CN113006384A - 一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海绵城市领域，具体的提供一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统，该系统设置在房屋顶部，包括从外向内依次设置且相互不连通的第一存储装置、第二存储装置、主体净化装置；所述第一存储装置包括蓄电区、第一种植区以及设置在所述蓄电区和所述第一种植区下方的第一存水区；所述第二存储装置包括第二种植区和设置在所述第二种植区下方的第二存水区；所述主体净化装置包括从上到下依次设置的土壤层、表面有渗水孔的布水管、过滤层、蓄水区。该系统可以有效净化雨水，提高绿色屋顶系统的蓄水量，无雨季节也可以保持植物存活并为地面植物提供灌溉水源。
Description
技术领域
本发明涉及海绵城市建设技术领域，具体涉及一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统。
背景技术
21世纪以来，随着经济持续快速发展，我国城镇化发展也取得了很大进步。但是，城市自然地表被居住区域的不透水硬质材料替代，改变了地表的地貌结构，对自然生态环境造成了恶劣的影响，城市洪涝灾害、生态环境恶化等问题日益凸显。基于此，海绵城市建设是解决城市当前旱涝并存、面源污染严重、生态环境恶化困境和构建生态雨水管理体系的重要举措。绿色屋顶作为海绵城市建设的重要构件，集蓄水、排水、景观、生态等为一体，是海绵城市建设的重要一环。
屋顶绿化对增加城市绿地面积，改善日趋恶化的人类生存环境空间；改善城市高楼大厦林立，改善众多道路的硬质铺装而取代的自然土地和植物的现状；改善过度砍伐自然森林，各种废气污染而形成的城市热岛效应，沙尘暴等对人类的危害；开拓人类绿化空间，建造田园城市，改善人民的居住条件，提高生活质量，以及对美化城市环境，改善生态效应有着极其重要的意义。但常见的绿色屋顶存在浇灌困难，蓄水量不足，过多的结构层导致系统重量“超重”等问题，这些问题均亟需解决。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统，该绿色屋顶系统，可预制装配，现场施工简单快捷，维护省时省力，有效净化雨水，营造美丽景观，可用于园区、居民住宅区和公共建筑区。
本发明提供一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统，该系统设置在房屋顶部，包括从外向内依次设置且相互不连通的第一存储装置、第二存储装置、主体净化装置；
第一存储装置包括蓄电区、第一种植区以及设置在蓄电区和第一种植区下方的第一存水区，蓄电区的顶面和第一种植区的顶面齐平，第一种植区通过第一连通管与第一存水区连通；
第二存储装置包括第二种植区和设置在第二种植区下方的第二存水区，第二种植区通过第二连通管与第二存水区连通，第二种植区的顶面低于第一种植区的底面；
主体净化装置包括从上到下依次设置的土壤层、表面有渗水孔的布水管、过滤层、蓄水区，第二存水区上方设置有预处理区，预处理区的顶面与土壤层顶面齐平且低于第二种植区顶面，布水管两端开口并插入至预处理区内，蓄水区上部设置有出水口；土壤层上设置有溢流口，溢流口顶面高度高于土壤层顶面高度。
进一步，还包括喷淋装置，喷淋装置包括贯穿预处理区且位于第二存储装置和主体净化装置之间的供水管、与供水管连通的短管和长管，短管和长管下方设置有喷头，短管位于第一存储装置和第二存储装置上方，长管位于主体净化装置上方。
进一步，长管和短管均位于供水管的顶端并通过三角稳定结构固定在供水管上；供水管通过固定构件固定在主体净化装置的外壁上，供水管的下端通过三通构件分别与第二存水区和蓄水区连通。
进一步，主体净化装置还包括透气管，透气管的一端与布水管连通，其另一端伸出土壤层且其顶面高度高于溢流口；透气管为顶部密封侧面设置有开口的结构。
进一步，土壤层、布水管、过滤层和蓄水区的两两相邻面上铺设有透水土工布；屋顶的地面上涂刷有防水涂层或铺设有防水卷材。
