CN109853875A - 一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法，该屋面系统包括结构层和设备单元；结构层由下至上包括阻根层(100)、滤水层(200)和种植层(300)；阻根层(100)用于抑制植物根系进入建筑结构，并起到防渗漏作用；滤水层(200)用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；种植层(300)用于支撑植物生长。设备单元包括灌溉防冻装置，使得在霜期低温度下能够实施自动灌溉。阻根层(100)上排布多个可以互连的种植排(400)，实施屋面系统模块化。本发明中屋面系统及构建方法，可有效解决霜期灌溉困难、水土流失、管道堵塞、植物管理成本高、以及修复困难等问题并产生积极效果，利于推广使用。

Description

一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法

技术领域

本发明属于屋顶绿化和装配式建筑技术领域，特别涉及一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法。

背景技术

中国的三分之二城市缺水，中国正试图通过建设大规模的引水设施，解决北方城市缺水难题，与此同时，城镇内涝等由积水而引起的灾害已成为困扰城镇的严重问题，并且由于城镇下垫面过硬，水泥铺设过多，改变了原有自然生态本底和水文特征，因此，增加绿地面积，减少地面径流量，改善水质等显得尤其重要。

在建筑屋面种植植物，已经作为绿化方式被应用。绿色屋面，是指以种植土种植植物的建筑屋面(包括屋顶、天台、阳台等)或地下建筑顶板。它具有既不占用土地资源，又可增加城市绿化面积、改善空气质量，美化城市景观，同时缓解城市热岛效应、冬季保暖夏季隔热、减小屋面所承受温度波动范围从而延长屋面寿命、降低室内空调能耗、减轻城镇排水系统和污水处理压力，使水在自然界更好的循环等诸多有点，已经成为了现代建筑发展的新方向，引起了国内外众多研究者的重视。

我国绿色屋面基本构造层次极多(如中国专利CN107630527A中绿色屋面)，据统计，绿色屋面由下至上可以依次包括：结构层、保温层、找坡层、找平层、防水层、耐根穿刺防水层、保护层、排水层、过滤层、种植土层。这种传统的绿色屋面不仅施工周期长，屋面负荷大，而且一旦发生渗漏，将导致无法查清渗漏点并难以维修，最终可能需要重新制作整个绿色屋面。

绿色屋面的技术包括以下要点：(1)选择高强度的防水材料作为防水层；(2)建立人工灌溉给水系统；(3)种植土层选择质轻、保水、疏水、保肥的基质；(4)在建筑上设置良好的排水系统；(5)选择依靠薄土层即可成活的植物。目前绿色屋面技术存在：(1)防水层质重，对屋顶存在比较大负荷；(2)霜期灌溉防冻装置需关闭，不能实施自动灌溉；(3)种植土保水、疏水、保肥能力差，且水土流失易造成排水系统堵塞；(4)植被建设一般采用铺设草皮或者移栽已经长成的植物，建造成本和成活管理费用高。普通的绿色屋顶技术对屋面损害较大、且植物生长条件相当恶略，如何实现绿色屋面的“瘦身”以及增强屋顶植物的生命力显得尤为重要。

同时，现有的绿色屋面技术普遍针对的是平顶屋面，而针对斜坡屋面的绿色屋面技术极少，然而斜坡屋面由于其美感设计或民俗影响，在国内并不少见。斜坡屋面相较于平顶屋面不仅存在上述问题外，还存在水土流失更为严重、更易造成排水系统堵塞、铺设及修复困难等问题。

基于上述状况，本发明提供了一种斜坡屋面的防冻模块化轻质绿色屋面系统及构建方法，以有效解决上述涉及的至少部分问题，以推动绿色屋面建设的发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法，通过采用灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够进行灌溉；设置特定结构层，解决了现有技术中绿色屋面构造层次极多，进而造成铺设复杂及屋面负重较大的问题；通过改良种植层，降低了水土流失以及易造成排水管路堵塞的风险；通过将植物以种子丸粒栽培，提高了成活率且降低了管理成本；通过排布能够互连的种植排，实现了屋面系统的模块化建设，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

(1)一种防冻绿色斜坡屋面系统，其特征在于，该屋面系统包括结构层以及设备单元；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够实施自动灌溉。

(2)一种防冻绿色斜坡屋面系统构建方法，该构建方法用于构建上述(1)中屋面系统，该屋面系统包括结构层和设备单元；

其中，结构层由下至上包括阻根层100、滤水层200和种植层300；

所述阻根层100用于抑制植物根系进入建筑结构，并起到防渗漏作用；

所述滤水层200用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；

所述种植层300用于支撑植物生长；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够进行灌溉。

根据本发明提供的一种防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统及构建方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中屋面系统针对斜坡屋面设计，填补了我国在绿色斜坡屋面建设方面的空白；

(2)本发明中，灌溉防冻装置的加入，避免了霜期或低温条件下无法自动灌溉的难题，使得在冬季，屋面系统同样起到绿化的作用；

(3)本发明中，将储水装置和传热介质供给容器合二为一，非霜期期间行使储水功能，霜期期间行使储水和储存传热介质的功能，解决了占地问题；

(4)本发明中，储水装置采用太阳能和电能协同供热，避开了用电高峰期，使得供热能够稳定高效进行；

(5)通过本发明中屋面系统公开的结构层，即可实现绿色屋面结构层的构建，解决了现有技术中绿色屋面构造层次极多，进而造成铺设复杂及屋面负重较大的问题；

(6)本发明中屋面系统的滤水层包括活性炭和特定的矿石颗粒，在起到过滤作用的同时，兼具灌溉水除杂和保水功能，利于灌溉水的循环使用和对植物的有效供水；

(7)本发明中屋面系统的种植层采用不易流失且兼具透气性强和保水能力的生长介质，解决了水土流失严重、以及土壤易堵塞排水管道的弊端；

(8)本发明中将植物以种子丸粒形式进行栽种，种子体积增大，提高了播种的均匀性，使其不易被水流带走且适合播种，丸粒中存在缓释性的为种子萌发所需要的营养成分，能够在陶粒等肥力较低的基质中生长；种子丸粒的使用利于解决水土流失严重、土壤易堵塞排水管道，以及直接移栽已经成型的植物不利于植物扎根成活且管理成本高的问题；

