CN108684488A - 一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置及其使用方法。该装置包括上下两层，其中上层为屋顶绿化植物种植箱体，下层为屋顶绿化水处理箱体，两箱体可进行拆卸组装，其中屋顶绿化水处理箱体顶部设置有凹槽，屋顶绿化植物种植箱体可置于其中即可完成组装。所述植物种植箱体的底部为均匀开孔的透水底板；所述植物种植箱体内由下至上填装纤维生物碳层、蜂窝生物碳层、生物碳混合基质层；所述植物种植箱体内安装有太阳能雾化装置。该装置结构简单、易于拆卸组装、维护难度低、除霾功能稳定、水处理效果显著，同时具有绿化、除霾、储水、净水、节水等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种屋顶绿化技术领域，特别涉及一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置及其使用方法。
背景技术
蜂窝生物碳是选取优质的生物碳为原料经高压压制成型的，其外观可通过不同的模具制成不同形状（如圆柱状、方块状、球状等）。蜂窝生物碳呈孔隙结构，同时具有比表面积大、机械强度高等特点。蜂窝生物碳也具有良好的物化性能，吸附速度快、吸附容量多等，可以将其广泛应用于水环境修复治理技术中，此外其发达的孔隙结构可以为微生物提供充足的生存场所，进一步提高了对水体中有害物质的去除效率。
近年来，我国城市化进程不断加快，城市人口更加密集，城市设施（道路、建筑等）占用大量城市空间，使得城市可用土地资源减少，城市人均占有绿地急剧减少。同时，城市的快速发展也导致了雾霾、水污染、城市内涝等许多“城市病”。如何高效利用有限的城市空间，提高绿化面积、减少污染已经成为人们最关心的问题。
例如：中国专利（专利号为：CN 206428908 U）屋顶绿化排水系统，虽然具备蓄水箱，但并不具备净水功能，不能对收集的雨水进行净化处理，无法对储水水质得到有效改善。中国专利（专利号为：CN 204741910 U）屋顶绿化专用草毯，不具备储水功能，且在使用过程中需要人工补水灌溉，无法满足目前人们对低维护屋顶绿化的需求。
总的来讲，屋顶绿化是一条应对上述现象的有效途径，它将屋顶的闲置空间有效地利用起来，可以显著提高城市的绿地面积，对解决“城市病”现象有积极的作用。目前，屋顶绿化技术主要存在以下难题：1）成本过高，维护难度高，不适合家庭使用；2）灌溉系统不成熟，往往需要人工灌溉，易导致建筑物漏水等不利情况；3）传统屋顶绿化自重较大，基质性能欠佳，不仅极大地增加了屋顶负荷，而且影响屋顶绿化效果；4）功能单一，往往不具备储水、节水、处理功能，导致城市水资源得不到有效利用，使得屋顶空间无法实现资源利用最大化。
本发明可以有效改善以上问题，其结构简单、成本低廉、便于拆卸组装、维护难度低、除霾功能稳定、水处理效果显著，同时具有绿化、除霾、储水、净水、节水等功能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构简单、灌溉方式科学、便于组装拆卸、兼具水处理功能和除霾功能的多功能的屋顶绿化装置。
本发明的技术方案如下。
一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，该装置包括上下两层，其中上层为屋顶绿化植物种植箱体，下层为屋顶绿化水处理箱体，两箱体可进行拆卸组装，其中屋顶绿化水处理箱体顶部设置有凹槽，屋顶绿化植物种植箱体可置于其中即可完成组装。所述植物种植箱体的底部为均匀开孔的透水底板；所述植物种植箱体内由下至上填装纤维生物碳层、蜂窝生物碳层、生物碳混合基质层；所述植物种植箱体内安装有太阳能雾化装置；所述太阳能雾化装置由雾化喷头、太阳能抽水雾化器和雾化器提水管道组成，物化喷头位于太阳能抽水雾化器的顶端，雾化器提水管道位于太阳能抽水雾化器的下部，雾化器提水管道贯穿屋顶绿化植物种植箱体并伸入屋顶绿化水处理箱体；所述植物种植箱体底部设置有引水棉条；所述水处理箱体侧壁开设若干溢水口，所述水处理箱体底部铺设球形生物碳层；太阳能雾化装置的间距范围值为30-40cm。
本发明的特点是免浇水。