进一步，第一连通管和第二连通管表面均设置有渗水孔且其周边设置有1-2cm的过滤区；第二种植区的顶面与第一种植区的底面齐平，预处理区的顶面与第二种植区的底面齐平。
进一步，预处理区顶部覆盖有雨水篦子，过滤区和过滤层均通过砾石填充，过滤区的砾石粒径为2-3mm，过滤层中砾石粒径为10-20mm。
进一步，第一存储装置还包括太阳能组件和浇灌管，太阳能组件设置在蓄电区上，浇灌管的一端与第一存水区连通，另一端位于第一存储装置外；蓄电区包括蓄电池和第一液位传感器，第一液位传感器的探头位于第一存水区内；第二存储装置与主体净化装置之间设置有第二液位传感器，第二液位传感器的探头伸入至蓄水区内且位于蓄水区的上端位置处。
进一步，第一存储装置和第二存储装置均为PVC硬塑材质制造而成；溢流口和主体净化装置外壁均由轻质混凝土浇筑而成；第一连通管和第二连通管由PVC材质制造而成，表面渗水孔的孔径为1-2mm；土壤层坡度为1％-3％；供水管、短管和长管均由轻质不锈钢材料制作而成。
进一步，蓄电区、第一种植区和第一存水区是通过隔板分割第一存储装置内部的空间而形成；第二种植区和第二存水区是通过隔板分割第二存储装置内部的空间而形成；第一存储装置沿屋顶四周布置形成封闭的环形，第二存储装置沿着第一存储装置布置且位于第一存储装置内，第二存储装置也为封闭环形，主体净化装置位于第二存储装置内且其外壁第二存储装置接触。
由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的智慧绿色屋顶系统，获得了如下有益效果：
(1)通过本发明提供的绿色屋顶系统，可预制装配，现场施工简单快捷，维护省时省力，有效净化雨水，营造美丽景观，可用于园区、居民住宅区和公共建筑区；
(2)本发明的第一存储装置与第二存储装置形成的跌水曝气系统构造，使雨水含有充足的溶解氧，而透气管的增设使整个屋顶系统内部压力减小，雨水在内部流动更加流畅，快速排出雨水；
(3)本发明的第一存储装置和第二存储装置既能蓄积部分过滤后的雨水，又能在无雨季节给屋顶和楼下地面的水生植物提供足够的水分，浇灌过程也能降低局部温度，给人凉爽愉快的感觉。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统剖面图。
图中，各标记的具体意义为：
1-第一存储装置，11-第一种植区，111-第一连通管，12-蓄电区，121-蓄电池，122-第一液位传感器，13-第一存水区，14-太阳能组件，15-浇灌管，2-第二存储装置，21-第二种植区，211-第二连通管，22-第二存水区，3-主体净化装置，31-土壤层，32-溢流口，33-预处理区，34-布水管，35-透气管，36-过滤层，37-蓄水区，371-出水口，38-第二液位传感器，4-喷淋装置，41-短管，42-长管，43-喷头，44-供水管，45-固定构件，46-三角固定结构，5-防渗层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
基于现有技术中的生物滞留池一方面蓄水层在蓄水达到一定程度之后便无法蓄存，也不能实现控制排放，蓄水效果较差；另一方面生物滞留池中种植土层中间区域的空间利用率很低，且种植土层无筛选阶段，对雨水的净化效果差；本发明旨在提出一种渗井式生物滞留池及其施工方法，提出一种新式结构的生物滞留池，解决种植土层中间区域的空间利用率低、雨水净化效果差，以及蓄水层无法调蓄和排放的技术问题。
下面结合附图所示的实施例，对本发明的渗井式生物滞留池的结构、施工方法和工作原理做进一步的具体介绍。
实施例1
结合图1所示的一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统的剖面图，该系统设置在房屋顶部，包括从外向内依次设置且相互不连通的第一存储装置1、第二存储装置2、主体净化装置3；
第一存储装置1包括蓄电区12、第一种植区11以及设置在蓄电区12和第一种植区11下方的第一存水区13，蓄电区11的顶面和第一种植区11的顶面齐平，第一种植区11通过第一连通管111与第一存水区13连通；雨水可以通过第一种植区11和第二连通管111渗入至第二存水区13内；蓄电区11为系统提供电能；优选的，蓄电区12设在外侧，即靠近屋顶边缘的一侧，第一种植区11设置在内侧且紧邻蓄电区12。