(9)本发明中种植排的使用，实现了屋面系统的模块化建设，解决了屋面损伤如渗漏点不易查清且维修困难的问题。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的防冻模块化轻质绿色斜坡屋面系统的结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式的种植排的结构示意图；

图3示出本发明一种优选实施方式的带有凹部的种植排的结构示意图。

附图标号说明：

100-阻根层；

200-滤水层；

300-种植层；

400-种植排；

410-支撑柱；

420-中层网板；

430-底板；

440-中层挡件；

450-底部挡件；

460-连接件；

510-供水管；

520-滴灌管；

530-防冻管；

600-集水管；

710-壳体；

720-太阳能集热器；

730-导热介质箱；

740-热交换器；

750-蓄电池；

760-外部电源；

770-电加热器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明一方面的目的在于，提供了一种防冻绿色斜坡屋面系统，如图1所示，该屋面系统包括结构层以及设备单元；

其中，屋面系统的结构层由下至上包括阻根层100、滤水层200和种植层300；其中，

所述阻根层100为防水、耐水、耐腐蚀、耐霉烂的材料制成，用于抑制植物根系进入建筑结构，造成建筑物损坏，并起到防渗漏作用；

所述滤水层200用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；

所述种植层300用于支撑植物生长，为屋面营造绿色环境；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够实施自动灌溉。

在本发明中，所述设备单元除包括灌溉防冻装置外，还包括排水装置和储水装置。灌溉防冻装置和排水装置通过供水管510和排水管连通储水装置。

在一种优选的实施方式中，所述灌溉防冻装置包括供水管510、排布在屋面的多条滴灌管520和防冻管530，供水管510将灌溉水由储水装置输送给滴灌管520，由滴灌管520为植物供水，防冻管530位于滤水层200高度区间中，其中通有传热介质，用于向屋面系统传热，使得霜期或低温下屋面系统温度不易使灌溉水冻结。

在进一步优选的实施方式中，滴灌管520位于种植层300高度区间中或高于种植层300，安装高度高于防冻管530，管径上分布有0.2cm～0.5cm的滴灌口。

在一种优选的实施方式中，所述排水装置包括设置于屋面边缘(低地势)处的集水管600，所述集水管600与屋面系统下部建筑固接，为弧面背向屋面的半封闭管。集水管600汇集屋面高地势处流下的灌溉水或降水，并通过排水管汇入储水装置中。

由于本发明是针对斜坡屋面进行的绿色改造，在斜坡屋面上设置储水装置不便，一般将储水装置设置于地面上或其他平台结构上，优选设置在靠近斜坡屋面的平台处。

在本发明中，屋面系统上形成的管网包括滴灌管520和防冻管530，理论上需要储水装置和传热介质供给容器，但是，这存在占地面积大、设备控制复杂的问题。为此，本发明人将储水装置和传热介质供给容器合二为一，即储水装置非霜期期间行使储水功能，在霜期期间行使储水和储存传热介质的功能，灌溉水和传热介质均为经过加热后的设定温度的水，灌溉水通过集水管600回收，传热介质可以通过集水管600回收。

为此，本发明人经过研究，设计了一种新型储水装置，所述储水装置包括密闭的壳体710、太阳能集热器720、导热介质箱730、热交换器740、蓄电池750、外部电源760、电加热器770和控温系统，其中，

密闭的壳体710内部储存灌溉水；

热交换器740伸入壳体710内部，通过其中流通的导热介质与灌溉水发生热交换提高水温；导热介质可以为导热油等；

导热介质箱730位于壳体710外部，用于储存通入热交换器740中的导热介质；优选其为隔热、耐高温材料制成；

太阳能集热器720位于壳体710外部，吸收太阳热能为导热介质箱730中的导热介质提供热量，多余的能量转化为电能储存于蓄电池750中；其中，太阳能集热器720可以为本领域中常规的太阳能集热器，如光伏集热器等；

外部电源760和电加热器770连通，用于在太阳能集热器720无法提供有效热源的情况下(如夜间)，通过电加热器770对导热介质供热；

蓄电池750和电加热器770连通，用于在太阳能集热器720无法提供有效热源、或者外部电源760无法供电的情况下，作为备用电源驱动电加热器770对导热介质供热；

电加热器770伸入导热介质箱730中，利用电能为导热介质加热；

控温系统对壳体710内灌溉水进行温度监测，通过判断壳体710内水温与设定温度的高低，控制太阳能集热器720、蓄电池750和外部电源760对导热介质的供热。

本发明中，太阳能加热和电力加热两者有机结合，白天太阳能加热，夜间蓄电池或城镇电力系统供电，由于晚间处于用电低谷，解决了为屋面系统供热导致城镇用电压力的问题。

在一种优选的实施方式中，灌溉防冻装置和排水装置中的管路为PVC管。进一步地，传输传热介质的管路，如防冻管530、供水管510外围包覆隔热材料，如聚氨酯泡沫等。

在一种优选的实施方式中，储水装置的壳体710包括内壁和外壳，形成夹层，夹层中通有保温介质。

进一步地，所述保温介质为长链醇，如C₁₀-C₁₈醇，优选为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇。长链醇具有较大的相变潜热，对金属容器无腐蚀作用，利于维持储水装置中水温稳定以及避免散热，降低能耗的特点。以十四醇为例，其在常温常压的条件下为液态，相对于水的密度为0.82，因此其有常温常压环境中使用具有质轻、安全可靠的优点；一方面，十四醇的相变点为38℃，相变热为209.1J/g；无过冷现象，能够稳定的实现相变储热作用；另一方面，其化学性质稳定，常温常压下不与其它物质发生化学反应，因此不易腐蚀存储容器。

