一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统及方法，主要利用超强吸水材料串联雨水收集与屋顶绿化两大系统，由屋顶绿化系统的植物蒸腾作用，通过置于雨水管网内的超强吸水材料，吸收地面下雨水收集池内雨水，用于植物自身生长所需。本发明以被动式方式利用雨水回用屋顶绿化浇灌，解决雨水回用能耗问题，不仅充分利用了雨水，还降低了屋顶绿化浇灌、管理成本等。

说明书

技术领域

本发明属于水资源利用技术领域，尤其涉及一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统及方法。

背景技术

随着绿色建筑概念在国内的推广发展，雨水收集、屋顶绿化对建筑从业者和普通的建筑使用者变得不在陌生。

我国屋顶绿化建设已经取得了很大的进展，技术也相当成熟，但是目前仍没有得到大面积的推广，最主要还是建设、运营管理等成本增加问题。而且如果要满足绿色建筑标准要求，按照目前常用技术还需增设雨水回用泵，以提取雨水集水池内雨水用于浇灌屋顶绿化植物，进一步增加建设和运用成本。

另外，虽然从我国最早的《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006中就突出雨水利用，为我国各类建筑的节水方案提供指导，但是很多绿色建筑设计存在“凑条数”而照本宣科地按照标准选择技术，造成雨水收集系统设计但不落实、施工但不合理、建成但不运营等乱象。

雨水收集、屋顶绿化理念虽然深入人心，但其技术通常都是单项使用，如何充分将雨水回用到屋顶绿化，目前技术较为缺乏，常用技术都是靠雨水回用泵提取屋顶绿化浇灌用水，运营成本增加、管理繁琐，综合两套系统技术效益有待提升。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，发明的目的在于提供一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统及方法，以被动式方式利用雨水回用屋顶绿化浇灌，解决雨水回用能耗问题，不仅充分利用了雨水，还降低了屋顶绿化浇灌、管理成本等。

为实现上述目的及其他相关目的，发明技术方案如下：

一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统，包括屋顶绿化土壤层、雨水收集管道和集水池，所述屋顶绿化土壤层内设置有吸水结构，该吸水结构由雨水收集管道延伸至集水池内，所述雨水收集管道上设置有用于支撑吸水结构的固定装置。

采用上述结构，吸水结构一部分置于屋顶绿化土壤层内，一部分位于雨水收集管道内。利用植物的蒸腾作用，加速根部吸收土壤中的水，从而使周围的水流向根部组织区域，促使置于土壤层中的吸水结构吸收集水池内雨水，自动补充土壤中植物所需水含量，从而达到雨水回用和植物自动浇灌的目的。

作为优选：所述吸水结构包括绳索状的支撑主体以及包覆在支撑主体上的连续的吸水层。

作为优选：所述支撑主体为不锈钢钢丝，一方面具有一定抗拉强度，承受吸水层的拉力，另一方面耐腐蚀，所述吸水层由超强吸水高分子材料制成。

作为优选：所述吸水结构包括位于屋顶绿化土壤层内的第一吸水段、位于雨水收集管道内的第二吸水段以及连接在第一吸水段和第二吸水段之间的中间吸水段，所述固定装置为“Y”型的固定架，所述固定架支撑在雨水收集管道上端的雨水斗上，所述中间吸水段呈“Y”型，并支撑与所述固定架上。

作为优选：所述固定架由不锈钢管制成，所述吸水结构的支撑主体穿过固定架后分为两条吸水支路，两条吸水支路穿过所述雨水斗并在雨水收集管道内缠绕形成“8”型结构，两条吸水支路的下端接入集水池内。

所述“8”型不锈钢丝设置于超强吸水高分子材料内，所述“8”型不锈钢丝固定形式能够分解超强吸水高分子材料自身重力，减少向下压力，使雨水收集管道内置部分超强吸水高分子材料在吸水后避免被自身上部分压力挤压而失水，所述“Y型”固定架用于连接吸水结构的管道内置部分和屋顶绿化土壤层内置部分，并起固定、承重作用。

作为优选：所述固定架由不锈钢管制成，所述雨水斗包括不锈钢空气挡板、不锈钢夹圈和不锈钢底盘，所述固定架的两支管端镶嵌于不锈钢空气挡板内。

作为优选：所述吸水结构在屋顶绿化土壤层内以“S型”方式水平布置。

作为优选：所述吸水结构在屋顶绿化土壤层内距屋顶绿化土壤层底部5cm-10cm处。

作为优选：所述屋顶绿化包括植被层、土壤层、保护层、排水口周围砾石，所述土壤层厚度为30cm-60cm，所述保护层包括防水层和防根层，所述集水池在地面以下，所述吸水结构下端固定在集水池底部。

作为优选：所述超强吸水高分子材料采用聚丙烯酸或聚丙烯盐制成。

本发明还提供了一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用方法，利用上述系统，所述方法实现步骤如下：

雨水沿雨水收集管道收集储存于雨水收集池内；

利用渗透作用原理，水会由浓度低的地方向浓度高的地方流动，植物根部组织的液体浓度高于土壤周围的水环境浓度，植物根部就会向土壤中吸水。另外，通过植物叶子产生的蒸腾作用，植物的叶子由于被蒸发掉水分的原因，会需要根部的水分来支援，就像水泵一样，这样的蒸腾作用会加速根部吸收土壤中的水，从而使周围的水流向根部组织区域。因此，通过植物蒸腾作用促使置于土壤层中的超强吸水高分子材料吸收雨水收集池内雨水，自动补充土壤中植物所需水含量。

