CN112042484A - 集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，包括：绿色屋顶子系统，包括由从下至上依次设置在建筑屋面的保护层、防水层、蓄水层、过滤排水层、净化层、种植基质层、再生纤维素共混地膜，蓄水层连接至蓄水池，蓄水池通过水泵、水管连接至滴灌装置；智能控制子系统，包括控制器和土壤湿度传感器，土壤湿度传感器检测种植基质层的湿度并把湿度信号发送给控制器，控制器控制水泵以进行滴灌；自然能源收集子系统，包括风力发电装置、太阳能发电装置和蓄电装置，蓄电装置与水泵、控制器、土壤湿度传感器供电连接。本发明通过绿色屋顶子系统进行雨水收集，通过自然能源收集子系统进行电能供给，实现了能源、水源自给自足。

Description

集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统

技术领域

本发明属于绿色屋顶系统的技术领域，具体涉及一种集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统。

背景技术

随着城市化不断发展，城市热岛效应、雨水污染、空气污染、水资源短缺或过剩导致内涝等生态环境问题日益严重。绿色屋顶的出现，可以从一定程度上缓解上述问题。但是，相关技术中的绿色屋顶都是以种植观赏性植物为主，存在应用方向少、雨水收集功能单一、功能维护繁琐、系统连接性较差、非智能全方面管理、收集汇总能源实用情况和具体数据途径单一，缺乏多元化实用价值等问题。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，包括：

绿色屋顶子系统，所述绿色屋顶子系统包括由从下至上依次设置在建筑屋面上的由聚苯乙烯预制模块拼接形成的保护层，由防水涂料和/或防水卷材形成的防水层、由凹凸型蓄水面板组成的蓄水层、由土工布形成的过滤排水层、由净水煤质颗粒活性炭形成的净化层、种植基质层、再生纤维素共混地膜，所述蓄水层通过漏斗型雨水收集管道连接至蓄水池，所述蓄水池通过水泵、水管连接至滴灌装置，所述滴灌装置分布设置在所述再生纤维素共混地膜的上方；

智能控制子系统，包括控制器和土壤湿度传感器，所述水泵和土壤湿度传感器均与所述控制器连接，所述土壤湿度传感器设置在所述种植基质层中以检测种植基质层的湿度并把湿度信号发送给所述控制器，所述控制器根据湿度信号发送水泵控制信号给所述水泵以控制水泵将蓄水池中的水泵至滴灌装置进行滴灌；

自然能源收集子系统，所述自然能源收集子系统包括风力发电装置、太阳能发电装置和蓄电装置，所述风力发电装置、太阳能发电装置均与蓄电装置供电连接，所述蓄电装置与水泵、控制器、土壤湿度传感器供电连接。

作为进一步的改进，所述智能控制子系统还包括补光灯带和光敏传感器，所述蓄电装置与补光灯带、光敏传感器供电连接，所述补光灯带设置在再生纤维素共混地膜的上方或侧上方，所述光敏传感器设置在雨水收集绿色屋顶子系统上方以检测环境光照度并把光照度信号发送给所述控制器，所述控制器根据光照度信号发送开关信号或光照调整信号给所述补光灯带以控制补光灯带开关或调整光谱及照度。

作为进一步的改进，所述智能控制子系统包括远程手机控制端，所述远程手机控制端与所述控制器通讯连接。

作为进一步的改进，所述智能控制子系统还包括与控制器连接的手动开关。

作为进一步的改进，所述蓄电装置设置有市电接口。

作为进一步的改进，所述蓄水池设置有与水源连接的补水管路，所述补水管路上设有补水阀或补水泵，所述智能控制子系统还包括设置于蓄水池中的液位检测装置，所述液位检测装置、补水阀或补水泵均与所述控制器连接，所述液位检测装置检测蓄水池的液位并把液位信号发送给所述控制器，所述控制器根据液位信号发送补水信号给所述补水阀或补水泵以控制水源向蓄水池中补水。

