屋面綠化工程智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

（長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，湖南 長沙 410217）

一、屋面綠化工程節(jié)水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前屋面綠化灌溉用水主要是是以自來水為主，但是很多國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已經(jīng)開始從屋面雨水的收集與灌溉系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，以便達(dá)到更好的節(jié)水目的。目前屋面綠化工程的灌溉方式主要是以噴灌、滴灌、滲灌為主，灌溉的操作主要是依靠人力完成。灌溉技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展相對(duì)滯后，這幾年隨著太陽能技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，很多的屋面綠化灌溉采用太陽能來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（一）屋面綠化工程灌溉用水

目前的屋面綠化灌溉用水，主要是來自于自來水，屋面綠化灌溉需要具備一套增壓設(shè)備，而直接將灌溉系統(tǒng)接入自來水可以不需要額外的增壓設(shè)備輔助，相對(duì)比較便捷。但是這種灌溉方式是直接使用飲用水，對(duì)于水資源的浪費(fèi)明顯，同時(shí)也會(huì)增加屋面綠化的建造成本。隨著近些年水資源的日益緊缺，屋面智能節(jié)水系統(tǒng)可以利用屋面的特殊地理位置進(jìn)行雨水的收集利用，可以更好的節(jié)約城市飲用水的使用，提升節(jié)水灌溉的資源利用率。

（二）屋面綠化節(jié)水灌溉的形式

1.傳統(tǒng)電力能源驅(qū)動(dòng)的節(jié)水技術(shù)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)

當(dāng)前屋面綠化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)灌溉，多是采用傳統(tǒng)的電力作為灌溉系統(tǒng)的最常見能源驅(qū)動(dòng)，這種灌溉系統(tǒng)不需要再另行使用其他能源系統(tǒng)，直接連接建筑自身電網(wǎng)既可以使用。缺點(diǎn)是對(duì)于一些大型的屋面綠化工程，耗電量相對(duì)較高，產(chǎn)生的能搞較大。

2.太陽能驅(qū)動(dòng)的節(jié)水技術(shù)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)

太陽能被利用到屋面綠化灌溉節(jié)水系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)屋面灌溉能源的綠色環(huán)保，目前以太陽能驅(qū)動(dòng)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)已經(jīng)在一些地方的公路綠化帶進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者已經(jīng)開始對(duì)于屋面綠化節(jié)水灌溉系統(tǒng)與太陽能的結(jié)合進(jìn)行研究，期望可以將太陽能技術(shù)與屋面綠化節(jié)水灌溉系統(tǒng)進(jìn)行更好的結(jié)合和使用。

二、屋面綠化工程智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的原理和應(yīng)用

（一）屋面綠化工程智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的原理

想要將屋面綠化工程的智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)更加智能精準(zhǔn)，首先需要對(duì)屋面綠化的耗水量做到精確的預(yù)測，從而合理的安排確定智能節(jié)水的灌溉用量，達(dá)到節(jié)水灌溉的目的。屋面綠化工程的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的灌溉節(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行了極大的改進(jìn)，傳統(tǒng)的屋面綠化啟停條件一般設(shè)定為人工啟停或者是定時(shí)啟停，灌溉時(shí)間和耗水基本依靠經(jīng)驗(yàn)或者是人工監(jiān)控，灌溉方式過于粗獷；屋面節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)使用土壤濕度和溫度兩種探測裝置智能控制，讓系統(tǒng)的啟停更智能更精準(zhǔn)。系統(tǒng)的工作流程和原理如下：

1.濕度傳感器智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)

屋面綠化的土壤水分含量受到土壤的孔隙毛管引力和土粒分子引力的作用，不同土質(zhì)的含水量存在一定程度的不同，就需要土壤濕度傳感器做到精準(zhǔn)化、智能化監(jiān)控，當(dāng)傳感器數(shù)值達(dá)到啟停額定值的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟或者關(guān)閉。

2.溫度傳感器智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)