第二存储装置2包括第二种植区21和设置在第二种植区21下方的第二存水区22，第二种植区21通过第二连通管211与第二存水区22连通，雨水可以通过第二种植区21和第二连通管211渗入至第二存水区22内；第二种植区21的顶面低于第一种植区11的底面；第一种植区11和第二种植区21的土壤表层优选种植挺水植物，种植的植物需要满足抗旱、抗涝、易生长且符合装置所在地水文条件的要求，优选为菖蒲、黄菖蒲、再力花、鸢尾、东方香蒲和水葱中的一种或多种。
主体净化装置3包括从上到下依次设置的土壤层31、表面有渗水孔的布水管34、过滤层36、蓄水区37，第二存水区22上方设置有预处理区33，预处理区33用于使一些悬浮颗粒物沉淀，预处理区33的顶面与土壤层31顶面齐平且低于第二种植区21顶面，布水管34两端开口并插入至预处理区33内，蓄水区37上部设置有出水口371；土壤层31上设置有溢流口32，溢流口32顶面高度高于土壤层31顶面高度；优选的，布水管34插入至预处理区33的部分距离预处理区33底部有一定距离，防止悬浮物进入而堵塞布水管34；优选的，蓄水区37内设置有蓄水模块，蓄水模块可以存储水资源并进一步提高主体净化装置的支撑强度。
进一步，主体净化装置3还包括透气管35，用于缓解布水管34压力，透气管35的一端与布水管34，其另一端伸出土壤层31顶面高度高于溢流口32，以防过量雨水进入透气管35内部，造成布水管34排水不畅，透气管35为顶部密封侧面设置有开口的结构，避免雨水通过透气管35下落至内部。
降雨时，雨水落在第一存储装置1和第二存储装置2上，经过第一种植区11和第二种植区21水生植物、土壤和砾石的过滤净化，部分雨水通过渗透孔进入第一连通管111，蓄积在第一存水区13中；另一部分雨水沿着第一种植区11和第二种植区21表面形成地表径流，由于第一存储装置1和第二存储装置2组合成独特的台阶造型，实现跌水曝气效果，携带充足溶解氧的雨水与落在主体净化装置3土壤层31表面草地上并过滤后的雨水汇集在预处理区33。经过预处理区33的沉淀作用，部分悬浮物被去除，雨水进入布水管34，均匀布水后通过渗水孔流入过滤层36，进一步过滤净化后雨水被蓄水区37收集蓄积，待蓄水模块蓄满时，多余雨水经过出水口371流出，进入市政雨水管网或者雨水收集回用系统。当雨量较大时，雨水可在主体净化装置3土壤层31表面蓄积，可暂时存储一定容积的雨水；当雨量过大时，蓄积的雨水溢流至溢流口32，快速排出。
为减少土壤和填料的流失以及防止主体净化装置堵塞，土壤层31、布水管34、过滤层36和蓄水区37的两两相邻面上铺设有透水土工布；为使绿色屋顶系统的结构更加坚固耐用，屋顶的边缘设置有围墙，绿色屋顶系统建设在围墙内，为减少绿色屋顶系统对顶层住户的影响，优选的在屋顶的地面及围墙的内侧壁上铺设有防渗层5，优选的，防渗层5为涂刷的防水涂层或铺设有防水卷材。
实施例2
在无雨水季节，为保证绿色屋顶系统内的植物存活；在实施例1的基础上，在绿色屋顶系统上增设喷淋装置4，喷淋装置4包括贯穿预处理区且位于第二存储装置2和主体净化装置3之间的供水管44、与供水管44连通的短管41和长管42，短管41和长管42下方设置有喷头43，短管41位于第一存储装置1和第二存储装置2上方，长管42位于主体净化装置3上方。
优选的喷淋装置4的结构如下，长管42和短管41均位于供水管44的顶端并通过三角稳定结构46固定在供水管44上；供水管44通过固定构件45固定在主体净化装置3的外壁上，供水管44的下端通过三通构件分别与第二存水区22和蓄水区37连通。