本发明提供的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，包括：绿色屋顶子系统，所述绿色屋顶子系统包括由从下至上依次设置在建筑屋面上的由聚苯乙烯预制模块拼接形成的保护层，由防水涂料和/或防水卷材形成的防水层、由凹凸型蓄水面板组成的蓄水层、由土工布形成的过滤排水层、由净水煤质颗粒活性炭形成的净化层、种植基质层、再生纤维素共混地膜，所述蓄水层通过漏斗型雨水收集管道连接至蓄水池，所述蓄水池通过水泵、水管连接至滴灌装置，所述滴灌装置分布设置在所述再生纤维素共混地膜的上方；智能控制子系统，包括控制器和土壤湿度传感器，所述水泵和土壤湿度传感器均与所述控制器连接，所述土壤湿度传感器设置在所述种植基质层中以检测种植基质层的湿度并把湿度信号发送给所述控制器，所述控制器根据湿度信号发送水泵控制信号给所述水泵以控制水泵将蓄水池中的水泵至滴灌装置进行滴灌；自然能源收集子系统，所述自然能源收集子系统包括风力发电装置、太阳能发电装置和蓄电装置，所述风力发电装置、太阳能发电装置均与蓄电装置供电连接，所述蓄电装置与水泵、控制器、土壤湿度传感器供电连接。本发明的绿色屋顶子系统具有耐风、耐雨、耐旱、耐瘠、耐穿刺、易养护的特性，可收集雨水资源在净化后流入蓄水池中，此外，通过土壤湿度传感器检测种植基质层的湿度，通过智能控制子系统控制滴灌装置根据土壤湿度进行自动灌溉，无需人为的进行灌溉维护。再者，整个屋顶系统通过自然能源收集子系统进行电能供给，实现了能源、水源的自给自足。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统的结构示意图。

图2是集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统的雨水收集绿色屋顶子系统的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其核心在于为结合“物联网”和大数据的相关知识及应用，将绿色屋顶系统定义为一个“集成式”交互系统，以“智能化和人性化、多样化”为特点，打造创新型“绿色屋顶”。以多功能和易操作的方式来方便主人的家居生活，进一步达到“可持续，低耗能”的绿色低碳指标，让人们生活在绿色健康的家，确保身体健康和心情愉悦，享受绿色屋顶带来的更为丰富的环境效益和实用价值。

结合图1和图2所示，本发明实施例提供的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，包括：

绿色屋顶子系统，所述绿色屋顶子系统包括由从下至上依次设置在建筑屋面1上的由聚苯乙烯预制模块拼接形成的保护层2，由防水涂料和/或防水卷材形成的防水层3、由凹凸型蓄水面板组成的蓄水层4、由土工布形成的过滤排水层5、由净水煤质颗粒活性炭形成的净化层6、种植基质层7、再生纤维素共混地膜8，在所述建筑屋面1与所述保护层2之间还可根据建筑屋面1的平整度考虑设置水泥砂浆找平层16。其中，所述防水涂料为复合铜胎基的沥青防水涂料,所述防水卷材为高分子防水卷材或自粘橡胶沥青卷材，所述土工布为聚酯纤维无纺布，所述种植土为无机种植土，所含为宝绿素为主，并且与腐叶土、蛭石及沙土的混合配比为7：3：1，达到种植的理化指标(非毛管孔隙度>10％、PH值0.7～8.5％、含盐量<0.12％、含氮量>1.2％、含磷量>0.7％、含钾量>72％)。所述蓄水层4通过漏斗型雨水收集管道9连接至蓄水池10，所述蓄水池10通过水泵11、水管18连接至滴灌装置12，所述滴灌装置12分布设置在所述再生纤维素共混地膜8的上方；

智能控制子系统，包括控制器13和土壤湿度传感器14，所述水泵11和土壤湿度传感器13均与所述控制器13连接，所述土壤湿度传感器14设置在所述种植基质层7中以检测种植基质层7的湿度并把湿度信号发送给所述控制器13，所述控制器13根据湿度信号发送水泵控制信号给所述水泵11以控制水泵11将蓄水池10中的水泵至滴灌装置12进行滴灌。

自然能源收集子系统，所述自然能源收集子系统包括风力发电装置17、太阳能发电装置19和蓄电装置20，风力发电装置17、太阳能发电装置19设置在绿色屋顶子系统的侧部，设置时要注意太阳能发电装置19的太阳能电池板不遮挡绿植。所述风力发电装置17、太阳能发电装置19均与蓄电装置20供电连接，风力发电装置17、太阳能发电装置19分别利用风能、太阳能进行发电，并把发出来的电输送至蓄电装置20进行电能的存储。所述蓄电装置20与水泵11、控制器13、土壤湿度传感器14供电连接，蓄电装置20对屋顶系统的电气部件进行供电，以实现电能的自给自足。

