CN115336490A - 一种无动力免维护绿色屋顶设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无动力免维护绿色屋顶设计系统，包括植物种植单元、溢流排水单元、储水单元、营养物质添加单元；植物种植单元位于屋顶之上，植物种植单元自上而下分别为绿植、基质层、保土用土工布、卵石承托层、网状交织排水板、防水层；植物种植单元的内部贯穿有多个超亲水材料柱状管。该绿色屋顶系统在干旱时，能够基于连通器和水的毛细作用力原理，将降雨时储备的渗滤水通过超亲水材料柱状管，无动力的将储备的渗滤水补充给土壤。且当降雨量过大时，雨水可不通过基质层发生溢流，避免了由于基质渗滤出的营养物质对环境造成污染。蓄水池连接有营养物质添加单元，可提高绿色植被的存活能力。可实现绿色屋顶的免维护和低维护。
Description
技术领域
本发明涉及绿色建筑技术领域，尤其是涉及一种无动力免维护绿色屋顶设计系统。
背景技术
透水性良好的湿地、草地、森林等，在城市化进程中被不透水下垫面(如道路、屋顶、广场等)取代，引发了城市内涝和面源污染等生态问题，而屋面占了不透水面的40～50％。通过建造绿色屋顶这一设施，能够在降雨过程中起到滞留雨水，减少径流和削减洪峰流量的作用。
现有的绿化屋顶系统和设计利用了雨水资源，降雨时对雨水进行渗蓄，干旱时用于滴灌绿植。但值得注意的是，大多设计的系统都并未顾及到植物生长所需的营养物质的添加，且运行维护过于复杂，需要大量人工管理。此外有学者研究表明，绿色屋顶植被和基质等材料中的可溶性物质(如营养盐和重金属等)会随雨水渗滤而流出，在面临植物生长所必需营养物质流失问题的基础上，同时也可能造成水环境的污染。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无动力免维护绿色屋顶设计系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无动力免维护绿色屋顶设计系统，包括植物种植单元、溢流排水单元、储水单元、营养物质添加单元；
所述植物种植单元位于屋顶之上，所述植物种植单元自上而下分别为绿植、基质层、保土用土工布、卵石承托层、网状交织排水板、防水层；
所述基质层、土工布、卵石承托层、网状交织排水板的内部贯穿有多个超亲水材料柱状管，所述超亲水材料柱状管顶部直达基质层的底部，所述超亲水材料柱状管包括PVC硬质管、超亲水材料，所述超亲水材料嵌入在所述PVC硬质管的内部，所述超亲水材料顶部伸出PVC硬质管部分呈扩张散开状，所述超亲水材料底部伸出PVC硬质管下端并插入网状交织排水板中；
所述溢流排水单元包括多个平行且等距排列的拦土不锈钢网，所述拦土不锈钢网竖直插入在所述基质层的内部，所述基质层表面呈倾斜状，所述基质层表面低处一端墙壁上设置有雨水溢流口；
所述储水单元包括蓄水池，所述网状交织排水板与所述蓄水池底部连通，所述营养物质添加单元与所述蓄水池连接。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述基质层为湿密度低的改良土。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述土工布为合成纤维编织的有纺土工布。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述卵石承托层的卵石直径为8～16mm。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述防水层为厚度不小于5mm的聚乙烯胎高聚物改性沥青防水卷材。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述超亲水材料的水接触角小于5°。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述网状交织排水板为HDPE塑料蓄排水板。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述蓄水池的内部安装有超声液位计。
优选地，上述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其中所述营养物质添加单元与所述蓄水池之间安装有蠕动泵。
本发明的有益效果是：该绿色屋顶系统在干旱时，能够基于连通器和水的毛细作用力原理，将降雨时储备的渗滤水通过超亲水材料柱状管，无动力的将储备的渗滤水补充给土壤。且当降雨量过大时，雨水可不通过基质层发生溢流，这避免了由于基质渗滤出的营养物质对环境造成污染。此外，蓄水池连接有可根据水位变化自动投加营养液的营养物质添加单元，进行营养液补充能够有效保证植物的正常生长，提高绿色植被的存活能力。该绿色屋顶系统可实现绿色屋顶的免维护和低维护，减少运行中人工费用的投入。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为超亲水材料柱状管的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、绿植，2、基质层，3、土工布，4、卵石承托层，5、网状交织排水板，6、蓄水池，7、连通孔，8、蠕动泵，9、营养液储备罐，10、超声液位计，11、超亲水材料柱状管，11－a、PVC硬质管，11－b、水汽输送延伸头，11－c、底部吸水头，12、拦土不锈钢网，13、雨水溢流口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种无动力免维护绿色屋顶设计系统，包括植物种植单元、溢流排水单元、储水单元、营养物质添加单元。