为使地面绿植也能够更好的度过无雨水季节，优选的，第一存储装置1还包括太阳能组件14和浇灌管15，太阳能组件14设置在蓄电区12上，太阳能组件14将太阳能转换成电能存储于蓄电区12中的蓄电装置，为用电设备提供清洁能源；浇灌管15的一端与第一存水区13连通，另一端位于第一存储装置1外；蓄电区12包括蓄电池121和第一液位传感器122，第一液位传感器122的探头位于第一存水区13内，第一液位传感器122用于监测第一存水区13内的水量是否已满；第二存储装置2与主体净化装置3之间设置有第二液位传感器38，第二液位传感器38的探头伸入至蓄水区37内且其探头位于蓄水区37的上端位置处；第二液位传感器38用于监测蓄水区37内的水量是否已满；第一存水区13与蓄水区37通过水管连接(图中未示出)，水管上设置有水泵，用于将水从蓄水区37输送到第一存水区13内。当蓄水区37的水位达到出水口时，触发第二水位传感器28，并将信号发送到终端，发出警报，提醒工作人员打开水泵，将蓄水区37中的水抽送到第一存水区13内，当第一存水区13内的水蓄满时，第一液位传感器122触发，并发出警报提醒工作人员关闭水泵。
无雨季节，通过吸水泵连接蓄电区12和喷淋装置4，将蓄水区37和第二存水区22中储存的雨水喷洒至第一存储装置1、第二存储装置2和土壤层31种植的植物表面，避免植物因干旱缺水而死亡。另外，在天气炎热季节，喷洒过程可降低屋顶局部温度，尤其给顶层住户凉爽降温的感觉。浇灌管15与楼底吸水泵相连，用于浇灌地面绿地和花坛。
在材料方面，为增强绿色屋顶系统的耐用性，优选方案如下，第一存储装置1和第二存储装置2均为PVC硬塑材质制造而成，具有一定的强度和抗压能力；溢流口32和主体净化装置3外壁均由轻质混凝土浇筑而成，可以预制或现场布置；第一连通管111和第二连通管211由PVC材质制造而成，表面渗水孔的孔径为1-2mm；土壤层31中间高四周低，其坡度为1％-3％，坡度的设置下有利于雨水下沉，土壤层31上种植绿草，可以过滤雨水并增大绿化面积，使景观更加优美；供水管44、短管41和长管42均由轻质不锈钢材料制作而成。
实施例3
为了进一步提高绿色屋顶系统的净化能力，在任一实施例的基础上，第一连通管111埋设在第一种植区11土壤部分内，第二连通管211埋设在第二种植区21土壤部分内，第一连通管111和第二连通管211表面均设置有渗水孔且其周边设置有1-2cm的过滤区；第二种植区21的顶面与第一种植区11的底面齐平，预处理区33的顶面与第二种植区31的底面齐平。优选的，预处理区33顶部覆盖有雨水篦子，用以拦截较大的悬浮杂质；过滤区和过滤层36均通过砾石填充，过滤区的砾石粒径为2-3mm，过滤层36中砾石粒径为10-20mm。
为了方便制造、使用和运输等，绿色屋顶系统更为优选的结构是，蓄电区12、第一种植区11和第一存水区13是通过隔板分割第一存储装置1内部的空间而形成，第一存水区13的体积是第一种植区11和蓄电区12体积之和的3-4倍；第二种植区21和第二存水区22是通过隔板分割第二存储装置2内部的空间而形成；第一存储装置1沿屋顶四周布置形成封闭的环形，第二存储装置2沿着第一存储装置1布置且位于第一存储装置1内，第二存储装置2也为封闭环形，主体净化装置3位于第二存储装置2内且其外壁第二存储装置2接触；上述封闭环形不限于圆环形，具体根据屋顶的形状进行设置，优选的，该绿色屋顶系统完全覆盖屋顶的表面。
通过对附图所示的绿色屋顶系统进行应用测试，以悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和氨氮(NH3-N)为评价指标，经测试，结果表明本发明公开的绿色屋顶系统对径流雨水中悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和氨氮(NH3-N)的平均去除率分别为92.42％、68.67％、88.23％和86.51％，净化效果显著。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种用于海绵城市的智慧绿色屋顶系统，该系统设置在房屋顶部，其特征在于，包括从外向内依次设置且相互不连通的第一存储装置、第二存储装置、主体净化装置；
所述第一存储装置包括蓄电区、第一种植区以及设置在所述蓄电区和所述第一种植区下方的第一存水区，所述蓄电区的顶面和所述第一种植区的顶面齐平，所述第一种植区通过第一连通管与所述第一存水区连通；
所述第二存储装置包括第二种植区和设置在所述第二种植区下方的第二存水区，所述第二种植区通过第二连通管与所述第二存水区连通，所述第二种植区的顶面低于所述第一种植区的底面；