本发明实施例提供的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统的绿色屋顶子系统具有耐风、耐雨、耐旱、耐瘠、耐穿刺、易养护的特性，可收集雨水资源在净化后流入蓄水池中，此外，采用土壤湿度传感器和定时适量灌溉智能模块作为日常的维护管理，通过土壤湿度传感器测出土壤湿度分析计算所需灌溉水量，并向定时定量灌溉智能模块发送指令。之后通过水泵抽取控制灌溉所需水量，灌溉的方式采取的是滴灌管道的滴漏和旋转式喷嘴的喷洒两种形式，实现对不同作物的不同水量灌溉。灌溉时，没有作用到作物的水在重力作用下，通过绿色屋顶子系统的净化、过滤、收集，再次循环到到蓄水池中，等待下一次抽取使用，在作物灌溉上起到精准灌溉、降低损耗的效果。再者，整个屋顶系统通过自然能源收集子系统进行电能供给，实现了能源、水源的自给自足。

作为进一步优选的实施方式，所述智能控制子系统还包括补光灯带15和光敏传感器21，补光灯带15可选为LED补光灯带。所述蓄电装置20与补光灯带15、光敏传感器21供电连接，所述补光灯带15设置在再生纤维素共混地膜8的上方或侧上方，所述光敏传感器21设置在雨水收集绿色屋顶子系统上方以检测环境光照度并把光照度信号发送给所述控制器13，所述控制器13根据光照度信号发送开关信号或光照调整信号给所述补光灯带15以控制补光灯带15开关或调整光谱及照度。补光灯带对植物进行智能补光，有助于植物生长。补光灯带15可以采用暗藏式柔性布线，布线自由度高，能够根据的不同结构来尽可能的实现贴近暗藏作业。由智能控制子系统来控制补光灯带的开关、时间节点、投射角度。补光灯带位于植物种植层的上端，左右各一条，初始位置向下成45°照射，根据系统运作流程和控制指令可以自动化调整合适的照射角度。在水平和垂直方向上可以实现2个自由度的调整，以实现不同植物对光线角度的不同照射需求。通过光敏传感器21判断白天还是夜晚，晴朗还是阴天，并自动化运行智能补光。同时与wifi智能模块相连，在app中输入种植的植物种类即可运行适合植物所需光谱的LED灯进行照射，不仅可以促进其生长，而且还可以延长植物花期，提高花的品质，增加其授粉机会。

作为进一步优选的实施方式，所述智能控制子系统包括远程手机控制端，所述远程手机控制端与所述控制器13通讯连接，通讯方式可以是WIFI，也可以是蓝牙，收集到的温度、电量等信息可通过远程方式发送至远程手机控制端是手机app，手机app可以观察具体数据，并且控制相关开关。

作为进一步优选的实施方式，所述智能控制子系统还包括与控制器13连接的手动开关。

作为进一步优选的实施方式，所述蓄电装置20设置有市电接口，蓄电装置20可通过市电接口进行对外供电，收集的“太阳能”和“风能”转换的电能，除了供给给系统运作外，剩余多出来的电源，可通过市电接口发送到家用，就能减轻家庭对供电局供电的依赖性，响应“国家的光伏发电农村扶贫计划”。并且，在“太阳能”和“风能”不足的情况下，也可通过市电接口进行充电，确保系统正常运行。

作为进一步优选的实施方式，所述蓄水池10设置有与水源连接的补水管路，所述补水管路上设有补水阀或补水泵，所述智能控制子系统还包括设置于蓄水池10中的液位检测装置，所述液位检测装置、补水阀或补水泵均与所述控制器13连接，所述液位检测装置检测蓄水池10的液位并把液位信号发送给所述控制器13，所述控制器13根据液位信号发送补水信号给所述补水阀或补水泵以控制水源向蓄水池10中补水。液位检测装置实时检测蓄水池10的液位，在收集的雨水不足的情况下，也可通过自动打开补水阀或补水泵进行补水，确保系统正常运行。