在本发明中，在非霜期或灌溉水不易冻结时期，储水装置提供不经加热的灌溉水；在霜期或灌溉水易冻结时期，储水装置为滴灌管520提供经加热的灌溉水并为防冻管530提供传热介质。

在一种优选的实施方式中，霜期或灌溉水易冻结时期，灌溉水和防冻管530中传热介质的温度介于15℃～30℃之间。

在本发明中，所述阻根层100为表面喷涂有铜涂层的高分子聚合材料(如表面喷涂有铜涂层的PET自粘防水卷材)、金属板材、混凝土加强层或上述材料的组合，优选为表面喷涂有铜涂层的PET材料。

金属板材和混凝土加强层通过致密的结构阻止根系的延伸；高分子聚合材料具有质轻、易于铺设等优点，其表面具有铜涂层，对植物根系的延伸具有抑制作用，使根系在阻根层100上方横向蔓延，在不破坏建筑层的同时利于根系之间形成网络结构，起到防风、固结种植层300的作用；进一步地，铜离子具有抑酶作用而能够杀死病菌，可用于防治多种真菌性病害和细菌性病害，利于植物根系健康。

在一种优选的实施方式中，当采用表面喷涂有铜涂层的PET材料作为阻根层100时，PET材料厚度为1.0～2.5cm，表面电阻介于0.01～0.10欧姆。

在本发明中，所述滤水层200包括活性炭和矿石颗粒如天然沸石、砾石、火山石、鹅卵石、膨润土，优选为活性炭、天然沸石和膨润土组合使用。

在一种优选的实施方式中，活性炭、沸石和膨润土的混合体积比为1:(4～8):(0.5～1)，优选为1:(6～8):(0.5)，更优选为1:8:0.5。

在一种优选的实施方式中，活性炭、天然沸石和膨润土的粒径为0.05cm～1.5cm，优选为0.2cm～1.0cm。

在一种优选的实施方式中，所述滤水层200的厚度为2.0cm～5.0cm，优选为2.0cm～3.0cm。

本发明中，如上所述，滤水层200用于对灌溉水进行过滤，滤除灌溉水中的颗粒物，以起到避免水土流失以及降低排水管路堵塞风险的作用。活性炭颗粒和碎石颗粒通过堆积，形成细小孔隙仅允许水流通过而阻碍颗粒物，起到滤水层200作用。

沸石是自然界中广泛存在的铝硅酸盐矿物，主要由三维硅氧及铝氧骨架组成，沸石晶体内部有很多大小均一的孔穴和通道，其体积可占沸石晶体体积的50％以上，由于其独特的结构，使得其表面积巨大(400～800m²/g)而具有吸附、离子交换等特点。

为了降低天然沸石孔道易被堵塞、相互连通程度差，进而降低吸附能力的问题，本发明中沸石优选为经高温焙烧活化后的改性沸石；具体地，将天然沸石于400～550℃下焙烧90min～120min，得到改性后沸石。焙烧温度低于400℃，不能有效使天然沸石中的结构水逸出以及去除有机物杂质，增加沸石表面积和空穴连通性；焙烧温度高于550℃，会造成沸石结构的破坏。

膨润土是自然界分布最广泛的黏土矿产资源之一，其主要组分蒙脱石为典型的叠层状铝硅酸盐矿物，对水体中有毒重金属元素和有机污染物有较好的吸附能力。同时，值得注意的是，由于蒙脱石具有较高的吸水膨胀能力，其吸收水分后体积可以膨胀并超过原体积的几倍，这样，过滤时由于蒙脱石体积膨胀，颗粒间的缝隙进一步降低，提高了过滤强度；并且蒙脱石的这种性质使得其具有较高的保水能力，为灌溉后植物提供较为长期的补水功能。优选地，本发明中膨润土中蒙脱石的体积含量不低于40％。

活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，它包括许多种具有吸附能力的碳基物质，能够将多种化学物质吸附在其表面上，对色、嗅、味及其他有机物有良好的去除率；且其可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，具有较高的保水能力，保证了其作为滤水层的能力。

优选地，在滤水层200中投放(兼性)聚磷菌、反硝化细菌(厌氧)和硝化细菌(好氧)，活性炭、沸石和膨润土的孔隙结构，特别是活性炭的孔隙结构，提供了有氧和缺氧可以共存的环境，利于细菌微生物在此区域的较长时间滞留，便于微生物的挂膜生长。

沸石、膨润土和活性炭均具有多孔结构，利用其自身的性质起到天然的过滤作用，且由于三者兼具灌溉水除杂功能，共同使用起到协同增效的作用。该层的除杂功能具有实际应用性，因为城市中灌溉用水一般为经过初级处理后不能饮用的水，如中水，灌溉后中水回用，不论是排出灌溉体系用于后续水处理(降低后处理难度)还是继续用于灌溉(降低绿色屋顶产生异味的可能性)，均具有有效意义。

活性炭、沸石和膨润土的混合体积比为特定选择。活性炭的比例增加，则对杂质的吸附作用增强明显，且利于微生物生存，但活性炭质轻，且无吸水膨胀功能，滤水稳定性有所降低；沸石的比例增加，利于滤水层200的滤水稳定性，但不利于维持保水能力和微生物适应性；膨润土比例的增加，保水能力和过滤性能增强，但由于其承压能力和维持微生物的能力不足，不能保证该层的稳定性。

在本发明中，为解决本发明中水土流失严重，以及易堵塞排水管道的弊端，所述种植层300中用于支撑植物生长的基质为黄豆粒大小的颗粒状陶粒、火山石、砂石、吸水树脂等的一种或其组合，而并非土壤。其中，陶粒是一种人造轻集料，外壳坚硬，表面有一层釉层，内部具有多微孔的陶质粒状物，其以粘土材料(如高岭土)烧制而成，无毒、无味、耐腐蚀，并具有极好的保水性，且对微生物的附着生长十分有利。