植物种植单元位于屋顶之上，植物种植单元自上而下分别为绿植1、基质层2、保土用土工布3、卵石承托层4、网状交织排水板5、防水层。上述绿植1的选取应根据建筑物高度、面积及当地气候特点，选取具有耐旱、抗风、喜光等特点的植物；基质层2铺设厚度为200mm，基质层2可选取湿密度较低的改良土，其组成为田园土：草炭：蛭石＝2：2：1；土工布3为合成纤维编织的有纺土工布；卵石承托层4铺设厚度为100mm，卵石承托层4的卵石直径为8～16mm；网状交织排水板5为HDPE塑料蓄排水板，网状交织排水板5厚度为150mm；防水层为厚度不小于5mm的聚乙烯胎高聚物改性沥青防水卷材。
基质层2、土工布3、卵石承托层4、网状交织排水板5的内部贯穿有多个超亲水材料柱状管11。如图2所示，超亲水材料柱状管11包括PVC硬质管11－a、超亲水材料，超亲水材料嵌入在PVC硬质管11－a的内部，PVC硬质管11－a材料为直径200mm的PVC管，超亲水材料采用多巴胺和聚乙烯亚胺改性后聚氨酯海绵材料，超亲水材料的水接触角小于5°。超亲水材料柱状管11顶部直达基质层2的底部。超亲水材料顶部伸出PVC硬质管11－a部分为水汽输送延伸头11－b，呈扩张散开状。超亲水材料底部即底部吸水头11－c伸出PVC硬质管11－a下端并插入网状交织排水板5中。基于连通器原理和水的毛细作用，可将蓄水池6内雨水无动力传导至基质层2。
溢流排水单元包括多个平行且等距排列的拦土不锈钢网12，拦土不锈钢网12竖直插入在基质层2的内部。基质层2表面设置坡度为1％，土层表面间隔2米设置拦土不锈钢网12，基质层2表面低处墙壁设置雨水溢流口13，雨水溢流口13的开孔中心高于基质层2低处表面50mm，雨水溢流口13孔径为50mm。旨在当降雨量过大，储水系统达到最大设计储水量时，雨水能够不通过基质层2等渗透，直接在基质层表面溢流出水，避免渗透出水带出大量基质层中的营养物质。
储水单元包括蓄水池6，营养物质添加单元包括营养液储备罐9、蠕动泵8，营养液储备罐9与蓄水池6连接，且营养液储备罐9与蓄水池6之间安装有蠕动泵8。营养液储备罐9内的营养液根据植物种类择优选取。蓄水池6与底部的网状交织排水板5通过底部连通孔7联通并设置闸门，按每间隔4m设置一连通孔7，连通孔7尺寸为140mm×200mm。蓄水池6内顶部装设超声液位计10，通过对蓄水池6内液面进行监测，当蓄水池6中水位先后达到低水位和高水位时将给出信号，蠕动泵8将一次性按照设定的容积进行营养液投加。蓄水池6建于基质层2表面较高侧，与植物种植单元分隔，蓄水池6底部设置防水层，标高同网状交织排水板5底面标高相同，蓄水池6设计充满水位标高与基质层2表面的低侧标高相同。所述营养液的加入，能够有效提高所储蓄水的渗透压，而这一情况是有利于超亲水材料的浸润过程的，能够增强底部水汽向上的竖向输送过程。
降雨时，雨水优先浸润基质层2，当基质层2达到水饱和后，雨水将以此渗滤通过土工布3、卵石承托层4，进入到底部的网状交织排水板5，进行储备。干旱时，底部雨水通过超亲水材料柱状管11，在毛细作用力下，向上部土壤进行水汽输送。
当降雨量较大时，基质层2土壤含水率达到饱和，雨水通过渗滤进入底部的网状交织排水板5，随着降雨继续进行，多余的雨水会在底部吸水头11－c的作用下通过底部的连通孔7进入到蓄水池6，而当降雨量继续增大时，蓄水池6内水位高于限定值，各层材料达到水饱和时，雨水将通过基质层2表面低侧墙的雨水溢流口13处溢流，并统一进入到屋顶排水管。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：包括植物种植单元、溢流排水单元、储水单元、营养物质添加单元；
所述植物种植单元位于屋顶之上，所述植物种植单元自上而下分别为绿植(1)、基质层(2)、保土用土工布(3)、卵石承托层(4)、网状交织排水板(5)、防水层；
所述基质层(2)、土工布(3)、卵石承托层(4)、网状交织排水板(5)的内部贯穿有多个超亲水材料柱状管(11)，所述超亲水材料柱状管(11)顶部直达基质层(2)的底部，所述超亲水材料柱状管(11)包括PVC硬质管(11－a)、超亲水材料，所述超亲水材料嵌入在所述PVC硬质管(11－a)的内部，所述超亲水材料顶部伸出PVC硬质管(11－a)部分呈扩张散开状，所述超亲水材料底部伸出PVC硬质管(11－a)下端并插入网状交织排水板(5)中；
所述溢流排水单元包括多个平行且等距排列的拦土不锈钢网(12)，所述拦土不锈钢网(12)竖直插入在所述基质层(2)的内部，所述基质层(2)表面呈倾斜状，所述基质层(2)表面低处一端墙壁上设置有雨水溢流口(13)；
所述储水单元包括蓄水池(6)，所述网状交织排水板(5)与所述蓄水池(6)底部连通，所述营养物质添加单元与所述蓄水池(6)连接。
2.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述基质层(2)为湿密度低的改良土。
3.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述土工布(3)为合成纤维编织的有纺土工布。
4.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述卵石承托层(4)的卵石直径为8～16mm。
5.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述防水层为厚度不小于5mm的聚乙烯胎高聚物改性沥青防水卷材。
6.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述超亲水材料的水接触角小于5°。
7.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述网状交织排水板(5)为HDPE塑料蓄排水板。
8.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述蓄水池(6)的内部安装有超声液位计(10)。
9.根据权利要求1所述的无动力免维护绿色屋顶设计系统，其特征在于：所述营养物质添加单元与所述蓄水池(6)之间安装有蠕动泵(8)。
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