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第四届生态文明创意设计大赛 基于楼顶花园绿化和能源 的最优设计 学 院： 机械工程学院 负 责 人： 毕付 团队成员： 彭关龙、丁康宁 指导教师： 王迪 填写日期： 2016.11 基于楼顶花园绿化和能源的最优设计 目录 一、背景及问题提出 1 二、解决方法 1 三、具体实施 1 1、植物结构层次的安排 1 2、植物的选择 1 3、太阳能电池板的布置 2 4 、注意事项 2 四、绿化和能源利用的最优配置 3 1、思路综述 3 2、建立模型 3 五、自动浇水系统采用的技术方案 4 六、自动控制的具体实施 6 1、病症监控 6 2、灌灌与杂草预防 6 3、细节说明 6 七、总结 7 八、附录 8 1、雾霾 8 2、太阳能电池板发电量计算 8 3、热岛效应 8 4. 绿化覆盖率与热岛效应 8 5、水肥一体化技术 9 6、滴灌 9 7、各个元素对植物的影响 9 8、能吸收有害物质的植物 10 9、凸优化 10 基于楼顶花园绿化和能源的最优设计 基于楼顶花园绿化和能源的最优设计 一、背景及问题提出 随着我国经济及各方面的迅猛发展，城市化进程如火如荼。城市中高密度的 楼群一方面使我们居住周围的绿化面积大幅度减少，另一方面，在一定程度上导 致城市“热岛效应”的出现。为了一个理想的居住环境，我们期待一个有效的设 计来解决这个问题。 二、解决方法 城市中有大面积空置的楼顶，因此我们构思设计基于自动控制系统的顶花 园。楼顶花园能够净化空气、改善局部小气候，丰富城市的俯仰景观，还能补偿 建筑物占用的绿化地面。而且能有效改善城市“热岛效应”，最大程度上减少雾 霾等对人类健康的影响。目前，国内大多数的建筑楼顶上都安装有利用太阳能的 装置。因此，我们要寻求绿化和能源利用之间的最优配置以期达到最大效益。 三、具体实施 基于自动控制系统的楼顶花园，根据用途的不同可分为住宅型、商业型以及 办公型等几大类。下面以住宅型为例具体说明我们的构思。 1、植物结构层次的安排 为了能够充分利用阳光，我们设置三类高度不同的植物。 第一类植物：鉴于楼顶承重问题我们采用无土草坪；无土佛甲草是在特制基 质上培育生长的，所谓特制基质是用工业废料经高温杀菌、消毒制成，而用它种 植佛甲草充分体现了废旧物品再生利用，具有循环经济特征及环保意义；第二类 植物：选择矮型花灌木，如垂盆草、半支莲等；第三类植物：选择爬蔓植物，如 爬山虎、紫藤、五叶地锦、凌霄。它们能够直接覆盖在屋顶或墙面，形成绿色的 地毯。 2、植物的选择 兼顾到楼顶花园绿化植株面积布局与太阳能热水器（太阳能电池板）占地面 积等因素，花园植物的高度不应遮挡阳光对集热器的直射, 以保证太阳能集热器 的集热效率。并且, 植物不能攀沿在集热器上。因此, 在安装有集热器的屋面可 选取草本、地被植物和部分小灌木。屋面的其余构架旁可种植爬藤类的植物, 增 加美观效果及屋面的保温隔热性能。 楼顶花园大部分地方为全日照直射，光照强度大，植物应尽量选用阳性植物， 楼顶的种植层较薄，为了防止根系对屋顶建筑结构的侵蚀，应尽量选择浅根系的 植物。在楼顶上空风力一般较地面大，特别是雨季或有台风来临时，风雨交加对 1 基于楼顶花园绿化和能源的最优设计 植物的生存危害最大，加上屋顶种植层薄，土壤的蓄水性能差，一旦下暴雨，易 造成短时积水，故应尽可能选择一些抗风、不易倒伏，同时又能耐短时积水的植 物。 3、太阳能电池板的布置 因为季节和每天时刻的不同，太阳照射角度都在不断变化，为使阳光都能以 90°倾角照射到极板上，我们设想在阳光照射角度没达到