在一种优选的实施方式中，所述种植层300的厚度为3.0cm～6.0cm，优选为4.0cm～5.0cm。

在本发明中，由于本发明中种植层300摒弃了土壤作为植物的生长介质，而采用陶粒等，虽然解决了水土流失严重、以及土壤易堵塞排水管道的弊端，但同时也产生了基质肥力有所下降、灌溉带有营养液的水成本高、直接移栽已经成型的植物不仅不利于植物扎根成活、而且管理成本增加、采用植物种子直接栽种成活率低等的问题。

本发明人经过研究和大量试验，将种子制成种子丸粒，增大了体积，能够提高播种的均匀性，使其不易被水流带走且适合播种，丸粒中存在缓释性的为种子萌发所需要的营养成分，能够在陶粒等肥力较低的基质中生长。

本发明中，所述种子丸粒由包括以下重量配比的组分制成：

种子 0.1重量份；

活性成分 0.04～0.06重量份，优选为0.05重量份；

惰性物 0.8～1.2重量份，优选为1.0重量份；

粘化物 0.04～0.1重量份，优选为0.08重量份。

在一种优选的实施方式中，所述种子为菖蒲种子、千屈菜种子、珍珠菜种子、水薄荷种子、马蹄草种子等水生植物种子中的一种或多种，或者黑麦草、紫花苜蓿、狗尾草等非水生植物种子中的一种或多种。本发明中不限于上述植物种子，但其为较优选择。

在进一步优选的实施方式中，所述种子为包膜种子；优选地，包膜种子的制备步骤包括：

在淀粉中加入温度为85℃～95℃的水，持续搅拌，得到淀粉质量浓度为4％～6％的淀粉溶液；

将种子与重量为其4～5倍的所述淀粉溶液混匀，阴干后得到初包膜种子；

将所述初包膜种子加入至重量为初包膜种子2～3倍，且由蛭石粉和腐植酸以(2～3)：1质量比组成的混合物中，搅拌混匀后阴干，得到包膜种子。

利用上述方法制成的包膜种子，搭配活性成分、惰性物和粘化物，可以促使种子快速萌发发芽，且还赋予种子多种抗性，保证种子具有良好的生长态势。

在一种优选的实施方式中，所述活性成分包括吸水剂和杀菌剂。

其中，所述吸水剂选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或淀粉接枝丙烯酸盐中的一种或多种，添加的保水剂能吸收且能保持自身重量百倍甚至上千倍的水，从而有效增加种子丸粒重量，同时快速维持种子与水分接触，提高种子萌发和出苗效率。

所述杀菌剂选自戊唑醇、己唑醇、苯醚甲环唑、丙环唑或三唑酮中的一种或多种。

在进一步优选的实施方式中，所述吸水剂和杀菌剂的重量比为0.5：(0.0005～0.0015)。

在一种优选的实施方式中，所述惰性物包括矿物粉和养护剂，所述矿物粉选自硅藻土、高岭土、沸石粉、煤灰渣等的一种或多种，所述养护剂包括含腐殖质土壤、黄腐酸浓缩液和微生物菌液，优选地，矿物粉与养护剂中的含腐殖质土壤、黄腐酸浓缩液和微生物菌液的配比为250：(40～70)：(8～24)：(20～30)。

所述微生物菌液为将放线菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、硫酸盐还原菌中的一种或多种培养发酵后的菌液。微生物菌液与有机生物肥料以及腐植酸作用后，会产生一系列代谢产物，通过对空间和营养的竞争及产生多种抑菌抗虫类物质，起到防病抗虫的目的。另外，还可刺激作物生长发育，提高作物抗逆性，促进种子萌发、根系生长发育。

上述组份按照既定的配伍关系配比后即可形成非常利于植物生长的环境；且该环境也非常利于微生物快速生长代谢(黄腐酸浓缩液、腐殖质起到主要效果)；黄腐酸浓缩液和腐殖质共同作用，可用于改善种子表面微环境；促使种子萌发和种子内部的物质和能量的转化，从而使种子表现出提前发芽以及发芽率和发芽势的提高；同时，还能抑制有害真菌的生长，且供给苗期生长所需养分，促进苗期根系发育生长；作用温和，可生物降解。

在一种优选的实施方式中，所述粘化物包括聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、淀粉、凹凸棒矿石或红粘土中的一种或多种。在本发明中，所述粘化物具有优良的水溶性，且对种子萌发无副作用，在制作种子丸粒的过程中添加粘化物能够有效提高种子丸粒的抗压强度，减少破碎率。

在一种优选的实施方式中，种子丸粒的制备步骤包括：

步骤1)，准备丸粒化制剂；

步骤2)，将种子与丸粒化制剂混合，制备得到种子丸粒。

本发明步骤1)中，丸粒化制剂包括惰性物、粘化物和活性成分；其中，制备种子丸粒时，所述活性成分以溶液喷雾的形式施加，制备步骤为：按重量比例分别称量活性成分中的保水剂和杀菌剂，并依次溶解，制得活性成分的溶液，将其置于喷雾装置中备用。

步骤2)包括以下子步骤：

步骤2.1)，称量种子、惰性物和粘化物，混匀后加入丸粒化装置的盛料器；

步骤2.2)，雾化活性成分，然后进行丸粒化。

在本发明中，优选将活性成分装入喷雾设备，待开启丸粒化装置后，将活性成分溶液雾化，均匀喷洒至种子上。

在一种优选的实施方式，所述丸粒化机丸粒化的转速为50～80转/分，丸粒化时间为15min。

步骤2.3)，将丸粒化得到的丸粒进行造型、干燥。

种子丸粒可以为球状或压制为扁平状。

在一种优选的实施方式，所述干燥的温度为35～40℃，干燥后丸粒的含水量在12％以下，在此含水量下种子易于保藏，不易腐坏、变质。

在本发明中，为解决施工周期长，屋面负荷大，而且一旦发生渗漏，将导致无法查清渗漏点并难以维修，最终可能需要重新制作整个绿色屋面系统的问题，本发明人进行了大量研究，通过在阻根层100上固定多个可以互连的种植排400，将滤水层200和种植层300铺设于种植排400中，提供了一种模块化绿色屋顶构建方式。

