CN211210721U

CN211210721U - 基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统

Info

Publication number: CN211210721U
Application number: CN201922187622.0U
Authority: CN
Inventors: 邱皓南; 杨安龙; 徐英; 杨艺伟; 刘敏; 高峰
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2029-12-09

Abstract

本实用新型公开了一种基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，该系统包括至少一个独立的且能够拼接组合的绿色单元体（1）、以及补水池（2），其中绿色单元体（1）包括下部的蓄排水系统和上部的种植系统，蓄排水系统包括蓄排水池（3），在蓄排水池（3）的侧壁上设有接口（4），且蓄排水池（3）内设有用于支撑种植系统中的装土容器（6）的支柱（5），装土容器（6）的顶部开有地表径流排水口（7）、在装土容器（6）的内腔底部设有地下径流排水孔（8），且地下径流排水孔（8）的上方设有水能通过且能够阻挡土壤流失的垫层（9）。本实用新型的系统能够拦蓄土壤地表径流和地下径流，实现自动利用蓄水，必要时可集中补水灌溉。

Description

基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统

技术领域

本实用新型涉及绿色屋顶的蓄水和排水领域，具体地说是一种能够拦蓄土壤地表径流和地下径流且单元体之间能够互相拼接的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统。

背景技术

在文献《绿色屋顶屋面雨水集蓄利用系统初探》中，已有在绿色屋顶上设置雨水蓄集利用系统的案例，其结构布局较为复杂，并且随着屋顶面积的增大，蓄水池的数目也会随之增大，这易形成集中荷载，对于屋顶的承载能力有较高要求。采用整体布局，较难适应不同用户需求，该设计也并未给出详细的灌溉方案，且蓄水池中的水不便于利用，且可能因长时间不流通造成死水。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够拦蓄土壤地表径流和地下径流且单元体之间能够互相拼接的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：该系统包括至少一个独立的且能够拼接组合的绿色单元体、以及能够为绿色单元体补水的补水池，其中绿色单元体包括下部的蓄排水系统和上部的种植系统，其中蓄排水系统包括蓄排水池，在蓄排水池的侧壁上设有用于调节水流动的接口，且蓄排水池内设有用于支撑种植系统中的装土容器的支柱，装土容器的顶部开有地表径流排水口、在装土容器的内腔底部设有地下径流排水孔，且地下径流排水孔的上方设有水能通过且能够阻挡土壤流失的垫层。

所述的接口用于连通相邻绿色单元体中的蓄排水池、补水池的补水口以及排水管道。

所述的接口包括承接口和插接口，插接口能够插入相邻的承接口内。

所述的承接口为蓄排水池侧壁上的通孔、所述的插接口为凸出蓄排水池侧壁外壁的凸管。

任一蓄排水池的侧壁上皆设有两个承接口和两个插接口，以便于多个绿色单元体之间的连接。

所述地表径流排水口的数量为1～4个，且每个地表径流排水口处均设有挡网。

所述的垫层为土工布。

所述的种植系统中的装土容器内设有埋设在土壤中的棉绳，棉绳的另一端能够延伸到蓄排水池内储存的水中。

所述的棉绳向下穿过垫层和地下径流排水孔延伸至蓄排水池内储存的水中。

所述装土容器的侧壁上开有棉绳孔，棉绳孔位于蓄排水池的上沿上侧；所述的棉绳向外穿过棉绳孔延伸至蓄排水池内储存的水中。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型的系统采用一个绿色单元体与补水池组合或者多个绿色单元体进行相互拼接后与补水池组合，以满足不同用户的需求；该绿色屋顶集成系统能够拦蓄土壤地表径流和地下径流，实现自动利用蓄水，必要时可集中补水灌溉。

本实用新型通过种植系统拦蓄土壤地表径流和地下径流，蓄排水系统拦蓄种植系统的地表径流和多余入渗水量，地表径流通过地表径流排水口流向蓄排水系统，多余入渗水量通过地下径流排水孔流向蓄排水系统，在保证土壤蓄集大量雨水的同时将超过系统蓄水能力的多余水排走，有效避免死水的形成。

本实用新型通过通过棉绳孔沟通种植系统与蓄排水系统，自动利用蓄排水系统中的雨水，各绿色单元体之间可相互补给，必要时可利用补水池集中补水灌溉；绿色单元体之间能够互相拼接，总面积可根据用户需求变化，屋面形成的载荷均匀分布，降低对屋顶承载能力的要求。

