基于“電子信息+”屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)的探索與研究

趙亦悅

摘 要 隨著科技的發(fā)展與社會的進(jìn)步，身居繁華城市中的許多人都夢想擁有一個屬于自己的綠色“精神家園”。然而，隨著屋頂花園規(guī)模不斷地擴(kuò)大和種植品種的增加，傳統(tǒng)的管理模式和原有澆灌方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需求，城市屋頂花園的管理需要和大幅度降低能源成本的問題亟待解決。

關(guān)鍵詞 “電子信息+”；節(jié)能澆灌；智能系統(tǒng)

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）219-0139-02

1 問題的提出

2014年10月，以“青年與城市綠色發(fā)展”為主題的2014國際青年組織論壇暨北京友好城市青年交流營在北京拉開帷幕，會議聚焦“青年與城市環(huán)境治理”“青年組織與環(huán)保行動”“青年與低碳生活”3個主題。低碳生活是怎樣的生活？如何進(jìn)行低碳生活？低碳生活能給我們帶來什么？在眾多解決方案中，提到了綠化的重要性，提倡建立“屋頂花園”，充分利用城市空間。這次論壇引發(fā)了我對我家“屋頂花園”的高度關(guān)注，并就此開展了一系列的思考、探索與實踐。

隨著屋頂花園規(guī)模不斷的擴(kuò)大和種植品種越來越多，傳統(tǒng)管理模式和澆灌方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需求，為了解決城市屋頂花園的管理需求和降低能源成本的問題，文章基于對“電子信息+”屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)的探索與研究，希望能解決屋頂花園的管理和能源成本問題，同時還能為相關(guān)行業(yè)提供可借鑒之處。

2 研究方法

1）文獻(xiàn)研究法：收集相關(guān)資料，通過圖書館查閱有關(guān)節(jié)能澆灌系統(tǒng)、“電子信息+農(nóng)業(yè)”的理論知識和國內(nèi)外有關(guān)研究成果。

2）調(diào)查研究法：到周邊農(nóng)場實際走訪調(diào)研，聽取農(nóng)場主和農(nóng)業(yè)技術(shù)專家的意見和建議，請教研究中遇到的困惑和難題，總結(jié)在實際應(yīng)用中的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

3）理論研究與實證分析相結(jié)合的方法：先從理論上研究，構(gòu)建系統(tǒng)的理論框架，再以自家的屋頂花園澆灌項目為實例進(jìn)行實證分析，從中總結(jié)出可復(fù)制的建設(shè)“基于‘電子信息+屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)”的模型和方法。

4）分析、歸納法：綜合以上調(diào)查、分析和研究，得出研究結(jié)論。

3 “電子信息+”屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)集成及工作原理

水是生命之源，萬物之本。隨著人類對環(huán)境的破壞和踐踏，可供利用的淡水越來越少，節(jié)約用水已經(jīng)成為整個人類都不得不重視的問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，地面灌溉是最為普遍的應(yīng)用方式，也是國際上比較普遍的應(yīng)用技術(shù)，這樣的方式較為方便，但對水資源造成了很大程度的浪費(fèi)，改變農(nóng)業(yè)灌溉方式成為全球農(nóng)業(yè)灌溉的重中之重，也是對水資源利用的有力改善。現(xiàn)實生活中，影響節(jié)水灌溉的因素非常多，比如灌溉的地域環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)、成本投入、遠(yuǎn)期規(guī)劃、觀念、技術(shù)應(yīng)用等。這些環(huán)節(jié)都影響了灌溉的可持續(xù)發(fā)展，需要引起我們的重視，本文以城市屋頂花園為環(huán)境，基于“電子信息+”農(nóng)業(yè)的基本理念和技術(shù)手段，創(chuàng)新灌溉模式，進(jìn)行各個節(jié)水灌溉模式的協(xié)調(diào)優(yōu)化，形成可復(fù)制的現(xiàn)代化“電子信息+”屋頂花園節(jié)能滴灌系統(tǒng)模型。

