基于多孔吸濾材料的自動灌排垂直綠化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)確定

劉旭飛，同炫玥，周 偉，蔡耀輝,2，張 林,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 咸陽 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 咸陽 712100)

“熱島效應(yīng)”是中國乃至世界城市化進(jìn)程中最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一，而垂直綠化作為一種新型城市綠化方式，通過墻面進(jìn)行綠化減少了城市綠化對土地的占用，在促進(jìn)城市植物多樣性、提高空氣質(zhì)量、改變區(qū)域小氣候和減輕熱島效應(yīng)上作用顯著[1]。廣義上的垂直綠化指盡可能少占用或不占用綠化用地，對平行于地面的建筑頂面或垂直于地面的構(gòu)筑物進(jìn)行合理綠化[2]；狹義上的垂直綠化特指利用攀緣植物對建筑外墻、欄桿、柵欄、屋頂、窗臺、 護(hù)坡、高架橋、立交橋等處進(jìn)行綠化的方式[2]。垂直綠化的理念在于將傳統(tǒng)平面綠化擴展到三維空間，并利用植物材料沿建筑立面或者其他構(gòu)筑物表面攀附、固定、貼植、垂吊形成垂直面，在一定程度上緩解了城市綠化區(qū)域減少和綠化需求增加之間的矛盾。歐美等國家已經(jīng)開展關(guān)于垂直綠化的植物種類選擇、支撐結(jié)構(gòu)的研發(fā)以及后期維護(hù)管理措施等方面的研究，尤其在西歐、美國和東南亞地區(qū)的垂直綠化設(shè)計、施工以及維護(hù)方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。相比較之下，由于垂直綠化在我國發(fā)展歷程較短，理論研究尚處于起步階段[3]。

目前各國研制的垂直綠化裝置種類繁多，垂直綠化裝置總體結(jié)構(gòu)可分為：布袋式、鋪貼式、固態(tài)基質(zhì)式、和豎立花壇造景式等。Fukuzumi于1996年提出了一種用于垂直或傾斜的墻體表面綠化的植物種植技術(shù)，其主體部分是一個具有彈性、通氣性、不透水性的軟性包囊，灌溉時將包囊水平放置進(jìn)行一次性灌水[4]；吳丹妮等發(fā)明的一種定時噴淋的立體綠化噴灌系統(tǒng)，該裝置通過電磁閥門將輸水管道與蓄水池相連接，起到定時對植物進(jìn)行噴淋的作用，降低人工養(yǎng)護(hù)成本[5]；楊英亮等設(shè)計的一種垂直綠化滴灌裝置，將水泵與出水管相連，通入接水容器連接塊的內(nèi)部，接水容器底部有固定連接的壓力開關(guān)以控制滴灌裝置的輸水時間，起到控制灌水時間的作用[6]。在實際應(yīng)用中，以上裝置設(shè)計為加快垂直綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了很好的參考依據(jù)。但是這些垂直綠化裝置基本采用滴灌和微噴灌進(jìn)行灌溉，無法制定針對小區(qū)域的不同景觀植物的灌溉制度，采用統(tǒng)一灌溉制度進(jìn)行灌溉，導(dǎo)致灌溉不合理，進(jìn)而造成土壤(或有機質(zhì))流失、水資源浪費或植物大量缺水枯死的現(xiàn)象，極大限制垂直綠化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

為此，本文為了實現(xiàn)垂直綠化中針對不同景觀植物的灌溉需求，營造出不同土壤水分環(huán)境，以滿足多種景觀植物需水要求，設(shè)計出基于多孔吸濾材料的自動灌排垂直綠化裝置，將水箱高度、栽培殼土壤埋深、吸水線材材質(zhì)及直徑、多孔陶瓷滲水片原料配比作為待定參數(shù)，再通過景觀植物灌溉需水量的理論計算、不同線材材質(zhì)及直徑對土壤吸水高度和含水率分布影響試驗的結(jié)果分析，多孔陶瓷滲水片原料配比優(yōu)選，最終確定了垂直綠化裝置中的各項待定參數(shù)，最后通過效益分析對該裝置經(jīng)濟性能進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