附图说明

附图1为本实用新型的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统的结构示意图；

附图2为本实用新型的绿色单元体的结构示意图；

附图3为本实用新型的绿色单元体的纵向断面图；

附图4为本实用新型的装土容器的俯视图；

附图5为本实用新型的承接口和插接口连接结构示意图；

附图6为本实用新型的两个绿色单元体的连接状态示意图。

其中：1—绿色单元体；2—补水池；3—蓄排水池；4—接口；41—承接口；42—插接口；5—支柱；6—装土容器；7—地表径流排水口；8—地下径流排水孔；9—垫层；10—棉绳；11—棉绳孔。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-6所示：一种基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，该系统包括至少一个独立的且能够拼接组合的绿色单元体1、以及能够为绿色单元体补水的补水池2，其中绿色单元体1包括下部的蓄排水系统和上部的种植系统，其中蓄排水系统包括蓄集地表径流雨水和多余下渗雨水的蓄排水池3，在蓄排水池3的侧壁上设有用于调节水流动的接口4，接口4用于连通每一个绿色单元体1、并且用于补水和排水，实现水的流动；在蓄排水池3内设有用于支撑种植系统中的装土容器6的支柱5，支柱5实际上是承受整个种植系统的重量；装土容器6用于装放土壤基质，在装土容器6的顶部开有地表径流排水口7、在装土容器6的内腔底部设有排放土壤多余下渗雨量的地下径流排水孔8，且地下径流排水孔8的上方设有水能通过且能够阻挡土壤流失的垫层9。

进一步的说，接口4用于连通相邻绿色单元体1中的蓄排水池3、补水池2的补水口以及排水管道，该接口4包括承接口41和插接口42，插接口42能够插入相邻的承接口41内(如图5、6所示)；任一蓄排水池3的侧壁上皆设有两个承接口41和两个插接口42，以便于多个绿色单元体1之间的连接。关于承接口41和插接口42，举例说明两种情况：一种是承接口41为蓄排水池3侧壁上的通孔、插接口42为凸出蓄排水池3侧壁外壁的凸管；另一种为承接口41和插接口42为两个长度相同、孔径不同的管道，该管道分别插入蓄排水池3的侧壁上的通孔内，其中一个管道的外沿与相应通孔的外壁相平齐构成。

地表径流排水口7用于排放土壤表面的雨水，地表径流排水口7的数量为1～4个，且每个地表径流排水口7处均设有挡网。

垫层9一般选用土工布，土工布能够隔离土壤颗粒并且水流能够有效通过。

另外在种植系统中的装土容器6内设有埋设在土壤中的棉绳10，棉绳10的另一端能够延伸到蓄排水池3内储存的水中，棉绳10能够向种植系统自动补水；棉绳10的设置情况可为两种：一种是棉绳10直接向下穿过垫层9和地下径流排水孔8延伸至蓄排水池3内储存的水中；另一种是在装土容器6的侧壁上开有棉绳孔11，棉绳孔11位于蓄排水池3的上沿上侧，棉绳10向外穿过棉绳孔11延伸至蓄排水池3内储存的水中，棉绳10通过棉绳孔11沟通土壤和蓄排水池3。

本实用新型的系统中，装土容器6放置在蓄排水池3中，装土容器6的外壁距离蓄排水池3的内壁任一侧皆有间隙，以保证地表径流排水口7排出的雨水能够落入蓄排水池3中。

本实用新型的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统使用时，具有如下功能：

(1)如图1、2、3所示，雨水降落到土壤上，一部分通过渗透进入土壤，另一部分在土壤表面形成径流，地表径流通过地表径流排水口7流向蓄排水系统，多余入渗水量通过地下径流排水口8流向蓄排水系统，多余的径流(超过单元体蓄水能力的雨量)直接满溢到屋顶原有排水系统。

(2)利用毛细管作用，通过吸水的棉绳10由蓄排水池3向种植系统实现自动补水，吸水棉绳的数量、长度，依气候、种植的植物、种植介质的性质等不同，可根据试验或经验确定；棉绳10由种植系统的边壁打孔穿入，孔口不能过小，以保证棉绳自然状态为宜(如图3所示)。外围绿色单元体1的接口4可接排水管，在下一次暴雨来临之前放空蓄排水池3，以防止形成死水。

(3)在装土容器6的底部带有大量的地下径流排水口8(如图4所示)，并且设置一层有隔离土壤颗粒作用的土工布，对于土壤基质厚度的设置上选择开敞型绿色屋顶。

(4)绿色单元体1相互间的拼接采用承插连接，两个绿色单元体1之间的拼接如图5、图6所示，每个绿色单元体1都带有四个接口4，即两个承接口41和两个插接口42。

(5)补水池2与蓄排水系统连接，在必要时，可以对各绿色单元体1进行集中补水。

下面通过举例说明来解释本实用新型的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统所需采用的蓄排水池3。

(1)蓄排水池3的深度确定

蓄排水池3的蓄水量来自于两部分，一部分是种植系统的地表径流量、另一部分来自于渗入土壤中的多余水量(即入渗水量减去储存在土壤中的水量)。

地表径流量W₁用式(1)计算：

式(1)中，

为径流系数，按照屋面绿地取0.35(取自《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》GB 50400-2016)；P为设计降雨量(mm)；F₁为种植系统土表面积(m²)；F₂为蓄排水池3的净底面积(m²)。初步拟定F₁＝0.34×0.34(m²)、F₂＝0.36×0.36(m²)，F₁/F₂＝0.89，蓄排水池3的蓄水面积占蓄排水池3总面积的96％。

