CN109452037A - 模块化绿色屋顶系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化绿色屋顶系统。它包括多个模块箱（1）；模块箱（1）底面呈锯齿结构（3），每个齿谷均有穿孔管（4），穿孔管两端与集水管（2）连通；集水管中间连接有排水立管（5），排水立管上端与排水管（6）连通，排水管还与蓄水池（7）连通；模块箱（1）内部从下往上依次为排水层（8）、过滤层（9）、种植层（10）和超高区；排水层和种植层中分别埋设连通的阴极（11）和阳极（12）；种植层（10）中种植景观植物，且埋有湿度传感器（13）和穿孔地埋灌溉管道（14）；穿孔地埋灌溉管道（14）与蓄水池（7）底部的潜水泵（15）连通。本发明通过绿色屋顶的模块化改造，能实现氮磷的高效调控。

Description

模块化绿色屋顶系统

技术领域

本发明涉及绿色屋顶在绿色建筑、海绵城市建设中的应用，尤其涉及一种实用的模块化绿色屋顶系统。

背景技术

绿色屋顶是绿色建筑、海绵城市建设中常用的技术之一。绿色屋顶不额外占用城市建设用地，具有节能、增加城市绿地、降低城市热岛效应，削减径流效率高、氮磷污染负荷调控效率高等多种优点，在城市建设中得到越来越广泛的应用。

目前，传统的绿色屋顶，一般采用在屋顶现场覆土的方式进行建造。这种方式一方面建设成本较高，建造过程复杂，对顶层楼板要求较高，后期运行维护复杂；另一方面，其构建方式灵活性不够，受限条件较多，不能满足日益提高的绿色屋顶景观要求。在绿色屋顶应用的过程中也发现，传统的绿色屋顶构建方式很容易产生氮磷的二次释放，因此，寻找更为经济、灵活的绿色屋顶构建方式，提高氮素调控效率，实现磷素更充分滞留成为当前绿色屋顶发展面临的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化绿色屋顶系统，该系统通过绿色屋顶的模块化改造，能实现氮磷的高效调控。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

模块化绿色屋顶系统，其特征在于：包括有蓄水池、湿度传感器，以及若干个模块箱；所述模块箱的深度为250mm～450mm；所述模块箱内相对两侧面的底部侧边处分别设有集水管；位于所述集水管之间的所述模块箱底面呈锯齿结构，且每个齿谷均安装有穿孔管，穿孔管的两端与所述集水管连通；所述集水管的中间连接有竖直的排水立管，该排水立管的高度为100mm，排水立管的上端与一端横向穿过模块箱侧壁的排水管连通，且排水管的另一端连通到所述蓄水池内；所述模块箱的内部从下往上依次为：高度为50mm的排水层，高度为50mm的过滤层，高度为100～300mm的种植层，高度为50mm的超高区，此处所述的超高区是指模块箱内部高于种植层但低于模块箱顶部的部分；在所述排水层和所述种植层中分别埋设作为生物燃料电池的阴极和阳极，并通过导线将阴极和阳极连接起来；所述种植层中可供选种植的植物有佛甲草、麦冬、芦荟、玉树等景观植物，也可根据植物的花期、花色、生长期等选种；所述种植层中埋设有湿度传感器和穿孔地埋灌溉管道；所述穿孔地埋灌溉管道与设置于所述蓄水池底部的潜水泵连通。

作为进一步明确，上述排水层中填充的介质可选用为建筑材料废弃物、火山岩、常规的改性赤泥焙烧颗粒、海绵铁、砾石、废弃水泥轻骨料或大颗粒炉渣等，且其粒径均为3～5mm，其中所述的建筑材料废弃物是指废弃的砖头瓦块、混凝土轻骨料等常规常见的废弃物料；上述过滤层中填充的介质为炉渣、粉煤灰、河砂、沸石或活性炭等，且其粒径均为1～2mm；上述种植层中填充的介质为配方回填土，所述配方回填土按照体积比为40:40:15:5的比例，由砂壤土：河砂：堆肥物：自来水厂干污泥配制而成，或者所述配方回填土按照体积比为70:5:5:20的比例，由砂壤土、活性炭、常规的改性赤泥、堆肥物配制而成，其中，所述堆肥物可选用为常规的废弃农业秸秆堆肥物、常规的树枝树叶堆肥物或者常规的蘑菇厂丢弃的堆肥物。

作为进一步优化，呈锯齿结构的上述模块箱底面的齿牙坡度为30°～60°，齿峰间距为100m。

作为进一步优化，上述模块化绿色屋顶系统，还包括有PLC控制器；上述湿度传感器、上述潜水泵均分别与所述PLC控制器连接。通过设置该PLC控制器，使其作为数据采集客户端，可进一步实现整个系统的自动化控制。