1 自動灌排垂直綠化裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

為了滿足垂直綠化中各種景觀植物對土壤水勢的要求，結(jié)合吸水線材主動吸水特點，使植物利用土壤基質(zhì)勢(土壤吸力)主動從水箱中吸取水分，并在水箱前側(cè)利用多孔陶瓷片進(jìn)行滲流，實現(xiàn)土壤水勢由負(fù)壓向正壓的變化，使裝置內(nèi)土壤水勢維持在不同壓力值，從而營造出不同的土壤水分環(huán)境，以滿足多種景觀植物需水要求，并通過土壤含水率與土壤基質(zhì)勢之間的耦合關(guān)系調(diào)節(jié)灌水器出流量，實現(xiàn)垂直綠化中針對不同作物的自動灌溉。同時，裝置進(jìn)水口設(shè)置浮球閥，配合水箱側(cè)方溢流出水口，以控制水箱水位，實現(xiàn)自動灌排功能。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示的基于多孔吸濾材料的自動灌排垂直綠化裝置、裝置主要由支撐架、防水布、栽培殼、水平隔板、垂直隔板、滲水片、吸水線材、水箱、進(jìn)出水口、連接口、浮球閥等組成。為確定垂直綠化裝置中關(guān)鍵部位的技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)將栽培殼高度設(shè)為H、水箱高度設(shè)為Hw、多孔陶瓷滲水片原料配比設(shè)為Xi、吸水線材種類設(shè)為Wi。

如圖1(a)所示，固定于墻面的支撐架通過平臺外邊緣的凸起限定栽培殼的位置；防水布為PE涂層布，由L型平面角碼與膨脹螺絲配合固定于防水布四角，起到防止水分滲入墻面影響墻體強度的功能；栽培殼由聚丙烯材質(zhì)制成，放置于支撐架的水平凸起平臺上，栽培殼長800 mm，寬200 mm，高Hmm，栽培殼前側(cè)開有直徑和間隔均為30 mm的n個圓孔，用以限定景觀植物栽培位置。

如圖1(b)所示，水平隔板和垂直隔板為聚丙烯材質(zhì)，水平隔板長800 mm，寬200 mm，厚8 mm，安裝于栽培殼內(nèi)壁Hw高度位置，水平隔板將栽培殼分為上下兩個空間，垂直隔板位于水平隔板下部，垂直于栽培殼底面安裝，將下部空間分為前后兩個部分，垂直隔板長800 mm，厚8 mm，高度與水箱高度相同為Hw。水平隔板和垂直隔板分別開有孔洞用以安裝滲水片和吸水線材；滲水片為微孔陶瓷滲水片Xi，微孔陶瓷滲水片四周表面光滑，用粘連工藝固定在水平隔板與垂直隔板圓孔內(nèi)，微孔陶瓷滲水片為薄圓片結(jié)構(gòu)，由具有微米孔徑的微孔陶瓷材料加工而成，該微孔陶瓷滲水片中具有大量相互連通的微孔形成的孔道，水分可在這些孔道中流動；吸水線材為Wi；水箱位于垂直隔板后側(cè)，是由水平隔板、垂直隔板和栽培殼共同圍成的儲水裝置，水箱一側(cè)設(shè)置有進(jìn)出水口，另一側(cè)設(shè)置有連接口，進(jìn)出水口、連接口均安裝連接頭，同一層初始栽培殼內(nèi)的水箱進(jìn)水口安裝有控制水位的浮球閥。當(dāng)水箱正常工作時，水流自進(jìn)水口進(jìn)入水箱，并通過連通口進(jìn)入同水平方向的另一個栽培殼內(nèi)的水箱，以此類推，直到水流進(jìn)入同一層的每一個栽培殼內(nèi)的水箱。隨著水位的上升，進(jìn)水口內(nèi)安裝的浮球閥隨水位一同上升，直到達(dá)到滿足栽培容器內(nèi)景觀植物正常生長的需水量的設(shè)計水位時，浮球閥將進(jìn)水口關(guān)閉，植物消耗水分后，水位下降使浮球閥下落，進(jìn)水口打開繼續(xù)供水，最終達(dá)到水箱水位智能控制的目的。

1.3 裝置特點

(1)自動灌溉。裝置利用土壤水分平衡原理，通過多孔吸濾材料實現(xiàn)土壤水勢由負(fù)壓向正壓的變化，使裝置內(nèi)土壤水勢維持在不同壓力值，從而營造出不同的土壤水分環(huán)境，以滿足多種景觀植物需水要求，并通過土壤含水率與土壤基質(zhì)勢之間的耦合關(guān)系調(diào)節(jié)灌水器出流量，實現(xiàn)垂直綠化中針對不同作物的自動灌溉，有效解決因灌溉制度不合理造成的水土流失或景