进一步地，所述的屋顶绿化植物种植箱体和屋顶绿化水处理箱体可进行拆卸组装，在使用该装置前，屋顶绿化植物种植箱体需拼接至屋顶绿化水处理箱体上部。
进一步地，所述屋顶绿化植物种植箱体的透水底板上均匀开设若干透水孔，透水孔孔径为2-5mm，孔间距为10-20mm。
进一步地，所述的屋顶绿化植物种植箱体内由下至上填装纤维生物碳层、蜂窝生物碳层、生物碳混合基质层。
进一步地，所述的生物碳混合基质层的填料采用生物碳、高岭土、复合肥按照含量比5:3:2-4:4:2配制的混合基质。
进一步地，所述的蜂窝生物碳层所采用的填料为优质生物碳粉经过高压压制成型制成的蜂窝状生物碳，其孔径为3-5mm，孔间距为15-20mm。其制备过程可做如下描述：选取原料：选择生物碳时，应选择理化性能和吸附性能良好的生物碳材料；粉碎：将选取好的生物碳进行粉碎，粉碎后的粒径应保持在1-2mm；压制成型：将粉碎后的生物碳粉置于高压模具内，模具的规格可按照需求不同进行调整，可选取孔间距为15-20mm，孔径为3-5mm的模具进行高压压制，选取的压力范围为10kPa-20kPa。蜂窝生物碳具有优良的理化性质，其具有孔隙结构发达、机械强度高、比表面积大、吸附速度快、吸附容量多等优点，可以将其广泛应用于水环境修复治理技术中，此外其发达的孔隙结构可以为微生物提供充足的生存场所，进一步提高了对水体中有害物质的去除效率，使得该装置的水体净化功能得到充分的保障。
进一步地，所述的纤维生物碳层所采用的填料为优质生物碳粉负载于纤维体上制成的，含碳量为30-50%。
进一步地，所述的球形生物碳层所采用的填料为生物碳粉、骨料、水以含量比4:4:2-4:5:1配制后经过高温烧制成的球形生物碳，其粒径为8-10mm。其烧制过程可做如下描述：原料制备：将生物碳粉、骨料、水按照上述的含量比混合均匀，并搅拌成型；造粒：使用造粒机将搅拌成型的原料制备成粒径为8-10mm的球形颗粒；烘干：将制得的球形颗粒均匀置于恒温烘箱中，设置温度为 100℃-200，烘干0.5-1h；烧制：将烘干后的球形颗粒，置于马弗炉或管式炉中，设置温度为450℃-550，烧制2.5-3h。
进一步地，所述的太阳能雾化装置包含雾化喷头、微型太阳能抽水雾化器、雾化器提水管道，其中微型太阳能抽水雾化器利用太阳能进行抽水雾化为种植植物进行灌溉补水。
一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置的使用方法的操作步骤如下：
装置组装：将屋顶绿化植物种植箱体与屋顶绿化水处理箱体组装；
选取种植植物：按照使用地环境条件和使用者使用习惯选择合适的屋顶绿化植物，并种植于屋顶绿化植物种植箱体；
选取使用场地：将该装置置放于屋顶适当位置，在初次使用时需向水处理箱体中添加适量的水，以保证其正常使用；
蓄水：在发生降水时，雨水可通过渗流作用流入水处理箱体，超出水处理箱体的水量会通过溢水口排出装置；
水处理：进入水处理箱体的雨水，在厚度为10-15cm厚的球形生物碳层层作用下被净化处理；
灌溉：太阳能雾化装置可将水处理箱体内所储存的雨水雾化，使其灌溉植物种植箱体中种植的植物；此外，引水棉条可将水处理箱体内的雨水引至植物种植箱体的基质层，对植物的根系进行补水灌溉。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1）结构简单、成本低廉、免维护、自重轻，极大程度上降低了屋顶绿化装置的使用难度和使用门槛，便于推广使用；
2）灌溉系统成熟完备，无需人工灌溉；
3）选用生物碳作为屋顶绿化装置的基质，基质性能良好，利于植物生长；
4）功能多样，同时兼备储水、节水、净水、除霾等功能，可有效利用城市的天然降水，使得屋顶空间的资源利用最大化。
附图说明
图1为本发明一种多功能屋顶绿化装置的结构示意图；
图2为本发明的太阳能雾化装置示意图；
图3为本发明的植物种植箱体的透水底板示意图；
图4为本发明的植物种植箱体结构示意图；
图5为本发明的水处理箱体的结构示意图。
图中各个部件如下：
