垂直森林建筑灌溉系统分析

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摘要：随着“城市森林化”理念的提出，对建筑生态化越来越重视。由于垂直森林建筑涉及植物灌溉问题，本文分析了“垂直森林”建筑的关键组成部分———智能化灌溉系统的技术组成，以期人们能对智能化灌溉在建筑绿化中的应用有更深入的了解和推广新技术的应用。

关键词：垂直森林；建筑；智能灌溉；计算机

当前城市缺乏足够的公共绿地来调节城市环境，随着建筑层次逐渐增高和密度增大，人们对绿色人居环境的迫切性越来越强[1]。为此，“城市森林化”、“城市生态化”、“花园城市”等口号相继提出，使用各种先进技术手段开展建筑垂直绿化，建设了空中森林、垂直村落、垂直城市等，以补充城市绿化不足[2]。垂直森林建筑是现代建筑绿化的创举，通过植物与建筑的垂直界面相结合，开拓了城市绿化的新空间，其集建筑学、植物学、物理学、材料学、环境学、灌溉学等多门学科技术于一身[3]。由于垂直森林建筑一般比较高，垂直绿化手段的日趋复杂，且建筑立面有不易达到的位置或绿化面积较大等因素，为此智能灌溉是垂直森林建筑绿化成败的关键技术环节。

1智能灌溉系统

由于植物因光照条件和生长高度不同，其需水量也差异明显，除了植物灌溉外，还要将液态肥料输送到每个种植单元中，满足植物的生长需求[4]，因此“垂直森林”使用了智能灌溉系统。智能灌溉系统可根据植物种类、生活阶段、建筑位置高度、气候因素等差异供给植物适宜的水分和养分。其可以独立管理不同区域的种植设备，通过远程控制的探测器监控植物土壤的湿度数据和植物的实际需求实现调整灌水量。1.1智能灌溉系统原理。垂直森林建筑的灌溉系统由中央控制计算机、传感器、数据采集系统、数据存储中心、控制中心、电磁阀及灌溉系统组成，制定相应的灌溉制度，通过传感器将土壤墒情实时传送中央控制系统，判定灌溉时间和灌溉量。当土壤含水率指标小于设定下限值时，自动开启电磁阀灌溉，当土壤含水率指标大于设定上限值时，控制系统将自动关闭相应区间电磁阀停止灌溉。1.2智能灌溉系统特点。（1）智能灌溉系统采用计中央算机控制智能决策灌溉，防止人工开启阀门的随意性，既保证了灌溉精度、灌溉时间、灌溉水量，又能方便对植物灌溉施肥的管理，并节约人力成本。（2）智能灌溉系统采用先进的水肥混合技术，可自由设定施肥时间和管道冲洗时间，施肥均匀性高，浓度可调，根据植物种类和生长不同阶段的灌溉施肥制度进行灌溉和施肥。（3）自动灌溉系统除全自动控制外，系统还允许管理人员采用半自动、手动等控制方式，控制方式多样，适应多样化的管理。1.3智能灌溉系统组成。1.3.1中央控制计算机。中央计算机控制灌溉系统，将与植物需水相关的气象参量（温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等）和土壤湿度通过自动电子气象站和传感器反馈到中央计算机数据分析中心。数据传输到分析中心之后，经过对数据的处理和分析，与预设值进行对比，自动决策不同区域、不同植物的所需灌水量，再发出命令是否需要进行灌溉等一系列动作，通知相关的执行设备，开启或关闭某个区域子灌溉系统。1.3.2数据采集系统。智能灌溉系统的数据采集是由土壤水分（湿度）传感器来完成的，土壤水分传感器能够实时的将土壤表面和土壤内部的水分情况通过数据传输中心将数据传输于分析和控制中心，也能实时的显示在传感器显示器，PC端，APP端或者智能DTU上。采集的数据通过有线方式或者无线频段传输到数据存储、分析、显示端，无线抗干扰能力强，传输距离远。有线传感器数量使用较多则布局稍微复杂一点。1.3.3数据存储中心。将采集的数据存储于DTU的内置SD卡或者直接上传于PC机并且存储于PC机的硬盘内，以便用户查阅和导出相关数据，导出的数据可用作历史数据，对于土壤质地和植物生长走势进行分析和后期预处理。系统并且外接打印机，可以将数据打印出来进行纸质存档。1.3.4控制中心。控制中心用于控制灌溉设备，控制中心通过接受上级指令对“垂直森林”的分区域控制灌溉。主要是通过监测的实时数据来选择控制的区域和流量，可以根据用户设定的上下限值自动控制，也可以手动控制。1.3.5灌溉系统。灌溉系统由灌溉设备组成，包括管道、蓄水池、阀门、电磁阀、滴灌等。水管沿结构框架进行布置，部分可直接布置在结构构件中，通过水泵增压将水份和养分输送到不同区域的植物。滴灌管排口不与植物生长基质直接接触，采用微灌技术避免了滴管堵塞的隐患，增强了灌溉系统运行的稳定性。

2结语

随着智能灌溉自动化控制技术成熟，相关研究已深入到将气象因素、蒸腾量和土壤含水率相结合的综合灌溉控制[5]，将使未来“垂直森林”设计会把更多的植物元素同建筑结构及空间环境相结合，体现了绿色建筑的低碳理念，对构建城市新的生态微环境，改善城市生态环境等具有深远的意义。

参考文献：

[1]张宁远.垂直森林城市绿洲[J].中国房地产业,2014(7):100-103．

[2]斯坦法诺•博埃里,胥一波.生态多样性米兰垂直森林双塔[J].时代建筑,2015(1):126-133．

[3]熊芳.城市空间中立体绿化设计的探讨[D].武汉:湖北工业大学,2012:7.

[4]管继刚.物联网技术在智能农业中的应用[J].通信管理与技术,2010(3):24-27,42.

[5]吴玉琼.垂直绿化新技术在建筑中的应用[D].广州:华南理工大学,2012:33

作者:陈浩良 单位:福建省福安市第一中学