圖1 垂直綠化裝置整體局部和隔板及多孔吸濾材料示意圖

觀植物缺水枯死的問題。

(2)自動排水。裝置水箱處設(shè)有由浮球閥控制的進(jìn)水口以及溢流出水口，當(dāng)水箱中水分消耗至低于設(shè)計水位時，浮球閥自動開啟補水，以保證水箱中水分的連續(xù)供給；在雨季，當(dāng)裝置中積水過多達(dá)到淹沒植物根部的臨界水位時，多余水分從出水口溢流排出，避免出現(xiàn)景觀植物過澇現(xiàn)象。

(3)模塊化設(shè)計。裝置采用模塊化設(shè)計，由各個模塊拼接成為整體，使垂直綠化裝置安裝便捷，同時在后期維護(hù)中便于更換與拆卸，從而降低成本。另外，每個模塊皆可滿足不同植物的需水量，因此不同模塊可選擇不同植物種植，滿足了垂直綠化對城市建設(shè)美化的功能，如圖2所示。

圖2 模塊設(shè)計圖

2 自動灌排垂直綠化裝置技術(shù)參數(shù)確定

2.1 水箱高度的確定

2.1.1 景觀植物灌溉需水量理論公式推導(dǎo)

由廖榮，崔潔，卓春麗等人關(guān)于成都市32種立體綠化植物降溫增濕效應(yīng)比較研究[5]，進(jìn)行景觀植物灌溉需水量理論公式的推導(dǎo)，并從中選取較有代表性的8種景觀植物的年蒸發(fā)強度數(shù)據(jù)，計算出本裝置水箱設(shè)計底面面積下植物日蒸發(fā)蒸騰量所對應(yīng)的計算高度。

由于植物所吸收的水分絕大部分用于蒸騰，所以景觀植物需水量可以由蒸騰強度進(jìn)行計算，單位葉面積日蒸發(fā)蒸騰量計算公式如下[7]：

E0=18×10-3E

(1)

單位綠化面積日蒸發(fā)蒸騰量計算公式如下：

Em=E0r

(2)

以單位綠化面積日蒸發(fā)蒸騰量和實際測量時間可算出單位綠化面積日蒸發(fā)蒸騰量后，可以根據(jù)栽培容器實際綠化面積得出景觀植物需水量。單位綠化面積實際日蒸發(fā)蒸騰量計算公式如下：

Em=KLE0r

(3)

由于垂直綠化屬于園林綠化，綜合考慮園林植物種類、植物種植密度、園林小氣候，園林系數(shù)的計算公式如下[8]：

KL=KsKdKmc

(4)

式中：E0為單位葉面積日蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；E為植物日蒸騰總量，mol/(m3·d)；18為水的摩爾質(zhì)量；Em為單位綠化面積日蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；r為葉面積指數(shù)；KL為園林系數(shù)；KL為園林系數(shù)；Ks為園林植物種類因子；Kd為園林種植密度；Kmc為園林小氣候因子。

(1)植物種類因子Ks。植物種類因子Ks考慮到不同植物種類在需水量上的不同，其數(shù)值可以參考表1進(jìn)行選取[8]。由于垂直綠化在實際應(yīng)用中多采用灌木，并且同時種植多種耐旱植物與喜水植物，因此在計算中植物種類因子Ks采用灌木較高值0.7。

表1 不同類型植物的植物種類系數(shù)Ks

(2)密度因子Kd。園林中種植密度因子Kd考慮到園林種植間綠化植物密度的差異，其數(shù)值可以參考表2進(jìn)行選取[8]。在垂直綠化中常應(yīng)用濃密緊湊的種植方式，導(dǎo)致在同一種植面積下聚集較大的葉面積，造成植物會消耗更多的水量。因此在計算中種植密度因子Kd采用灌木中較高的取值1.1。

表2 不同類型植物的種植密度因子Kd

(3)小氣候因子Kmc。在垂直綠化應(yīng)用過程中可能存在差別較大的小氣候條件，導(dǎo)致植物水分消耗量不同，因此在估算中需要考慮小氣候的影響。尤其在城市中，其建筑物種類以及鋪裝的不同，影響溫度、風(fēng)速、光強度和濕度的差異較大，采用了小氣候因子Kmc，其數(shù)值可以參考表3進(jìn)行選取[8]?？紤]到垂直綠化安裝環(huán)境受氣候影響較大，因此在計算中小氣候因子Kmc采用灌木中較大值1.3。