为更进一步控制楼板载荷和模块箱的建造成本，上述模块箱的深度，优选设为350mm。

作为进一步优化，呈锯齿结构的上述模块箱底面，齿牙坡度选为45°。

作为进一步优化，上述蓄水池内还设置有高水位传感器和低水位传感器，且所述高水位传感器、所述低水位传感器均分别与上述PLC控制器连接；所述低水位传感器、所述高水位传感器均分别安装在所述蓄水池的侧壁上，且所述低水位传感器的安装高度为蓄水池高度的1/3，所述高水位传感器的安装高度为蓄水池高度的1/2。

为进一步保证模块箱的牢固性，并控制模块箱的安装数量和建造成本，上述模块箱的长度、宽度均控制在400mm～600mm。

作为进一步优化，上述模块箱的四个侧壁上均开设有窗体，窗体的宽度和深度分别为300mm、100mm，窗体的顶部低于模块箱的顶部50mm。

作为进一步优化，上述模块箱的顶部四周设有外延扣边，且外延扣边的宽度为50mm。增设的外延扣边使得相邻的模块箱，可以相互卡扣，进而使得模块箱的位置可相对固定。

作为进一步优化，上述蓄水池的容积按照每100平方米的绿色屋顶配备2立方米蓄水池的比例设置。

作为进一步优化，上述蓄水池还外接有进水管线，且进水管线上设有进水阀门；所述进水阀门与上述PLC控制器连通。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种模块化绿色屋顶系统，它通过设定若干个模块化的绿色屋顶模块箱结构，以及结合系统灌溉方法，实现了绿色屋顶的模块化建造，使其形成了一个集植物生态系统和微生物生态系统于一体的复合处理系统。该系统提高了降雨径流量的截留率和氮素磷素的去除效率，其平均降雨径流削减率达80%以上，氨氮去除率达100%，总磷去除率可达95%以上，有效提高了绿色屋顶的抗旱能力，降低了灌溉频率。同时，该系统将雨水收集和灌溉系统一体化设计，实现了雨水的资源化循环利用，免去了人工灌溉在管理和运行过程中的诸多不便，实现了绿色屋顶的自动运维；同时，模块化绿色屋顶系统中模块箱单体窗口的设计，实现了各个单体之间植物根系的交错生长、连点成面，克服了绿色屋顶单体抗旱能力弱、营养物质涵养能力差等方面的不足。

附图说明

图1为本发明实施例1中所述模块箱内部底面结构的俯视图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为图1的B-B剖面图。

图4为本发明实施例1中所述模块化绿色屋顶系统的结构示意图。

图中，1-模块箱；2-集水管；3-锯齿结构；4-穿孔管；5-排水立管；6-排水管；7-蓄水池；8-排水层；9-过滤层；10-种植层；11-阴极；12-阳极；13--湿度传感器；14-穿孔地埋灌溉管道；15-潜水泵；16-PLC控制器；17-高水位传感器；18-低水位传感器；19-窗体；20-外延扣边；21-进水阀门。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

模块化绿色屋顶系统的构建

（1）现场调研与图案设计

现场查看待绿化屋顶的位置和面积，根据现场要求，确定绿色屋顶的建造规模和摆放图案。根据建造地点的气候条件、周边环境特点，确定栽种植物的花期搭配、花色搭配方案，以及模块化绿色屋顶单体（即模块箱1）的摆放方案。

（2）模块化绿色屋顶单体的加工

按照现场调研情况，确定绿色屋顶单体加工数量，采用注塑成型模式一次性浇筑生产。如附图1-4所示，每个绿色屋顶单体（即模块箱1）为500mm×500mm×350mm（长×宽×深）的立体箱结构，在模块箱1的四个侧壁上均开设有100mm×300mm（深×宽）的窗体19，窗体19的顶部低于模块箱1的顶部50mm，窗体19左右两边分别距离模块箱1的侧边100mm；模块箱1内相对两侧面的底部侧边处分别设有集水管2；位于集水管2之间的模块箱1底面呈锯齿结构3，齿牙坡度为45°，齿峰间距为100m，且每个齿谷均分别安装有穿孔管4，共安装六根，每根穿孔管4的直径为15mm，长度为470mm，穿孔管4的两端分别与集水管2连通；集水管2的中间连接有竖直的排水立管5，该排水立管5的高度为100mm，排水立管5的上端与一端横向穿过模块箱1侧壁的排水管6连通，且排水管6的另一端连通到蓄水池7内；模块箱1的顶部四周设有互压式外延扣边20，且外延扣边20的宽度为50mm，且外延扣边20的外延部可选择为上向扣槽或者下向扣槽。