生物碳混合基质层1、蜂窝生物碳层2、纤维生物碳层3、球形生物碳层4、雾化喷头5、太阳能抽水雾化器6、植物种植箱体7、溢水口8、引水棉条9、雾化器提水管道10、水处理箱体11、透水底板12、太阳能雾化装置13。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于本发明未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图1所示，一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，该装置包括上下两层，其中上层为屋顶绿化植物种植箱体7，下层为屋顶绿化水处理箱体11，其中屋顶绿化水处理箱体11顶部设置有凹槽，所述植物种植箱体7的底部为均匀开孔的透水底板12；所述植物种植箱体7内由下至上填装纤维生物碳层3、蜂窝生物碳层2、生物碳混合基质层1；所述植物种植箱体7内安装有太阳能雾化装置13；所述太阳能雾化装置13由雾化喷头5、太阳能抽水雾化器6和雾化器提水管道10组成，物化喷头5位于太阳能抽水雾化器6的顶端，雾化器提水管道10位于太阳能抽水雾化器6的下部，雾化器提水管道10贯穿屋顶绿化植物种植箱体7并伸入屋顶绿化水处理箱体11；所述植物种植箱体7底部设置有引水棉条9；所述水处理箱体11侧壁开设若干溢水口8，所述水处理箱体11底部铺设球形生物碳层4；太阳能雾化装置13的间距范围值为30-40cm。所述屋顶绿化植物种植箱体7的透水底板12上均匀开设若干透水孔，透水孔孔径为2-5mm，孔间距为10-20mm。所述的生物碳混合基质层1的填料采用生物碳、高岭土、复合肥按照含量比5:3:2-4:4:2配制的混合基质。由于生物碳混合基质的独特性能，可有效减轻植物培养基质的重量，同时有效提高基质的保水、保肥能力，使得植物生长情况得到保证。
本发明中，所述的蜂窝生物碳层2所采用的填料为优质生物碳粉经过高压压制成型制成的蜂窝状生物碳，其孔径为3-5mm，孔间距为15-20mm；制备过程如下：①选取原料：选择生物碳时，应选择理化性能和吸附性能良好的生物碳材料；②粉碎：将选取好的生物碳进行粉碎，粉碎后的粒径应保持在1-2mm；③压制成型：将粉碎后的生物碳粉置于高压模具内，模具的规格按照需求不同进行调整，选取孔间距为15-20mm，孔径为3-5mm的模具进行高压压制，选取的压力范围为10kPa-20kPa。
本发明中，所述的纤维生物碳层3所采用的填料为优质生物碳粉负载于纤维体上制成的，含碳量为30-50%。
本发明中，所述的球形生物碳层4所采用的填料为生物碳粉、骨料、水以含量比4:4:2-4:5:1配制后经过高温烧制成的球形生物碳，其粒径为8-10mm；烧制过程如下：①原料制备：将生物碳粉、骨料、水按照上述的含量比混合均匀，并搅拌成型；②造粒：使用造粒机将搅拌成型的原料制备成粒径为8-10mm的球形颗粒；③烘干：将②制得的球形颗粒均匀置于恒温烘箱中，设置温度为 100℃-200℃，烘干0.5-1h；④烧制：将烘干后的球形颗粒，置于马弗炉或管式炉中，设置温度为450℃-550℃，烧制2.5-3h。
本发明中，所述的太阳能雾化装置13包含雾化喷头5、微型太阳能抽水雾化器6、雾化器提水管道10，其中微型太阳能抽水雾化器6利用太阳能进行抽水雾化为种植植物进行灌溉补水。
当有降水发生时，部分雨水落入屋顶绿化装置，对屋顶绿化植被进行天然灌溉，而超出植被层蓄水能力的雨水则在重力的作用渗透依次通过蜂窝生物碳层2、纤维生物碳层3、透水底板12进入水处理箱体11。蜂窝生物碳层2所采用的填料为优质生物碳粉经过高压压制成型制成的蜂窝状生物碳，其孔径为5mm，孔间距为20mm，蜂窝生物碳具有良好的污染物吸附能力，结合其蜂窝结构可以显著提高其污染物吸附速率。纤维生物碳层3所采用的填料为优质生物碳粉负载于纤维体上制成的，含碳量为50%左右，纤维生物碳对雨水中的污染物质进行进一步吸附净化，由于纤维生物碳的立体网状结构，可以为微生物提供充足的繁衍场所，可对雨水起到生物净化作用，使得雨水水质得到进一步净化提升。屋顶绿化植物种植箱体7的底板为透水底板12，底板上均匀开设若干透水孔，透水孔孔径为3mm，孔间距为10mm。最终，这部分从透水底板12进入水处理箱体11。