在本发明中，如图2所示，所述种植排400为两层的矩形框体结构，包括四个支撑柱410、以及分别固定于支撑柱410长度区间内和底端的中层网板420和无孔的底板430，中层网板420四周围有中层挡件440，底板430四周围有底部挡件450；

其中，滤水层200铺设于底板430上，种植层300铺设于中层网板420上。

在一种优选的实施方式中，中层网板420四周的中层挡件440为带孔护板或护网；其中，带孔护板变形性较差，护网包括柔性护网和固性护网，柔性护网具有较强的变形性，固性护网变形性较差。中层网板420及中层挡件440均为带孔的板材，便于灌溉水的流出、植物根系的延伸以及含氧空气的流通。

在一种优选的实施方式中，底板430四周的底部挡件450为无孔的护板，其中，无孔的护板变形性较差。底板430及底部挡件450的非透水性，使得灌溉水能够长期滞留，可以在较长时间内为植物提供充足的水分。

在进一步优选的实施方式中，底板430四周的底部挡件450为无孔的护板，挡件高度不接触中层网板420，即不足以对下层形成完全封闭。底板430四周挡件高度的设置能够留存适量灌溉水以供植物所需，且便于过量灌溉水向屋面边缘(低地势)处流动，进行灌溉水回收。

在更进一步优选的实施方式中，底板430四周底部挡件450高度接触中层网板420，底部挡件450的上部分为带孔护板或护网，下部分为无孔的护板。如此设计的底部挡件450既具有满足不对下层形成完全封闭所带来的优点，而且在保证滤水层200中填料的装填稳定性的前提下，有效降低了种植排400的高度。

在一种优选的实施方式中，种植排400可以为金属材料制成，或者为耐腐蚀、耐老化的树脂材料，如环氧树脂或聚丙烯树脂等。

当种植排400为树脂材料，种植排400可以选择为一体成型制成。该一体式种植排400具有使用方便的特点。

当种植排400为树脂材料时，优选支撑柱410、中层网板420、底板—底部挡板的一体化组合模块、以及中层挡件440分别单独加工而成，中层网板420的四角上设有允许支撑柱410插入的圆孔，底板—底部挡板的一体化组合模块四角上设有允许支撑柱410插入的空心柱，通过在支撑柱410上中层网板420和底板430下方固定卡扣或挡件对中层网板420和底板430进行限位。这种组合式种植排400具有层间高度可调、滤水层200铺设方便、利于运输等特点。

在本发明一种优选的实施方式中，由于为避免霜期灌溉问题，在滤水层200高度区间中设立了防冻管530，且滴灌管520位于种植层300高度区间中或高于种植层300，安装高度高于防冻管530，为利于管路的铺设，本发明人将种植排400与管路在结构上进行了结合。

具体地，管路铺设轨迹上的支撑柱410、中层挡件440和/或底部挡件450上具有对应于管路铺设高度的凹部。如在滴灌管520铺设轨迹上，当滴灌管520位于种植层300高度区间中，中层挡件440为柔性护网，在支撑柱410上具有可容纳滴灌管520的凹部；中层挡件440为带孔护板或固性护网，支撑柱410和中层挡件440上具有可供容纳滴灌管520的凹部。当滴灌管520高于种植层300，在支撑柱410上具有可容纳滴灌管520的凹部。

如在防冻管530的铺设轨迹上，当防冻管530位于底部挡件450高度区间中，支撑柱410和底部挡件450上具有可供容纳防冻管530的凹部；如图3所示，当防冻管530高度高于底部挡件450，支撑柱410上具有可供容纳防冻管530的凹部。如在滴灌管520和防冻管530的铺设轨迹上，支撑柱410、底部挡件450或中层挡件440上具有对应于管路铺设高度的共两层凹部。

在本发明中，种植排400之前通过连接件460进行可拆卸性连接，如通过金属丝进行种植排400之间的铰接。

在一种优选的实施方式中，支撑柱410上套设有一个或多个连接件460，连接件460末端形成半圆环状，用于勾连相邻的种植排400。

在本发明中，种植排400的大小不受限制，其可根据屋面大小以及设计的种植排400排布规律进行调整。同时，本领域的技术人员应该知道，种植排400的形状可为其他形状，如梯形、六边形、圆形、不规则形等，此时支撑柱410的安装位置需要进行相应调整，以满足支撑种植排400以及种植排400间相互连接的要求。

本发明另一方面的目的在于，提供一种防冻绿色斜坡屋面系统的构建方法，用于构建上述屋面系统，该构建方法包括铺设屋面系统的结构层，以及构建屋面系统的设备单元；

其中，屋面系统的结构层由下至上包括阻根层100、滤水层200和种植层300；其中，

所述阻根层100为防水、耐水、耐腐蚀、耐霉烂的材料制成，用于抑制植物根系进入建筑结构，造成建筑物损坏，并起到防渗漏作用；

所述滤水层200用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；

所述种植层300用于支撑植物生长，为屋面营造绿色环境；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够进行灌溉。

在一种优选的实施方式中，所述阻根层100为表面喷涂有铜涂层的高分子聚合材料(如表面喷涂有铜涂层的PET自粘防水卷材)、金属板材、混凝土加强层或上述材料的组合，优选为表面喷涂有铜涂层的PET材料。