智能節(jié)能澆灌系統(tǒng)主要是利用“電子信息+農(nóng)業(yè)”的核心技術(shù)，通過智能手機(jī)App或家用計算機(jī)遙測遙控中央控制單元裝置，對由水源裝置、電源裝置、驅(qū)動裝置、澆灌管道系統(tǒng)、終端噴頭、可視與報警裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的新型節(jié)能澆灌系統(tǒng)，如圖1所示。

3.1 水源供給及施肥旁路

屋頂花園種植需要大量水進(jìn)行澆灌，為了減少城市自來水的用量，節(jié)能降耗，減少支出，在城市水源供給的基礎(chǔ)上，增加屋頂雨水回收裝置（屋頂—回收管道—收集沉淀桶）和廚房洗滌回收裝置（廢水收集桶—回收管道—潛水泵—收集沉淀桶）。

為了種植綠色有機(jī)蔬菜、瓜果，拒絕使用化肥、農(nóng)藥，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，在澆灌系統(tǒng)中融入水肥施肥旁路系統(tǒng)，很好地降低了人力成本和肥料用量成本的支出，達(dá)到了節(jié)能降耗的效果。

3.2 電源供給

電源是保證澆灌系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，本系統(tǒng)采用雙電源供電方式，一是利用屋頂現(xiàn)有的城市供電（AC220V），二是利用屋頂充分的光照資源，搭建太陽能電池板，通過逆變裝置接入電力控制箱為所需負(fù)載供電。將以上兩種供電方式通過自動雙擲切換斷路器，可實現(xiàn)一用一備的雙電源供電模式。另外，還可以利用多余的太陽能電源解決樓道公共照明或家庭生活等用電。太陽能供電系統(tǒng)一般由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能充放電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)型逆變器、直流負(fù)載和交流負(fù)載等構(gòu)成。

3.3 加壓驅(qū)動與滴灌管道及終端系統(tǒng)合成

如何將屋頂收集水箱的水有效地滴灌、噴灌、微噴灌到植物根系和葉面，加壓驅(qū)動與滴灌管道及終端系統(tǒng)合成設(shè)計和安裝是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。而加壓驅(qū)動是通過加壓水泵，將屋頂收集水箱的水，按中央控制單元的指令抽送到澆灌管道中，澆灌管道系統(tǒng)根據(jù)植物生長的需要，就通過各路電磁閥將水傳送到滴灌末端、終端噴頭和水龍頭。通常加壓驅(qū)動與滴灌管道及終端系統(tǒng)PPR管材、管件、閥門、滴灌噴頭、輔料以及浮球液位計、壓力傳感器、止回閥、電磁閥、截止閥、加壓水泵等材料或器件的組成，如圖2所示。

3.4 “電子信息+”智能控制模塊

“電子信息+”智能控制模塊是屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)中最核心的組成部分，是整個系統(tǒng)的智能“大腦”指揮中心，通過設(shè)置有關(guān)技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)就地邏輯控制，也可以通過智能手機(jī)App實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制，通過視頻可視模塊可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離了解系統(tǒng)運(yùn)行和植物長勢情況，從而實現(xiàn)科學(xué)種植。智能模塊如圖3所示。

智能控制系統(tǒng)是按照時間控制器、雨霧控制器、濕度控制器、溫度控制器的參數(shù)設(shè)置作為輸入條件，通過電力控制箱中的繼電器控制對應(yīng)電磁閥的開關(guān)實現(xiàn)智能澆灌的邏輯控制。

1）就地控制系統(tǒng)。就地控制系統(tǒng)主要包括電力控制箱、時間控制器、雨霧控制器和溫濕度控制器。

2）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是由智能手機(jī)App、智能終端（無線接收器）、可視裝置和故障報警等組成。

3）中央控制單元集成原理。中央控制單元是實現(xiàn)就地手動控制、就地邏輯智能控制（邏輯條件有：時間控制、雨霧控制、溫度控制、濕度控制）和遠(yuǎn)程手機(jī)App控制的集成器，是“電子信息+”的屋頂花園節(jié)能澆灌系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)節(jié)能降耗的核心層，是體現(xiàn)“電子信息+農(nóng)業(yè)”和智慧綠色城市建設(shè)中的作用。控制單元由主電路、控制電路和端子圖3個部分組成。

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