风排水槽，与屋顶防水保护层表面截留的雨水一同进入排水管道，通过排水管道进入雨水收集池，在收集池中经过进一步的过滤以及沉淀后，可用作绿植的灌溉用水，如果雨水收集池中的水量不够又需要用水时，该系统自动切换至市政用水(见图3)[4]。该屋顶根据70%的绿植覆盖率以及年平均降水量1800mm计算，不考虑雨水溢出以及其它方面的因素，210m2的屋顶花园1a收集的可利用雨水量达120m3以上，经过预算，该屋顶花园的雨水收集量基本能够满足屋顶绿化灌溉系统的用水需求，仅在秋季较干燥的季节可能需要使用市政用水。

图3 装配式屋顶花园雨水收集系统综合应用示意图

2.4 智能灌溉系统的施工

该屋顶铺设智能灌溉系统时，采用的是美国中央控制喷灌系统，由气候传感器以及土壤湿度传感系统组成，其中，气候传感器可以自动收集并整合当天的降水量、光照强度、温度以及空气湿度等数据，通过内置计算机程序对当天的植物蒸发蒸腾量进行计算，并在绿植土壤根系层中设置多个土壤湿度传感器，用于检测绿植土壤湿度，该屋顶土壤湿度传感器以美国HUNTER公司以及ET系统推荐的30%～50%的土壤含水量作为土壤湿度检测标准，如果土壤湿度传感器检测到绿植土壤湿度低于30%，立即向中央控制系统传输灌溉信号，中央控制系统带动喷灌系统，对绿植进行喷灌，如果绿植土壤湿度达到50%，土壤湿度传感器立即向中央控制系统传输停止灌溉信号，中央控制系统立即停止灌溉[5]。

3 效益分析

广东省某办公楼充分利用了广东的光照以及降水，通过特定的装置系统对太阳能、雨水进行了二次利用，缓解了屋顶积水情况，又达到了节能减排的目的，对于环境效益、经济效益以及社会效益都具有十分良好的影响，通过铺设装配式屋顶花园技术，该办公楼平均每年可以节省4000kW·h-1的电量以及120m3以上的用水量，并且利用土壤传感器以及美国中央控制系统配管装置对绿植进行灌溉，在节省了用水量的同时，还可以通过土壤湿度传感器对绿植进行精准灌溉，防止土壤过于干燥而造成绿植枯萎、绿植根系因淋水过多而导致烂根，又节省了人工维护绿植的费用。此外，装配式屋顶花园还可以为办公楼员工休闲时间提供良好的休憩场所，有助于放松员工的心情，缓解工作疲劳，提升工作热情[6]。

4 总结

综上所述，装配式屋顶花园的设计遵循了生态节能的原则，通过对太阳能、雨水等资源进行二次利用，既有效地改善了楼顶的热环境，又推动了我国的城市建设进程，为我国的屋顶绿化事业提供了强大地科技支撑，使装配式屋顶花园节能技术在我国城市建设中发挥出了最大的生态景观效果。