在一种优选的实施方式中，所述滤水层200包括活性炭和矿石颗粒如天然沸石、砾石、火山石、鹅卵石、膨润土，优选为活性炭、天然沸石和膨润土组合使用。

优选地，活性炭、沸石和膨润土的混合体积比为1:(4～8):(0.5～1)，优选为1:(6～8):(0.5)，更优选为1:8:0.5。

优选地，活性炭、天然沸石和膨润土的粒径为0.05cm～1.5cm，优选为0.2cm～1.0cm。

优选地，所述滤水层200的厚度为2.0cm～5.0cm，优选为2.0cm～3.0cm。

在一种优选的实施方式中，所述种植层300中用于支撑植物生长的基质为黄豆粒大小的颗粒状陶粒、火山石、砂石、吸水树脂等的一种或其组合，而并非土壤。

优选地，所述种植层300中基质的粒径为3.0cm～6.0cm，优选为4.0cm～5.0cm。

在一种优选的实施方式中，将种子制成种子丸粒，以适应种植层300基质且促进植物扎根生长。

在一种优选的实施方式中，为实现模块化绿色屋面，在阻根层100上固定多个可以互连的种植排400。如图2所示，所述种植排400为两层的矩形框体结构，包括四个支撑柱410、以及分别固定于支撑柱410长度区间内和底端的中层网板420和无孔的底板430，中层网板420四周围有中层挡件440，底板430四周围有底部挡件450；

其中，滤水层200铺设于底板430上，种植层300铺设于中层网板420上。

在本发明中，种植排400之前通过连接件460进行可拆卸性连接，如通过金属丝进行种植排400之间的铰接。优选地，支撑柱410上套设有一个或多个连接件460，连接件460末端形成半圆环状，用于勾连相邻的种植排400。

在本发明中，所述设备单元除包括灌溉防冻装置外，还包括排水装置和储水装置。灌溉防冻装置和排水装置分别通过供水管510和排水管连通储水装置。

在一种优选的实施方式中，所述灌溉防冻装置包括供水管510、排布在屋面的多条滴灌管520和防冻管530，供水管510将灌溉水由储水装置输送至滴灌管520，由滴灌管520为植物供水，防冻管530铺设于滤水层200中，其中通有传热介质，用于向屋面系统传热，避免霜期或低温下灌溉水冻结无法正常灌溉。

在进一步优选的实施方式中，滴灌管520位于种植层300高度区间或高于种植层300，安装高度高于防冻管530，管径上分布有0.2cm～0.5cm的滴灌口。

在一种优选的实施方式中，所述排水装置包括设置于屋面边缘(低地势)处的集水管600，所述集水管600与屋面系统下部建筑固接，为弧面背向屋面的半封闭管。集水管600汇集屋面高地势处流下的灌溉水或降水，将其通过排水管路汇入储水装置中。

由于本发明是针对斜坡屋面进行的绿色改造，在斜坡屋面上设置储水装置不便，一般将储水装置设置于地面上或其他平台结构上，优选设置在靠近斜坡屋面的平台处。

在本发明中，屋面系统上形成的管网包括滴灌管520和防冻管530，理论上需要储水装置和传热介质供给容器，但是，这存在占地面积大、设备控制复杂的问题。为此，本发明人将储水装置和传热介质供给容器合二为一，即储水装置非霜期期间行使储水功能，在霜期期间行使储水和储存传热介质的功能，灌溉水和传热介质均为经过加热后的设定温度的水，灌溉水通过集水管600回收，传热介质可以通过集水管600回收。

为此，本发明人经过研究，设计了一种新型储水装置，所述储水装置包括密闭的壳体710、太阳能集热器720、导热介质箱730、热交换器740、蓄电池750、外部电源760、电加热器770和控温系统，其中，

密闭的壳体710内部储存灌溉水；

热交换器740伸入壳体710内部，通过其中流通的导热介质与灌溉水发生热交换提高水温；

导热介质箱730位于壳体710外部，用于储存通入热交换器740中的导热介质；优选其为隔热、耐高温材料制成；

太阳能集热器720位于壳体710外部，吸收太阳热能为导热介质箱730中的导热介质提供热量，多余的能量转化为电能储存于蓄电池750中；其中，太阳能集热器720可以为本领域中常规的太阳能集热器，如光伏集热器等；

外部电源760和电加热器770连通，用于在太阳能集热器720无法提供有效热源的情况下(如夜间)，通过电加热器770对导热介质供热；

蓄电池750和电加热器770连通，用于在太阳能集热器720无法提供有效热源、或者外部电源760无法供电的情况下，作为备用电源驱动电加热器770对导热介质供热；

电加热器770伸入导热介质箱730中，利用电能为导热介质加热；

控温系统对壳体710内灌溉水进行温度监测，通过判断壳体710内水温与设定温度的高低，控制太阳能集热器720、蓄电池750和外部电源760对导热介质的供热。

在一种优选的实施方式中，储水装置的壳体710包括内壁和外壳，形成夹层，夹层中通有保温介质。

进一步地，所述保温介质为长链醇，如C₁₀-C₁₈醇，优选为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇。

在本发明中，在非霜期或灌溉水不易冻结时期，出水装置提供不经加热的灌溉水；在霜期或灌溉水易冻结时期，出水装置提供经加热的灌溉水并为防冻管530提供传热介质，即设定温度的水。

在一种优选的实施方式中，霜期或灌溉水易冻结时期，灌溉水和防冻管530中传热介质的温度介于15℃～30℃之间。

在本发明一种优选的实施方式中，如图3所示，由于为避免霜期灌溉问题，在滤水层200中设立了防冻管530，且滴灌管520位于种植层300高度区间中或高于种植层300，安装高度高于防冻管530，为利于管路的铺设，本发明人将种植排400与管路在结构上进行了结合。具体地，管路铺设轨迹上的支撑柱410、中层挡件440和/或底部挡件450上具有对应于管路铺设高度的凹部。