（3）模块化绿色屋顶单体的预组装

每个模块箱1单体的内部从下往上依次为：高度为50mm的排水层8，高度为50mm的过滤层9，高度为200mm的种植层10，高度为50mm的超高区（超高区是指模块箱内部高于种植层但低于模块箱顶部的部分）；排水层8中填充的介质可选用为建筑材料废弃物、火山岩、常规市售的改性赤泥焙烧颗粒、海绵铁、砾石、废弃水泥轻骨料或大颗粒炉渣等，且其粒径均为3～5mm，其中所述的建筑材料废弃物是指废弃的砖头瓦块、混凝土轻骨料等常规常见的废弃物料；过滤层9中填充的介质为炉渣、粉煤灰、河砂、沸石或活性炭等，且其粒径为1～2mm；种植层10中填充的介质为配方回填土，配方回填土按照体积比为40:40:15:5的比例，由砂壤土：河砂：堆肥物：自来水厂干污泥配制而成，或者配方回填土按照体积比为70:5:5:20的比例，由砂壤土、活性炭、常规的改性赤泥、堆肥物配制而成，其中，堆肥物可选用为常规的废弃农业秸秆堆肥物、常规的树枝树叶堆肥物或者常规的蘑菇厂丢弃的堆肥物；在排水层8和种植层10中分别埋设作为生物燃料电池的阴极11和阳极12，并通过导线将阴极11和阳极12连接起来；在每个模块箱1上栽种植物，每种植物的栽种数量根据图案设计情况确定，可供选种种植的植物有佛甲草、麦冬、芦荟、玉树等景观植物，但不限于上述植物，可根据植物的花期、花色、生长期等实际需要选种其他植物；种植层10中埋设有湿度传感器13和穿孔地埋灌溉管道14。

（4）模块化绿色屋顶现场安装

首先，现场平整。清除现场杂物，并进行坑洼填补找平。

其次，按照预定方案，将若干个绿色屋顶单体搬运至现场，相互卡扣连接即可。

（5）安装绿色屋顶径流收集回用系统

首先，将绿色屋顶构建区域进行围堰处理，以使得后续收集的雨水为经过绿色屋顶净化后的水。

其次，在围堰四周安装四个雨水排水管6，并把排水管6与蓄水池7相连，使得模块化绿色屋顶径流出水自流进入蓄水池7，蓄水池7的容积按照每100平方米的绿色屋顶配备2立方米蓄水池7的比例设置。蓄水池7可以砖砌/钢砼节奏建造，也可以用PVC板/不锈钢板等材质焊接建造。穿孔地埋灌溉管道14与设置于蓄水池7底部的潜水泵15连通；湿度传感器13、潜水泵15均分别与PLC控制器16连接；蓄水池7内还设置有高水位传感器17和低水位传感器18，且高水位传感器17、低水位传感器18均分别与PLC控制器16连接；低水位传感器18、高水位传感器17均分别安装在蓄水池7的侧壁上，且低水位传感器18的安装高度为蓄水池7高度的1/3，高水位传感器17的安装高度为蓄水池7高度的1/2；蓄水池7还外接有进水管线，且进水管线上设有进水阀门（电磁阀）21。

当蓄水池7内水位低于低水位时，启动电磁阀21，向蓄水池7内注入自来水，水位到达高水位时关闭电磁阀21，停止注水，这样既保证了绿色屋顶的灌溉用水需求，又使得蓄水池7留有降雨径流存储空间，满足了降雨径流存储需求。同时，蓄水池7内一侧上部安装有溢流口，当径流量过大时，可排出蓄水池7。湿度传感器13将监测数据反馈至PLC控制器16（数据采集客户端），当种植层10内的填充介质湿度小于30%时，自动启动潜水泵15进行地埋灌溉，当种植层10内的填充介质湿度达到60%时，停止灌溉。通过控制种植层10内的湿度保持在适宜的范围，进而使得植物能够更好地正常生长。

在具体使用中，经多次实践验证，本发明模块化绿色屋顶系统提高了降雨径流量的截留率和氮素磷素的去除效率，其平均降雨径流削减率达80%以上，氨氮去除率达100%，总磷去除率可达95%以上，有效提高了绿色屋顶的抗旱能力，降低了灌溉频率。

