垂直森林建筑灌溉系統分析

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摘要：隨著“城市森林化”理念的提出，對建筑生態化越來越重視。由于垂直森林建筑涉及植物灌溉問題，本文分析了“垂直森林”建筑的關鍵組成部分———智能化灌溉系統的技術組成，以期人們能對智能化灌溉在建筑綠化中的應用有更深入的了解和推廣新技術的應用。

關鍵詞：垂直森林；建筑；智能灌溉；計算機

當前城市缺乏足夠的公共綠地來調節城市環境，隨著建筑層次逐漸增高和密度增大，人們對綠色人居環境的迫切性越來越強[1]。為此，“城市森林化”、“城市生態化”、“花園城市”等口號相繼提出，使用各種先進技術手段開展建筑垂直綠化，建設了空中森林、垂直村落、垂直城市等，以補充城市綠化不足[2]。垂直森林建筑是現代建筑綠化的創舉，通過植物與建筑的垂直界面相結合，開拓了城市綠化的新空間，其集建筑學、植物學、物理學、材料學、環境學、灌溉學等多門學科技術于一身[3]。由于垂直森林建筑一般比較高，垂直綠化手段的日趨復雜，且建筑立面有不易達到的位置或綠化面積較大等因素，為此智能灌溉是垂直森林建筑綠化成敗的關鍵技術環節。

1智能灌溉系統

由于植物因光照條件和生長高度不同，其需水量也差異明顯，除了植物灌溉外，還要將液態肥料輸送到每個種植單元中，滿足植物的生長需求[4]，因此“垂直森林”使用了智能灌溉系統。智能灌溉系統可根據植物種類、生活階段、建筑位置高度、氣候因素等差異供給植物適宜的水分和養分。其可以獨立管理不同區域的種植設備，通過遠程控制的探測器監控植物土壤的濕度數據和植物的實際需求實現調整灌水量。1.1智能灌溉系統原理。垂直森林建筑的灌溉系統由中央控制計算機、傳感器、數據采集系統、數據存儲中心、控制中心、電磁閥及灌溉系統組成，制定相應的灌溉制度，通過傳感器將土壤墑情實時傳送中央控制系統，判定灌溉時間和灌溉量。當土壤含水率指標小于設定下限值時，自動開啟電磁閥灌溉，當土壤含水率指標大于設定上限值時，控制系統將自動關閉相應區間電磁閥停止灌溉。1.2智能灌溉系統特點。（1）智能灌溉系統采用計中央算機控制智能決策灌溉，防止人工開啟閥門的隨意性，既保證了灌溉精度、灌溉時間、灌溉水量，又能方便對植物灌溉施肥的管理，并節約人力成本。（2）智能灌溉系統采用先進的水肥混合技術，可自由設定施肥時間和管道沖洗時間，施肥均勻性高，濃度可調，根據植物種類和生長不同階段的灌溉施肥制度進行灌溉和施肥。（3）自動灌溉系統除全自動控制外，系統還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式，控制方式多樣，適應多樣化的管理。1.3智能灌溉系統組成。1.3.1中央控制計算機。中央計算機控制灌溉系統，將與植物需水相關的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風速等）和土壤濕度通過自動電子氣象站和傳感器反饋到中央計算機數據分析中心。數據傳輸到分析中心之后，經過對數據的處理和分析，與預設值進行對比，自動決策不同區域、不同植物的所需灌水量，再發出命令是否需要進行灌溉等一系列動作，通知相關的執行設備，開啟或關閉某個區域子灌溉系統。1.3.2數據采集系統。智能灌溉系統的數據采集是由土壤水分（濕度）傳感器來完成的，土壤水分傳感器能夠實時的將土壤表面和土壤內部的水分情況通過數據傳輸中心將數據傳輸于分析和控制中心，也能實時的顯示在傳感器顯示器，PC端，APP端或者智能DTU上。采集的數據通過有線方式或者無線頻段傳輸到數據存儲、分析、顯示端，無線抗干擾能力強，傳輸距離遠。有線傳感器數量使用較多則布局稍微復雜一點。1.3.3數據存儲中心。將采集的數據存儲于DTU的內置SD卡或者直接上傳于PC機并且存儲于PC機的硬盤內，以便用戶查閱和導出相關數據，導出的數據可用作歷史數據，對于土壤質地和植物生長走勢進行分析和后期預處理。系統并且外接打印機，可以將數據打印出來進行紙質存檔。1.3.4控制中心?？刂浦行挠糜诳刂乒喔仍O備，控制中心通過接受上級指令對“垂直森林”的分區域控制灌溉。主要是通過監測的實時數據來選擇控制的區域和流量，可以根據用戶設定的上下限值自動控制，也可以手動控制。1.3.5灌溉系統。灌溉系統由灌溉設備組成，包括管道、蓄水池、閥門、電磁閥、滴灌等。水管沿結構框架進行布置，部分可直接布置在結構構件中，通過水泵增壓將水份和養分輸送到不同區域的植物。滴灌管排口不與植物生長基質直接接觸，采用微灌技術避免了滴管堵塞的隱患，增強了灌溉系統運行的穩定性。

2結語

隨著智能灌溉自動化控制技術成熟，相關研究已深入到將氣象因素、蒸騰量和土壤含水率相結合的綜合灌溉控制[5]，將使未來“垂直森林”設計會把更多的植物元素同建筑結構及空間環境相結合，體現了綠色建筑的低碳理念，對構建城市新的生態微環境，改善城市生態環境等具有深遠的意義。

參考文獻：

[1]張寧遠.垂直森林城市綠洲[J].中國房地產業,2014(7):100-103．

[2]斯坦法諾•博埃里,胥一波.生態多樣性米蘭垂直森林雙塔[J].時代建筑,2015(1):126-133．

[3]熊芳.城市空間中立體綠化設計的探討[D].武漢:湖北工業大學,2012:7.

[4]管繼剛.物聯網技術在智能農業中的應用[J].通信管理與技術,2010(3):24-27,42.

[5]吳玉瓊.垂直綠化新技術在建筑中的應用[D].廣州:華南理工大學,2012:33

作者:陳浩良 單位:福建省福安市第一中學