种植排400与管路在结构上结合的可行性，是建立在种植排400的模块化上的，管道铺设的便利性进一步体现了模块化屋面系统的优势。

实施例

实施例1

一种绿色斜坡屋面系统及其构建方法，对民居房顶构建如图1所示的屋面系统。在屋顶上铺设表面喷涂有铜涂层的PET自粘防水卷材(厚度为2.0cm，表面电阻0.05Ω)，卷材与屋顶紧密连接；在防水卷材上排布种植排400，所述种植排400为两层的矩形框体结构，包括四个支撑柱410、以及分别固定于支撑柱410长度区间内和底端的中层网板420和无孔的底板430；中层网板420四周围有护网，底板430四周围有底部挡件450，底部挡件450高度接触中层网板420，上部分为带孔护板或护网，下部分为无孔的护板。滤水层200铺设于底板430上，种植层300铺设于中层网板420上。

种植排400在现场就地安装。种植排400为环氧树脂材料，支撑柱410、中层网板420、底板—底部挡板、以及护网均单独加工而成，中层网板420的四角上设有允许支撑柱410插入的圆孔，底板—底部挡板四角上设有允许支撑柱410插入的空心柱，通过将卡扣扣设于中层网板420和底板430下方的支撑柱410上对中层网板420和底板430进行限位。种植排400上层高度为5.0cm，下层高度为3.0cm，上层通过护网覆盖。种植排400之间通过连接件挂接。

滤水层200由体积比为1:8:0.5且粒径为0.05cm～1.5cm的活性炭、沸石和膨润土构成，滤水层200的厚度约为3.0cm。其中，沸石为550℃下焙烧90min后得到改性后沸石。种植层300的基质为黄豆粒大小的颗粒状陶粒，厚度约为4.0cm，种植层中栽种黑麦草种子丸粒。

滴灌管520位于种植层300高度区间中，中层挡件440为柔性护网，在支撑柱410上具有可容纳滴灌管520的凹部；防冻管530位于滤水层200高度区间中，防冻管530高度高于底部挡件450，支撑柱410上具有可容纳滴灌管520的凹部。

储水装置包括密闭的壳体710、太阳能集热器720、导热介质箱730、热交换器740、蓄电池750、外部电源760、电加热器770和控温系统。白天太阳能集热器720作为能源设备，夜间蓄电池或城镇电力系统作为能源设备。壳体710经出水口通过供水管510向滴灌管520和防冻管530供水，灌溉水通过排水管经进水口回流入壳体710中。

滴灌管520和防冻管530将灌溉水输送至屋面各处，由滴灌管520为植物供水，防冻管530供暖。屋面边缘(低地势)处构建与屋面系统下部建筑固接的集水管600，其为弧面背向屋面的半封闭管，汇集屋面高地势处流下的灌溉水或降水。

黑麦草种子丸粒的播种季节为11月初，灌溉水和传热介质温度维持在15℃～25℃，在12月中旬，黑麦草可成功覆盖屋面。

实施例2

一种绿色斜坡屋面系统的构建方法，用于构建如图1所示的屋面系统。该屋面系统与实施例1中相同，区别仅在于，向滤水层200中投放约1×10⁸CFU/g聚磷菌、1×10⁸CFU/g反硝化细菌和1×10⁸CFU/g硝化细菌。

实施例3

一种绿色斜坡屋面系统的构建方法，用于构建如图1所示的屋面系统。该屋面系统与实施例1中相同，区别仅在于，滤水层仅由沸石构成。

实施例4

一种绿色斜坡屋面系统的构建方法，用于构建如图1所示的屋面系统。该屋面系统与实施例1中相同，区别仅在于，滤水层仅由沸石和膨润土构成，体积比为8:0.5。

实施例5

种子丸粒配比：

其中，惰性物具体成分为：

硅藻土 0.75Kg

含腐殖质土壤 0.15Kg

黄腐酸浓缩液(山东汉高生物) 0.04Kg

微生物菌液(潍坊奥丰，EM复合微生物菌剂) 0.06Kg

种子丸粒的制备：

将硅藻土和含腐殖质土壤(惰性物)晒干粉碎，然后过60目筛，将红粘土(粘化物)晒干粉碎，然后过60目筛。

依次称取0.10Kg黑麦草种子、0.75Kg硅藻土、0.15Kg含腐殖质土壤和0.08Kg红粘土。

取50.1g活性成分(聚丙烯酸钠+戊唑醇)，溶解于100mL丙酮中，然后置于丸粒化机喷雾装置的液体箱内，开启丸粒化机，调节转速至60转/分，丸粒化15min，使黑麦草种子丸粒化。在40℃下干燥至含水量至12％以下。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为99％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为97％。

实施例6

种子丸粒的制备方法与实施例5相同，区别仅在于，黑麦草种子为黑麦草包膜种子，包膜种子的制备步骤为：

在25g淀粉中加入475g温度为85℃的水，持续搅拌，得到0.50Kg淀粉质量浓度为5％的淀粉溶液；

将0.10Kg种子与重量为其5倍的所述淀粉溶液混匀，阴干后得到初包膜种子；

将所述初包膜种子加入至350g由蛭石粉和腐植酸以2：1质量比组成的混合物中，搅拌混匀后阴干，得到包膜种子。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为99％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为99％。对比例1

种子丸粒的制备方法与实施例6相同，区别仅在于，惰性物中不添加硅藻土。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为81％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为77％。对比例2

种子丸粒的制备方法与实施例6相同，区别仅在于，惰性物中不添加黄腐酸浓缩液。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为97％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为92％。对比例3

种子丸粒的制备方法与实施例6相同，区别仅在于，惰性物中不添加含腐殖质土壤。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为97％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为94％。对比例4

种子丸粒的制备方法与实施例6相同，区别仅在于，活性成分中不添加吸水剂。

随机取100粒种子丸粒，置于湿润纸床上，待崩解后逐丸检测种子的有种子率，其有种子率为95％；随机取100粒种子丸粒，将其播种于实施例1的种植层中，观察并计算发芽率为87％。实验例