下面是本发明在湛江市旺龙新村某平面居民楼上的实验性绿化改造方案，除了以上的安装实施步骤外，还需要注意的是：

(1)保护层的铺设，是用于防止植物根系穿透建筑结构，破坏屋子的构造，所以作为保护层的聚苯乙烯预制模块，应保持一定的厚度60mm(根据实际情况厚度取值60mm-100mm)安置在建筑结构上，并向建筑侧墙面延伸20cm-25cm左右。

(2)防水层的铺设，做法应符合国家《屋顶绿化技术防水DBJ 01-93-2004》的标准要求，最低达到二级建筑防水标准，防止绿色屋顶的过剩的雨水往建筑内部居住空间溢流，造成滴水现象。同时，在预制模块化的绿色屋顶系统，施工前应进行建筑屋面的相关防水检测并对漏洞进行及时补漏，必要时可做多次多层防水处理，建议选择耐植物根系穿刺的防水卷材，复合同胎基SBS沥青卷材是不错的选择，铺设边缘应向建筑侧墙面向上延伸，应高于基质表面100m以上，方为合适的配套措施。

(3)蓄水层、过滤排水层及净化层的铺设，蓄水层应置于在净化层、过滤排水层下施工安装，并定期检查屋顶排水系统的畅通情况，防止排水口和雨水收集管道堵塞造成雨水倒流和溢流现象。

(4)种植基质层的铺设，厚度应根据建筑屋面具体承重和草药种类决定，应该在具体施工开始前及时做好相关的检测。

(5)植物的种植，在前期种植的选种配置上，没有相对合适的种植土厚度，应考虑选择种植弱根型草药为主，防止根部过强的穿刺效果。经过前期数日的灌溉维护，待草药自身成长成稳定的植被结构，即基本完成中草药预制模块化绿色屋顶的建设。后期养护用水视降雨量而定，形成屋顶生态系统后基本不需要人为过多特别的灌溉和养护，智能模块会根据土壤湿度灌溉合适的水分，减少不必要浪费。

通过改造，该建筑的屋顶绿化具有耐风、耐雨、耐旱、耐瘠、耐穿刺、易养护的特性，夏季能抗50度太阳的高温，雨季更能发挥其作用，收集更多的雨水资源且无需人为的进行灌溉维护。在生长期间，只需前期养护2周；此后无需灌溉、施肥、修剪等养护便能存活，极大地节省了后续费用。同时无需改变屋顶建筑结构，均可进行草药种植。建设成本相对较低，不足一般屋顶绿化的30％，同时节约用水可根据地区性高达70％-85％(湛江地区一年降雨量大，为83％。根据一年的降雨量做出记录。)

雨水收集方面，以湛江降水量为例进行详细计算：

以湛江市1年平均降雨量为1780mm计算,假设一占地面积62300m²的某住宅小区,建筑占地面积为32200m²,道路面积为14800m²,绿地面积18690m²,机动车数量750辆，则全年可用雨水量为6195×105m³。为安全计，雨季水量设为全年降雨量的80％,即为6195×105×80％＝5156×105m³；量为1171×105m³。

而屋顶种植含水量达42.57％，户外种植含水量达38.21％，屋顶种植防止水份流失更有效率。根据土壤含水量的定义可以得到:

土壤蓄水变量(降雨入渗量)＝降雨量-径流量-蒸发量

当降水量达1171×105m³，湿度为42.57％渗透量则为83609.4m³-径流量-蒸发量(随时间、温度、天气、湿度等影响)-植物吸收量。土壤层过滤后得出年降水量58495.6m³。

因此，以湛江市旺龙新村某100m²面居民楼上的实验性绿屋顶系统为例，一年可收集97.492吨水，一个家庭一个月正常用水约为10吨，可供给使用9个多月。

本发明实施例提供的上述集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，具有以下优点：

1、对传统的绿色屋顶的技术和绿化工程种植提供进行优化升级，大大提高了节能减排和绿色环保的作用。同时提供了一种更好的新型的智能维护管理方式和植物培育环境，而且注重家庭居住环境的交互性营造，使绿色屋顶系统往人性化和智能化、多元化发展，使居住建筑内的人们享受绿色屋顶带来的更会丰富的环境效益和实用价值。提高对“光、风、雨”等自然资源利用，使家庭更为节能环保和绿色健康，减少家庭能源上的经济负担。