植物的生長受到溫度和陽光直接影響，提高植物的光合速度和水分利用效率可以更有利于植物生長，但是溫度過高的情況下植物的光合作用會(huì)急速下降，同時(shí)也會(huì)減弱植物的降溫效果。智能灌溉系統(tǒng)可以在灌溉區(qū)域內(nèi)設(shè)立若干溫度傳感器，當(dāng)超過80%的溫度傳感器達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定值的時(shí)候，也就是溫度高于32℃的時(shí)候，智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)啟動(dòng)。當(dāng)回傳額定值傳感器數(shù)量不足80%時(shí)，智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)會(huì)采取單個(gè)溫度傳感器的數(shù)值來決定是否開啟局部灌溉。

（二）屋面綠化工程智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用

在屋面綠化工程智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，利用太陽能的控制系統(tǒng)相對(duì)廣泛，結(jié)合噴灌、滲灌等不同的灌溉方法，可以為屋面綠化提供更加高效的節(jié)能效果，我們結(jié)合太陽能智能節(jié)水控制灌溉系統(tǒng)說明實(shí)際運(yùn)用情況。太陽能智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度與濕度雙重裝置的太陽能驅(qū)動(dòng)，不需要額外的布設(shè)和鋪設(shè)線路，不但在節(jié)水系統(tǒng)工程的建設(shè)過程中節(jié)約了成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的微功耗啟停。從節(jié)水率上來看，太陽能智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以更加精準(zhǔn)的自動(dòng)感應(yīng)屋面土壤的干濕度和植物表面溫度，從而更加智能的根據(jù)屋面植物的實(shí)時(shí)需求進(jìn)行節(jié)水灌溉。實(shí)際使用中，將兩個(gè)干濕探測電極設(shè)置在合適深度屋面土壤中，裝置接好入水端口和出水灌溉設(shè)備，當(dāng)屋面土層內(nèi)的濕度達(dá)到臨界值的時(shí)候，電極出現(xiàn)弱斷開信號(hào)，智能控制灌溉系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟進(jìn)行灌溉。當(dāng)屋面土壤濕度達(dá)到節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)定值的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉切斷水源，停止灌溉，達(dá)到對(duì)于屋面綠化智能控制的目的。同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)結(jié)合實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度過高的時(shí)候進(jìn)行總體或者是局部灌溉，讓節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以更智能化的控制灌溉啟閉。

太陽能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的屋面綠化智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)自身優(yōu)點(diǎn)比較明顯，首先，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于太陽能的高效利用，不需要在屋面綠化工程建設(shè)過程中再另外的進(jìn)行布線埋線，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不需要接入供電線路，能耗較低且使用上安全方便；其次，利用溫度和濕度雙重條件控制節(jié)能系統(tǒng)的灌溉，比傳統(tǒng)的單一用溫度或者濕度控制灌溉系統(tǒng)要更加的精準(zhǔn)和合理，節(jié)能效果也更明顯；再次，太陽能智節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以更加充分的利用屋面的特殊資源優(yōu)勢，對(duì)于陽光可以做到更高效的利用，同時(shí)后期的維護(hù)成本也相應(yīng)減少，實(shí)現(xiàn)了屋面灌溉節(jié)能科學(xué)化。

小結(jié)

屋面綠化工程的未來發(fā)展極具潛力，既可以充分的利用屋面種植空間，也增加了城市的綠化面積，地域改善城市的微生態(tài)環(huán)境作用明顯。太陽能智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以更加充分的利用水資源和太陽能資源，減少屋面綠化工程的成本，提高屋面綠化工程的效率和質(zhì)量，用于小區(qū)內(nèi)多屋面的聯(lián)合使用更加適合。屋面綠化智能控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運(yùn)用也要根據(jù)實(shí)際的條件和情況做出相應(yīng)的變化，因?yàn)楦鞯氐淖匀画h(huán)境、實(shí)際建設(shè)情況不同，智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)也要在實(shí)踐中不斷進(jìn)行改進(jìn)和完善，適應(yīng)不斷進(jìn)步的社會(huì)需要。