在植物夜晚不产生蒸腾作用，没有蒸腾拉力时，因超强吸水高分子材料能够保持吸收大量雨水而不至于回落入雨水收集池中，从而使雨水在整个系统内水柱不断裂保持张力，直至再有蒸腾拉力时，继续向上渗透。

如上所述，发明的有益效果是：

本发明雨水收集管道不仅是收集雨水管道，也是雨水回用通道。此外，所述雨水回用系统将雨水收集系统与屋顶绿化系统相结合，解决了屋顶绿化用水需求，植物可以按照自身所需进行吸水，有利于花草的生长，使绿化运行成本降低更易管理，使雨水资源得到充分利用，解决雨水回用能耗问题。

附图说明

图1为基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统示意图；

图2为图1中屋顶与雨水收集管道转换处放大示意图；

图3为“Y型”不锈钢固定架示意图；

图4为基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用方法原理图。

零件标号说明

1植被层

2土壤层

3吸水结构

31吸水层

32支撑主体

4保护层

5屋顶结构

6女儿墙

7排水口周围砾石

8雨水斗

81不锈钢空气挡板

82不锈钢夹圈

83固定栓

84不锈钢底盘

9雨水收集管道

10固定架

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解发明的其他优点及功效。

如图1至图3所示，一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用系统，包括屋顶结构5、屋顶绿化土壤层2、雨水收集管道9和集水池(图中未示出)，屋顶绿化土壤层2内设置有吸水结构3，该吸水结构3由雨水收集管道9延伸至集水池内，所述吸水结构3包括绳索状的支撑主体32以及包覆在支撑主体32上的连续的吸水层31，雨水收集管道9上设置有用于支撑吸水结构3的固定装置。

其中雨水收集管道9包括PVC管道和位于PVC管道上端的雨水斗8，雨水斗8包括不锈钢空气挡板81、不锈钢夹圈82、不锈钢底盘84、固定栓83等结构，屋顶绿化包括由上至下形成的植被层1、土壤层2、保护层4，保护层4包括防水层和防根层，土壤层2一侧设置有用于防护的排水口周围砾石7，还包括女儿墙6等。

进一步的方案是支撑主体32为不锈钢丝，一方面具有一定抗拉强度，承受吸水层31的拉力，另一方面耐腐蚀，所述吸水层31由超强吸水高分子材料制成，可采用采用聚丙烯酸或聚丙烯盐等现有材料制成。

本例中吸水结构3包括位于屋顶绿化土壤层2内的第一吸水段、位于雨水收集管道9内的第二吸水段以及连接在第一吸水段和第二吸水段之间的中间吸水段，第一吸水段在屋顶绿化土壤层2内以“S型”方式水平布置，优选为距屋顶绿化土壤层2底部5cm-10cm处。

所述固定架10支撑在雨水收集管道9上端的雨水斗8上，所述固定装置为“Y”型的不锈钢管制成的固定架10。本例中固定架10的两支管端镶嵌于不锈钢空气挡板81内。所述中间吸水段呈“Y”型，并穿过所述固定架10，不锈钢丝穿过固定架10后分为两条钢丝，两条钢丝穿过所述雨水斗8并在雨水收集管道9内缠绕形成“8”型结构，吸水层31设置在该“8”型结构钢丝上，从而形成第二吸水段，第二吸水段的下端接入集水池内。支撑主体32如果整体采用直线型的不锈钢丝，在向下弯折的转角处，吸水层可31能存在断裂无法吸水的情况。而本方案中采用“Y”不锈钢丝，一方面避免了吸水层31在转角处的断裂，另一方面起到较好的支撑作用，防止下滑。

所述“8”型不锈钢丝设置于超强吸水高分子材料内，“8”型不锈钢丝固定形式能够分解超强吸水高分子材料自身重力，减少向下压力，使雨水收集管道9内置部分超强吸水高分子材料在吸水后避免被自身上部分压力挤压而失水，所述“Y型”固定架10用于连接吸水结构3的管道内置部分和屋顶绿化土壤层2内置部分，并起固定、承重作用。

进一步地，所述集水池在地面以下，第二吸水段的不锈钢丝下端固定在集水池底部。

如图4所示，本发明还提供了一种基于植物蒸腾作用的屋顶绿化雨水利用方法，利用上述系统，所述方法实现步骤如下：

雨水沿雨水收集管道9收集储存于雨水收集池内；

利用渗透作用原理，水会由浓度低的地方向浓度高的地方流动，植物根部组织的液体浓度高于土壤周围的水环境浓度，植物根部就会向土壤中吸水。另外，通过植物叶子产生的蒸腾作用，植物的叶子由于被蒸发掉水分的原因，会需要根部的水分来支援，就像水泵一样，这样的蒸腾作用会加速根部吸收土壤中的水，从而使周围的水流向根部组织区域。因此，通过植物蒸腾作用促使置于土壤层2中的超强吸水高分子材料吸收雨水收集池内雨水，自动补充土壤中植物所需水含量。

在植物夜晚不产生蒸腾作用，没有蒸腾拉力时，因超强吸水高分子材料能够保持吸收大量雨水而不至于回落入雨水收集池中，从而使雨水在整个系统内水柱不断裂保持张力，直至再有蒸腾拉力时，继续向上渗透。

与现有技术相比，本发明雨水收集管道9不仅是收集雨水管道，也是雨水回用通道。此外，所述雨水回用系统将雨水收集系统与屋顶绿化系统相结合，解决了屋顶绿化用水需求，植物可以按照自身所需进行吸水，有利于花草的生长，使绿化运行成本降低更易管理，使雨水资源得到充分利用，解决雨水回用能耗问题。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由发明的权利要求所涵盖。