屋顶绿化的水处理箱体11底部填装球形生物碳层4，其采用的填料为生物碳粉与骨料1:1配制后经过多次高温烧制成的球形生物碳，其粒径为10mm。球形生物碳因其结构稳定，可置于水中进行长效水处理，使得水处理箱体中存水的水质得到持续净化。水处理箱体11的储水空间有一定限额，如果来水量超过其限额，则超出水量由溢水口8排出水处理箱体11，由于该屋顶绿化装置已经对这部分水体进行了净化处理，所以超出水处理箱体11储水能力的水可进行二次利用，如冲厕、浇花等。
在植物种植箱体7中的植被层发生缺水状态时，通过固定于植物种植箱体7的引水棉条9的引水作用对植物根系进行补水根灌，这种灌溉方式不仅有效节水，而且灌溉效果良好，能够保证植被在缺水情况时依然保持良好的生长状态；此外，贯穿于植物种植箱体7的太阳能雾化装置13可在每天6:00-8:00工作，该装置在微型太阳能抽水雾化器6的作用下将水处理箱体11内的雨水经由雾化器提水管道10提升至微型太阳能抽水雾化器6并进行雾化，产生的小颗粒水汽最终从雾化喷头5喷出，将水雾化后灌溉植物节水效果明显，同时雾化后产生的水汽又有显著的除霾功能，还可以解决城市雾霾严重的大气问题。
实施例1
我国北方城市的气候具有冬季寒冷干燥、冬春两季多风、夏季降水少气温高等特点。同时随着城市的快速发展，城市绿化率日益减少和城市生态环境有所恶化，另一方面大量建筑物屋顶空间得不到有效利用，因此北方城市具有发展屋顶绿化的巨大潜力，屋顶绿化的实施对提高城市绿化率、改善城市生态环境、节约水资源都有显著的积极意义。
本发明可以有效提高屋顶绿化装置对雨水的净化处理能力，且赋予了屋顶绿化装置一定的储水、净化水的能力，同时通过太阳能雾化技术既可以对屋顶绿化种植植物进行自动灌溉补水，还可去除空气中的雾霾，可将本装置铺设于北方城市的屋顶。本发明中提及的纤维生物碳是采用优质的生物碳粉（其粒径范围为0.1-0.5mm）浸渍法将其负载于纤维体上制成的。
为满足不同建筑物屋顶的情况，本装置可以设置为单元结构，每个单元格可以设置为边长为1m、高为50cm的双层箱体，即植物种植箱体7和水处理箱体11两层。同时，选取植物时，可以选取具有适应北方独特气候的植物，以提高该装置的适应性。在夏季干旱时，水处理箱体11内存储的水可以解决植被的缺水问题；而在冬春季时，太阳能雾化装置13又可以对水处理箱体11内的水进行雾化，既可以对植物进行灌溉，又可以解决北方城市雾霾严重的问题。
实施例2
我国南方地区，特别是东南发达城市，几乎都面临着空间资源短缺、绿地及公众活动场所不足的难题。这些地区大都具有降雨量比较丰富的气候特点，但是很多降水量往往得不到有效的利用开发，反而导致城市洪涝灾害频发。此外，这些地区大多有一定的经济实力、较为发达的技术和产业。因此，在我国南方地区开展屋顶绿化，可以缓解这些难题。
当前，我国正大力开展“海绵城市”的建设工作，将城市建设成为具有“吸水、蓄水、净水和释水功能的海绵体”，用以有效提高城市防洪排涝能力，而建设绿色基础设施（如人工湿地、屋顶绿化等）是其中一种切实有效的手段。
将本发明装置铺设于南方城市建筑物屋顶，同样可以将该装置设置为边长为1m的正方形箱体，此外为满足南方降雨量大的气候特点，可以适度扩大水处理箱体11的储水空间，将水处理箱体11的高度设置为50cm高，可以提高雨季时装置的蓄水能力，起到滞洪的效果，减轻城市排水管网的排水压力，有效缓解城市洪涝灾害的情况。其混合基质层可以用砾石、生物质、水葫芦生物碳混合基质，经过试验探究，当混合基质含2%水葫芦生物碳（用马弗炉在500℃条件下，恒温烧制2.5h制成）时，其总磷的去除率约为80%，总氮的去除率约为90%，对水质有良好的净化作用。同时，本发明装置可以提高雨水的回用率。
Claims (8)