调整灌溉水中COD_Cr 52.2mg/L，总氮为30.2mg/L，总磷为3.4mg/L，重金属Pb为0.449mg/L，pH为7.3，水量为1m³，灌溉水温度为15℃～18℃。

模拟实施例1～实施例4中屋面系统(为便于实验，不设立于真实屋面上)，种子丸粒为实施例6中种子丸粒。

经上述绿色系统循环灌溉处理后出水24h，测定24h后水质，结果见下表1。

表1

以上结合具体实施方式和/或范例性实例以及附图对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种防冻绿色斜坡屋面系统，其特征在于，该屋面系统包括结构层以及设备单元；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够实施自动灌溉。

2.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述灌溉防冻装置包括供水管(510)、排布在屋面的多条滴灌管(520)和防冻管(530)，

供水管(510)将灌溉水由储水装置输送给滴灌管(520)，由滴灌管(520)为植物供水，防冻管(530)位于滤水层(200)高度区间中，其中通有传热介质，用于向屋面系统传热，使得霜期或低温下屋面系统的温度不易使灌溉水冻结；

优选地，滴灌管(520)位于种植层(300)高度区间中或高于种植层(300)，安装高度高于防冻管(530)，管径上分布有0.2cm～0.5cm的滴灌口。

3.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述设备单元还包括排水装置和储水装置，灌溉防冻装置和排水装置分别通过供水管(510)和排水管连通储水装置；

排水装置包括设置于屋面边缘处的集水管(600)，所述集水管(600)与屋面系统下部建筑固接，为弧面背向屋面的半封闭管，其汇集高地势处流下的水并通过排水管汇入储水装置中。

4.根据权利要求3所述的屋面系统，其特征在于，所述储水装置包括密闭的壳体(710)、太阳能集热器(720)、导热介质箱(730)、热交换器(740)、蓄电池(750)、外部电源(760)、电加热器(770)和控温系统，其中，

密闭的壳体(710)内部储存灌溉水；

热交换器(740)伸入壳体(710)内部，通过其中流通的导热介质与灌溉水发生热交换提高水温；

导热介质箱(730)位于壳体(710)外部，用于储存通入热交换器(740)中的导热介质；

太阳能集热器(720)位于壳体(710)外部，吸收太阳热能为导热介质箱(730)中的导热介质提供热量，多余的能量转化为电能储存于蓄电池(750)中；

外部电源(760)和电加热器(770)连通，用于在太阳能集热器(720)无法提供有效热源的情况下，通过电加热器(770)对导热介质供热；

蓄电池(750)和电加热器(770)连通，用于在太阳能集热器(720)无法提供有效热源、或者外部电源(760)无法供电的情况下，作为备用电源驱动电加热器(770)对导热介质供热；

电加热器(770)伸入导热介质箱(730)中，利用电能为导热介质加热；

控温系统对壳体(710)内灌溉水进行温度监测，通过判断壳体(710)内水温与设定温度的高低，控制太阳能集热器(720)、蓄电池(750)和外部电源(760)对导热介质的供热。

5.根据权利要求4所述的屋面系统，其特征在于，储水装置的壳体(710)包括内壁和外壳，形成夹层，夹层中通有保温介质；

优选地，所述保温介质为长链醇，优选为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇。

6.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，屋面系统的结构层由下至上包括阻根层(100)、滤水层(200)和种植层(300)；其中，

所述阻根层(100)用于抑制植物根系进入建筑结构，并起到防渗漏作用；

所述滤水层(200)用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；

所述种植层(300)用于支撑植物生长，为屋面营造绿色环境；

优选地，所述滤水层(200)包括活性炭和矿石颗粒如天然沸石、砾石、火山石、鹅卵石、膨润土，优选为活性炭、天然沸石和膨润土组合使用；

进一步地，活性炭、沸石和膨润土的混合体积比为1:(4～8):(0.5～1)，优选为1:(6～8):(0.5)，更优选为1:8:0.5；

更进一步地，所述滤水层(200)的厚度为2.0cm～5.0cm，优选为2.0cm～3.0cm。

7.根据权利要求6所述的屋面系统，其特征在于，屋面系统还包括固定在阻根层(100)上的多个可以互连的种植排(400)，

所述种植排(400)为两层的矩形框体结构，包括四个支撑柱(410)、以及分别固定在支撑柱(410)长度区间内和底端的中层网板(420)和无孔的底板(430)，中层网板(420)四周围有中层挡件(440)，底板(430)四周围有底部挡件(450)；

其中，滤水层(200)铺设于底板(430)上，种植层(300)铺设于中层网板(420)上。

8.根据权利要求7所述的屋面系统，其特征在于，中层网板(420)四周的中层挡件(440)为带孔护板或护网；

底板(430)四周底部挡件(450)高度接触中层网板(420)，底部挡件(450)的上部分为带孔护板或护网，下部分为无孔的护板。

9.根据权利要求7所述的屋面系统，其特征在于，种植排(400)与滴灌管(520)和防冻管(530)在结构上相结合，具体地，滴灌管(520)和防冻管(530)铺设轨迹上的支撑柱(410)、中层挡件(440)和/或底部挡件(450)上具有对应于管路铺设高度的凹部。

10.一种防冻绿色斜坡屋面系统的构建方法，用于构建权利要求1至9之一所述屋面系统；

任选地，该构建方法包括铺设屋面系统结构层，以及构建屋面系统设备单元；

其中，屋面系统结构层由下至上包括阻根层(100)、滤水层(200)和种植层(300)；

所述阻根层(100)用于抑制植物根系进入建筑结构，并起到防渗漏作用；

所述滤水层(200)用于对灌溉水进行过滤，通过排水装置排出屋面结构；

所述种植层(300)用于支撑植物生长；

所述设备单元包括灌溉防冻装置，使得在较低温度下能够进行灌溉。