入渗多余水量W₂用下式计算：W₂＝V(θ-θ₀) (2)

式(2)中，V表示种植系统中土壤的体积(m³)，本系统为开敞型绿色屋顶(又称简单型绿色屋顶)，取土壤种植介质层厚度0.2m，则V＝0.2312(m³)；θ₀为土壤初始含水量(体积含水量)；θ表示田间持水率(体积含水量)。那么，需要拦蓄的水量为：

则蓄排水池3的蓄水深度：

举例说明：以扬州市邗江区10年一遇的最大24h降雨量为例，确定蓄排水池3的深度。假定种植系统的土壤为壤土，田间持水率取25.2％，初始含水率取为田间持水量的70％(θ与θ₀均为体积含水率)。根据《邗江工业园区防洪除涝规划》，10年一遇的最大24h降雨量为150.2mm。经计算，蓄水深度h为7.98。此结果表明，对于扬州地区，即使满足10年一遇的排涝标准。根据《室外排水规范》(GB50014-2006)，我国目前城市排涝标准仅为3～5年一遇)，蓄排水池3深度仅需要7cm，实际操作完全可行。蓄排水池3中的蓄水通过吸水的棉绳10向种植系统中提供水分。根据《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)，取草地每天耗水量5mm，则在连续无降雨情况下，此蓄水可满足19天的需水要求。

(2)地表径流排水口7的溢流口宽度确定

1)最大流量

由南京市建筑设计院应用数理统计法，江苏扬州地区屋面雨水设计流量采用下列公式

其中，q为设计暴雨强度L/(s·hm²)；p为设计重现期a；t为降雨历时且单位为min。根据《室外给水设计规范》(GB50014-2006)规定，浇洒绿地用水可按浇洒面积取1～3L/(m²·d)，此处产流面积即为一个单元的面积，浇洒定额取2L/(m²·d)，则浇洒单元体用水0.2312L/d，设计考虑储存一周的灌溉用水，则为1.6184L/周。

设计雨水流量公式

Q₁为雨水设计流量(L/s)；q为设计暴雨强度L/(s·hm²)；

为径流系数；F为汇水面积hm²，屋面重现期p＝3，其中

按绿化屋面取0.35，集水时间按5min

计算，设计流量Q₁＝8.5516*10^-4(L/s)

2)溢流口宽度

以矩形薄壁堰计算，采用公式

式中C_d为流量系数；b₀为有效宽度且单位为m；H₀为有效水头；其中取C_d为0.591，H₀为0.016m；Q₂＝Q₁时，则

算得b₀＝17.02cm。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：该系统包括至少一个独立的且能够拼接组合的绿色单元体（1）、以及能够为绿色单元体补水的补水池（2），其中绿色单元体（1）包括下部的蓄排水系统和上部的种植系统，其中蓄排水系统包括蓄排水池（3），在蓄排水池（3）的侧壁上设有用于调节水流动的接口（4），且蓄排水池（3）内设有用于支撑种植系统中的装土容器（6）的支柱（5），装土容器（6）的顶部开有地表径流排水口（7）、在装土容器（6）的内腔底部设有地下径流排水孔（8），且地下径流排水孔（8）的上方设有水能通过且能够阻挡土壤流失的垫层（9）。

2.根据权利要求1所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的接口（4）用于连通相邻绿色单元体（1）中的蓄排水池（3）、补水池（2）的补水口以及排水管道。

3.根据权利要求1或2所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的接口（4）包括承接口（41）和插接口（42），插接口（42）能够插入相邻的承接口（41）内。

4.根据权利要求3所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的承接口（41）为蓄排水池（3）侧壁上的通孔、所述的插接口（42）为凸出蓄排水池（3）侧壁外壁的凸管。

5.根据权利要求3所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：任一蓄排水池（3）的侧壁上皆设有两个承接口（41）和两个插接口（42），以便于多个绿色单元体（1）之间的连接。

6.根据权利要求1所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述地表径流排水口（7）的数量为1～4个，且每个地表径流排水口（7）处均设有挡网。

7.根据权利要求1所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的垫层（9）为土工布。

8.根据权利要求1所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的种植系统中的装土容器（6）内设有埋设在土壤中的棉绳（10），棉绳（10）的另一端能够延伸到蓄排水池（3）内储存的水中。

9.根据权利要求8所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述的棉绳（10）向下穿过垫层（9）和地下径流排水孔（8）延伸至蓄排水池（3）内储存的水中。

10.根据权利要求8所述的基于雨水蓄集利用的绿色屋顶集成系统，其特征在于：所述装土容器（6）的侧壁上开有棉绳孔（11），棉绳孔（11）位于蓄排水池（3）的上沿上侧；所述的棉绳（10）向外穿过棉绳孔（11）延伸至蓄排水池（3）内储存的水中。