1.一种蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，该装置包括上下两层，其中上层为屋顶绿化植物种植箱体（7），下层为屋顶绿化水处理箱体（11），其中屋顶绿化水处理箱体（11）顶部设置有凹槽，所述植物种植箱体（7）的底部为均匀开孔的透水底板（12）；所述植物种植箱体（7）内由下至上填装纤维生物碳层（3）、蜂窝生物碳层（2）、生物碳混合基质层（1）；所述植物种植箱体（7）内安装有太阳能雾化装置（13）；所述太阳能雾化装置（13）由雾化喷头（5）、太阳能抽水雾化器（6）和雾化器提水管道（10）组成，物化喷头（5）位于太阳能抽水雾化器（6）的顶端，雾化器提水管道（10）位于太阳能抽水雾化器（6）的下部，雾化器提水管道（10）贯穿屋顶绿化植物种植箱体（7）并伸入屋顶绿化水处理箱体（11）；所述植物种植箱体（7）底部设置有引水棉条（9）；所述水处理箱体（11）侧壁开设若干溢水口（8），所述水处理箱体（11）底部铺设球形生物碳层（4）；太阳能雾化装置（13）的间距范围值为30-40cm。
2.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述屋顶绿化植物种植箱体（7）的透水底板（12）上均匀开设若干透水孔，透水孔孔径为2-5mm，孔间距为10-20mm。
3.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述的生物碳混合基质层（1）的填料采用生物碳、高岭土、复合肥按照含量比5:3:2-4:4:2配制的混合基质。
4.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述的蜂窝生物碳层（2）所采用的填料为优质生物碳粉经过高压压制成型制成的蜂窝状生物碳，其孔径为3-5mm，孔间距为15-20mm；制备过程如下：①选取原料：选择生物碳时，应选择理化性能和吸附性能良好的生物碳材料；②粉碎：将选取好的生物碳进行粉碎，粉碎后的粒径应保持在1-2mm；③压制成型：将粉碎后的生物碳粉置于高压模具内，模具的规格按照需求不同进行调整，选取孔间距为15-20mm，孔径为3-5mm的模具进行高压压制，选取的压力范围为10kPa-20kPa。
5.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述的纤维生物碳层（3）所采用的填料为优质生物碳粉负载于纤维体上制成的，含碳量为30-50%。
6.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述的球形生物碳层（4）所采用的填料为生物碳粉、骨料、水以含量比4:4:2-4:5:1配制后经过高温烧制成的球形生物碳，其粒径为8-10mm；烧制过程如下：①原料制备：将生物碳粉、骨料、水按照上述的含量比混合均匀，并搅拌成型；②造粒：使用造粒机将搅拌成型的原料制备成粒径为8-10mm的球形颗粒；③烘干：将②制得的球形颗粒均匀置于恒温烘箱中，设置温度为 100℃-200℃，烘干0.5-1h；④烧制：将烘干后的球形颗粒，置于马弗炉或管式炉中，设置温度为450℃-550℃，烧制2.5-3h。
7.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置，其特征在于，所述的太阳能雾化装置（13）包含雾化喷头（5）、微型太阳能抽水雾化器（6）、雾化器提水管道（10），其中微型太阳能抽水雾化器（6）利用太阳能进行抽水雾化为种植植物进行灌溉补水。
8.根据权利要求1所述蜂窝生物碳基免浇水屋顶绿化装置的使用方法，其特征在于，该装置的使用方法如下：
装置组装：将屋顶绿化植物种植箱体（7）与屋顶绿化水处理箱体（11）组装；
选取种植植物：按照使用地环境条件和使用者使用习惯选择合适的屋顶绿化植物，并种植于屋顶绿化植物种植箱体（7）；
选取使用场地：将该装置置放于屋顶，在初次使用时需向水处理箱体（11）中添加水，以保证其正常使用；
蓄水：在发生降水时，雨水可通过渗流作用流入水处理箱体（11），超出水处理箱体（11）的水量会通过溢水口（8）排出装置；
水处理：进入水处理箱体（11）的雨水，在厚度为10-15cm厚的球形生物碳层（4）层作用下被净化处理；
灌溉：太阳能雾化装置（13）将水处理箱体（11）内所储存的雨水雾化，使其灌溉植物种植箱体（7）中种植的植物；此外，引水棉条（9）将水处理箱体（11）内的雨水引至植物种植箱体（11）的基质层，对植物的根系进行补水灌溉。
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