所述主体净化装置包括从上到下依次设置的土壤层、表面有渗水孔的布水管、过滤层、蓄水区，所述第二存水区上方设置有预处理区，所述预处理区的顶面与土壤层顶面齐平且低于所述第二种植区顶面，所述布水管两端开口并插入至所述预处理区内，所述蓄水区上部设置有出水口；所述土壤层上设置有溢流口，所述溢流口顶面高度高于所述土壤层顶面高度。
2.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，还包括喷淋装置，所述喷淋装置包括贯穿所述预处理区且位于第二存储装置和主体净化装置之间的供水管、与供水管连通的短管和长管，所述短管和所述长管下方设置有喷头，所述短管位于所述第一存储装置和所述第二存储装置上方，所述长管位于所述主体净化装置上方。
3.根据权利要求2所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述长管和所述短管均位于所述供水管的顶端并通过三角稳定结构固定在所述供水管上；所述供水管通过固定构件固定在所述主体净化装置的外壁上，所述供水管的下端通过三通构件分别与第二存水区和蓄水区连通。
4.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述主体净化装置还包括透气管，所述透气管的一端与所述布水管连通，其另一端伸出土壤层且其顶面高度高于所述溢流口；所述透气管为顶部密封侧面设置有开口的结构。
5.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述土壤层、所述布水管、所述过滤层和所述蓄水区的两两相邻面上铺设有透水土工布；所述屋顶的地面上涂刷有防水涂层或铺设有防水卷材。
6.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述第一连通管和所述第二连通管表面均设置有渗水孔且其周边设置有1-2cm的过滤区；所述第二种植区的顶面与所述第一种植区的底面齐平，所述预处理区的顶面与所述第二种植区的底面齐平。
7.根据权利要求6所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述预处理区顶部覆盖有雨水篦子，所述过滤区和所述过滤层均通过砾石填充，所述过滤区的砾石粒径为2-3mm，所述过滤层中砾石粒径为10-20mm。
8.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述第一存储装置还包括太阳能组件和浇灌管，所述太阳能组件设置在蓄电区上，所述浇灌管的一端与所述第一存水区连通，另一端位于所述第一存储装置外；所述蓄电区包括蓄电池和第一液位传感器，所述第一液位传感器的探头位于所述第一存水区内；所述第二存储装置与所述主体净化装置之间设置有第二液位传感器，所述第二液位传感器的探头伸入至所述蓄水区内且位于所述蓄水区的上端位置处。
9.根据权利要求1所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述第一存储装置和所述第二存储装置均为PVC硬塑材质制造而成；所述溢流口和所述主体净化装置外壁均由轻质混凝土浇筑而成；所述第一连通管和所述第二连通管由PVC材质制造而成，表面渗水孔的孔径为1-2mm；所述土壤层坡度为1％-3％；所述供水管、所述短管和所述长管均由轻质不锈钢材料制作而成。
10.根据权利要求9所述的绿色屋顶系统，其特征在于，所述蓄电区、所述第一种植区和所述第一存水区是通过隔板分割所述第一存储装置内部的空间而形成；所述第二种植区和所述第二存水区是通过隔板分割所述第二存储装置内部的空间而形成；所述第一存储装置沿所述屋顶四周布置形成封闭的环形，所述第二存储装置沿着第一存储装置布置且位于所述第一存储装置内，所述第二存储装置也为封闭环形，所述主体净化装置位于所述第二存储装置内且其外壁所述第二存储装置接触。
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