2、优化解决现有屋顶系统雨水净化能力弱、排水不畅、建筑荷重大等相关问题，提高水资源的利用率和净化过滤力度。优化雨季洪涝的家庭屋顶排水系统，使其更为节能环保，过滤进化能力更强。同时储蓄的雨水资源，可用于系统本身植物灌溉，部分还能引流到家庭生活用水方面解决用水所需，减轻了家庭生活用水带来的经济负担。其次在干旱的地区，能通过系统收集到干净的雨水资源，在煮沸蒸馏后进行饮用水的储备。

3、种植植物能改善空气净化空气，吸收大气二氧化碳进行光合作用。减轻住宅区的热岛效应和室内的炎热室温，减轻电子辐射和太阳辐射。同时种植相关驱蚊虫草本植物还能一定程度上治理蚊虫问题。

4、智能补光的补光和增温，与土壤湿度检测、定时定量灌溉模块相互平衡，确保植物在最为优质合适的环境中生长，吸取最为合适的水量，避免烂根现象。

5、风光互补式发电系统，符合国家“光伏发电扶贫政策需要”通过将自然能源交替转换为电能，系统的运行上提供自给自足的电能需要。同时在家庭用电需要提供时，自主作为后备电源抽调蓄电箱的电能供给使用。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于，包括：

绿色屋顶子系统，所述绿色屋顶子系统包括由从下至上依次设置在建筑屋面(1)上的由聚苯乙烯预制模块拼接形成的保护层(2)，由防水涂料和/或防水卷材形成的防水层(3)、由凹凸型蓄水面板组成的蓄水层(4)、由土工布形成的过滤排水层(5)、由净水煤质颗粒活性炭形成的净化层(6)、种植基质层(7)、再生纤维素共混地膜(8)，所述蓄水层(4)通过漏斗型雨水收集管道(9)连接至蓄水池(10)，所述蓄水池(10)通过水泵(11)、水管(18)连接至滴灌装置(12)，所述滴灌装置(12)分布设置在所述再生纤维素共混地膜(8)的上方；

智能控制子系统，包括控制器(13)和土壤湿度传感器(14)，所述水泵(11)和土壤湿度传感器(13)均与所述控制器(13)连接，所述土壤湿度传感器(14)设置在所述种植基质层(7)中以检测种植基质层(7)的湿度并把湿度信号发送给所述控制器(13)，所述控制器(13)根据湿度信号发送水泵控制信号给所述水泵(11)以控制水泵(11)将蓄水池(10)中的水泵至滴灌装置(12)进行滴灌；

自然能源收集子系统，所述自然能源收集子系统包括风力发电装置(17)、太阳能发电装置(19)和蓄电装置(20)，所述风力发电装置(17)、太阳能发电装置(19)均与蓄电装置(20)供电连接，所述蓄电装置(20)与水泵(11)、控制器(13)、土壤湿度传感器(14)供电连接。

2.根据权利要求1所述的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于：所述智能控制子系统还包括补光灯带(15)和光敏传感器(21)，所述蓄电装置(20)与补光灯带(15)、光敏传感器(21)供电连接，所述补光灯带(15)设置在再生纤维素共混地膜(8)的上方或侧上方，所述光敏传感器(21)设置在雨水收集绿色屋顶子系统上方以检测环境光照度并把光照度信号发送给所述控制器(13)，所述控制器(13)根据光照度信号发送开关信号或光照调整信号给所述补光灯带(15)以控制补光灯带(15)开关或调整光谱及照度。

3.根据权利要求1所述的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于：所述智能控制子系统包括远程手机控制端，所述远程手机控制端与所述控制器(13)通讯连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于：所述智能控制子系统还包括与控制器(13)连接的手动开关。

5.根据权利要求1或2或3所述的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于：所述蓄电装置(20)设置有市电接口。

6.根据权利要求1或2或3所述的集约式智能模块操控的能收集利用清洁能源的屋顶系统，其特征在于：所述蓄水池(10)设置有与水源连接的补水管路，所述补水管路上设有补水阀或补水泵，所述智能控制子系统还包括设置于蓄水池(10)中的液位检测装置，所述液位检测装置、补水阀或补水泵均与所述控制器(13)连接，所述液位检测装置检测蓄水池(10)的液位并把液位信号发送给所述控制器(13)，所述控制器(13)根据液位信号发送补水信号给所述补水阀或补水泵以控制水源向蓄水池(10)中补水。