此外，模块化绿色屋顶也现实了绿色屋顶的预制式加工，例如可在厂房等异地环境进行每个模块箱单体的加工，并装填填料、种植植物，之后仅需要在屋顶现场按照设计方案摆放即可，减少了现场施工带来的诸多不便；同时，模块化绿色屋顶对于植物花期、花色的设计和选用更加灵活，可摆放成不同图案，也可以保证一年四季均有鲜花开放，提高了绿色屋顶的观赏性。同时，数据采集客户端采集的数据可以通过云传输，进入模块化绿色屋顶运维大数据云系统，在远程操控室即可观察到模块化绿色屋顶的运行状况，并进行远程运维。

Claims (9)

1.模块化绿色屋顶系统，其特征在于：包括有蓄水池（7）、湿度传感器（13），以及若干个模块箱（1）；所述模块箱（1）的深度为250mm～450mm；所述模块箱（1）内相对两侧面的底部侧边处分别设有集水管（2）；位于所述集水管（2）之间的所述模块箱（1）底面呈锯齿结构（3），且每个齿谷均安装有穿孔管（4），穿孔管（4）的两端与所述集水管（2）连通；所述集水管（2）的中间连接有竖直的排水立管（5），该排水立管（5）的高度为100mm，排水立管（5）的上端与一端横向穿过模块箱（1）侧壁的排水管（6）连通，且排水管（6）的另一端连通到所述蓄水池（7）内；所述模块箱（1）的内部从下往上依次为：高度为50mm的排水层（8），高度为50mm的过滤层（9），高度为100～300mm的种植层（10），高度为50mm的超高区；在所述排水层（8）和所述种植层（10）中分别埋设阴极（11）和阳极（12），并通过导线将阴极（11）和阳极（12）连接起来；所述种植层（10）中种植有景观植物；所述种植层（10）中埋设有所述湿度传感器（13）和穿孔地埋灌溉管道（14）；所述穿孔地埋灌溉管道（14）与设置于所述蓄水池（7）底部的潜水泵（15）连通。

2.如权利要求1所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：所述排水层（8）中填充的介质为建筑材料废弃物、火山岩、常规的改性赤泥焙烧颗粒、海绵铁、砾石、废弃水泥轻骨料或大颗粒炉渣，且其粒径均为3～5mm；所述过滤层（9）中填充的介质为炉渣、粉煤灰、河砂、沸石或活性炭，且其粒径均为1～2mm；所述种植层（10）中填充的介质为配方回填土，所述配方回填土按照体积比为40:40:15:5的比例，由砂壤土：河砂：堆肥物：自来水厂干污泥配制而成，或者所述配方回填土按照体积比为70:5:5:20的比例，由砂壤土、活性炭、常规的改性赤泥、堆肥物配制而成。

3.如权利要求1或2所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：呈锯齿结构（3）的所述模块箱（1）底面的齿牙坡度为30°～60°，齿峰间距为100m；所述模块箱（1）的深度为350mm。

4.如权利要求1或2所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：它还包括有PLC控制器（16）；所述湿度传感器（13）、所述潜水泵（15）均分别与所述PLC控制器（16）连接。

5.如权利要求4所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：所述蓄水池（7）内还设置有高水位传感器（17）和低水位传感器（18），且所述高水位传感器（17）、所述低水位传感器（18）均分别与所述PLC控制器（16）连接；所述低水位传感器（18）、所述高水位传感器（17）均分别安装在所述蓄水池（7）的侧壁上，且所述低水位传感器（18）的安装高度为蓄水池（7）高度的1/3，所述高水位传感器（17）的安装高度为蓄水池（7）高度的1/2。

6.如权利要求1-5任一所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：呈锯齿结构（3）的所述模块箱（1）底面的齿牙坡度为45°；所述模块箱（1）的长度、宽度均控制在400mm～600mm；所述模块箱（1）的四个侧壁上均开设有窗体（19），窗体（19）的宽度和深度分别为300mm、100mm，窗体（19）的顶部低于模块箱（1）的顶部50mm。

7.如权利要求1-6任一所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：所述模块箱（1）的顶部四周设有外延扣边（20），且外延扣边（20）的宽度为50mm；所述蓄水池（7）的容积按照每100平方米的绿色屋顶配备2立方米蓄水池（7）的比例设置。

8.如权利要求4所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：所述蓄水池（7）还外接有进水管线，且进水管线上设有进水阀门（21）；所述进水阀门（21）与所述PLC控制器（16）连通。

9.如权利要求5所述模块化绿色屋顶系统，其特征在于：所述蓄水池（7）还外接有进水管线，且进水管线上设有进水阀门（21）；所述进水阀门（21）与所述PLC控制器（16）连通。