摘 要：环境污染、能源危机、城市内涝、热岛效应日益突出，人们对于环境的重视程度越来越高，屋顶绿化是当代城市发展的必由之路，但是屋顶绿化至今无法大规模应用，在于较高的生产成本和后期维护费用，太阳能取之不尽，用之不竭，是人类能源发展的方向。针对于此，本文提出通過工厂模块化生产，实现光伏发电与屋顶绿化相结合，优势互补，解决屋顶绿化中的实际问题，为今后屋顶绿化提供了一种可行的方案。

关键词：模块化 装配式 光伏发电 屋顶绿化 建筑节能

近年来城市越来越迫切地呼唤绿色空间，绿色节能、持续发展成为人们寻求新的优化人居环境方式的方向。21世纪人类共同的主题是可持续发展，对于城市建筑来说亦必须由传统高消耗型发展模式转向高效绿色型发展模式，绿色建筑正是实施这一转变的必由之路，是当今世界建筑发展的必然趋势。

本项目研究的先进性及独特性有：1、装配式生产、模块化安装：本项目采用工厂内预制装配式生产，安装时由于其模块化的特性更为方便快捷，提高效率、节约成本。2、光伏发电：响应国家新能源发展政策，将屋顶绿化与光伏发电相结合。太阳能电池板实现光能的转化，气凝胶层最大效率的发挥了其保温隔热储能的性质。3、智能控制：本系统主要有智能收集雨水、智能灌溉与电池板智能开关功能。本系统主要靠传感器来实现智能化，由太阳能电池板实现光能的转化，太阳能板下方气凝胶层储存电能供给本系统和住户电能。

一、装置动力来源----光伏发电

本产品拟利用光伏发电板为整个系统提供持续可靠的能源供应，保证整个装置顺利高效运转，相当于整个装置的“发动机”。本产品核心构件“植物绿化块”上部采用太阳能光伏板，据测算，在晴好状态下，一块太阳能板一小时可发电75W左右，从而最大限度实现建筑节能。

二、装置控制系统----智能控制

本系统主要有智能收集雨水、智能灌溉与电池板智能开关功能。本系统主要靠传感器来实现智能化，由太阳能电池板实现光能的转化，太阳能板下方气凝胶层储存电能供给本系统和住户电能。以此避免人员长时间停留在屋顶，既减轻了管理人员对植物的管理，又保证了屋顶所能承受的载荷在许可范围之内。

整块太阳能板西低东高，西侧为蓄水池，太阳能板可绕东西向中轴转动，保证光能利用率。太阳能玻璃板的转动角度由光传感器控制，光感传感器则通过测定光照强度、入射角方向来控制太阳能玻璃板开合角度，从而实现光能的最大利用。

下雨时，雨水通过一定坡度的太阳能玻璃板导入绿化块的蓄水池中，作为灌溉用水。植物根部的土壤温度、湿度传感器通过测定土壤的温度湿度来判断植物是否缺水，以此来控制滴灌系统自动灌溉。系统自动测量灌溉区内土壤湿度和空气温度，如果缺水，就在蓄水池水量满足条件的前提下打开开关，进行灌溉。

三、装置生产方案----装配式生产

本方案受未来建筑业发展方向的启迪，采用装配式生产，为提高生产效率，最大限度的节约生产成本，预先在生产厂房内模块化加工生产本产品的核心科技——“植物绿化块”，屋顶采用合金材料进行分隔并加以固定，安装时直接将“植物绿化块”放入分隔后的格子中，从而起到固定的作用。

四、装置设计----模块化

就现状来看，很多用户担心屋顶绿化技术不成熟会造成屋顶漏水，“植物绿化块”在根本上解决了这一问题，由于“植物绿化块”是模块化直接放置在屋顶上，与普通绿化技术不同，并不会对屋顶原有结构有任何影响。

五、装置材料----合理用材

装置外壳采用气凝胶。气凝胶层最大效率的发挥了其保温隔热储能轻质的性质。气凝胶中一般80%以上是空气，有非常好的隔热效果，还有其高透光度与固态的性质，优于传统使用低温液体或是高压空气的作法。同时，其轻量的性质也是优点之一。它的主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8%都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。绿化块内部的培养基标准构造大致由结构层、防水层、根阻层、排水层、隔离过滤层、种植基层和植被层组成，而参与雨水管理的主要结构为植被层、种植基质层、排水层。

六、植被选取----生命力强

植被层是绿色节能屋顶发挥生态效益的主要功能层之一，因此，植物的选择应以适应绿化块尺寸和当地气候及屋顶生态环境特点为基本出发点。考虑到植物绿化块空间有限，因此我们选择了一种茎高较低的植物——佛甲草。本产品选取最大茎高为10cm左右的佛甲草，其含水量极高，其叶、茎表皮的角质层具有超常的防止水分蒸发的特性。佛甲草生长适应性强，耐寒、耐旱、耐盐碱、耐瘠，抗病虫害，茎肉多汁，碧绿的小叶宛如翡翠，整齐美观，既可作为盆栽欣赏，也可露天观赏。

另外，在屋顶上添加大量的绿色植物有不少用户会担心植物的病虫害问题。这个问题在产品设计初期就已经想好了解决方法：一开始我们就选用无菌的种子、种苗，因此我们在屋顶绿化完成时，就向用户提供安全可信任的种苗。控制环境以抑制植物疾病：如果温室的湿度越高，相对地，产生疾病的机率也就越高，因为大多数的疾病都是滋生于湿度高、水气多的环境，而湿度的最高限度是在85%。

七、结语

本产品设计将光伏发电与屋顶绿化相结合，二者相辅相成，降低了装置的衰减率，同时依靠智能管理、智能控制，最大限度的实现了建筑节能的目标。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，同时对缓解城市热岛效应、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顶寿命、降低顶层房间空调能耗有重要作用，已经成为建筑节能发展的新方向，引起了国内外众多研究者的重视。该产品既满足了节能设计的要求，又能充分利用新型材料，同时，通过一定的方式实现雨水收集与再利用，这一点也为海绵城市的建设起到一定促进作用。

参考文献：

[1]刘学祥.绿化模块在垂直绿化中的综合应用[Jl.上海农业科技，2010.03：P111一114

[2]董科儿.浅析城市空间的立体绿化[J].美与时代，2007.01.30： P86-88

作者简介：

于辉（1996.03-），男，汉族，山东德州人，学生，本科，主要从事土木工程方向研究。