表3 不同類型植物的小氣候因子Kmc

2.1.2 景觀植物灌溉需水量計算及水箱高度確定

為確定垂直綠化裝置水箱高度Hw，由式(3)計算出單位綠化面積實際日蒸發(fā)蒸騰量。并根據(jù)水箱設(shè)計底面面積(長×寬=800 mm×200 mm)，將需水量折算為水箱高度進(jìn)行對比，最終確定實際裝置水箱的設(shè)計高度。如表4所示為常見景觀植物的種類[9,10]及灌溉需水量計算。

表4 計算植物種類 mm/d

通過以上理論計算中可以看出，應(yīng)用不同景觀植物進(jìn)行灌溉需水量的理論計算時，當(dāng)用水箱高度來表示不同景觀植物周蒸發(fā)蒸騰量時，最大周蒸發(fā)蒸騰量為小葉女貞264.95 mm/d，最大周蒸發(fā)蒸騰量為常春藤58.87 mm/d，為了最大程度的滿足植物的需水量，從以上計算和分析中，垂直綠化裝置水箱高度Hw需高于264.95 mm，因此裝置水箱高度300 mm設(shè)計合理。

2.2 吸水線材材質(zhì)及直徑的確定

2.2.1 試驗材料與方法

供測土壤取自西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院試驗用地，經(jīng)干燥、破碎、混合均勻后過孔徑為 0.20 mm 的篩網(wǎng)封存，初始含水量為0。為模擬實際中的垂直綠化裝置，并確定裝置吸水線材種類Wi和栽培殼高度H，采用對比試驗的方法，試驗裝置包括長方形透明有機玻璃箱(長800 mm，寬100 mm，高500 mm)，供水燒瓶，吸水線材等。土箱前側(cè)每100 mm間隔各打一圓孔，以便放置土壤水分傳感器EM50，供測的吸水線材材質(zhì)分別為包芯棉繩和尼龍繩，具有透水不透氣的特性。在土箱中每間隔10 cm共設(shè)置6根吸水線材，直徑按照4、6、8 mm布置進(jìn)行編號，1～3號為包芯棉繩，4～6號為尼龍繩。吸水線材自土箱底孔引出，放置在分別標(biāo)有對應(yīng)數(shù)字1-6號的6個燒杯中，同時向6個燒杯中盛放體積相等的水，并保證每根吸水線材都能等長度的被水浸沒，裝置示意圖如圖3所示。同時為測試實際應(yīng)用中垂直綠化裝置含水量的分布情況，使用EM50土壤水分傳感器，傳感器共6個測片，分兩次分別測量包芯棉繩組和尼龍繩組的土壤含水率，每組線材垂向間隔100 mm布置2個測點，共設(shè)置6個土壤含水量測點，分別編為1～6號側(cè)片，每隔5 min記錄一次數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束后進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的處理。

圖3 測試裝置示意圖

試驗前期，由于土壤需水量較大，燒杯中水分消耗較快，同時在線材主動吸水和土壤基質(zhì)勢的作用下，土箱下部開始形成不規(guī)則橢圓形濕潤區(qū)。隨著試驗的不斷進(jìn)行，在4 h時不同吸水線材形成的土壤濕潤區(qū)開始匯合，并隨著試驗的繼續(xù)進(jìn)行，土壤水分吸收高度繼續(xù)向上移動，同時由于土壤含水量的逐漸增加，水分消耗量開始下降，因此對試驗過程進(jìn)行了調(diào)整，由前期的每1 h測量一次調(diào)整為每3 h測量一次，最終調(diào)整為每12 h測量一次。在吸水高度穩(wěn)定后，開始使用EM50土壤水分傳感器分組測量不同吸水線材附近土壤的含水率，整理并記錄數(shù)據(jù)。

2.2.2 栽培殼高度的確定

圖4為不同吸水線材材質(zhì)和直徑對吸水高度的影響，從圖4可以看出，不同處理下吸水高度H值隨時間t值變化趨勢基本類似。吸水高度均隨測試時間的增加而逐漸增大。在不同材質(zhì)和直徑下吸水高度隨時間變化曲線有重合和交錯的現(xiàn)象。在相同直徑條件下48 h后包芯棉繩材質(zhì)的吸水高度均大于尼龍繩材質(zhì)的吸水高度。在相同直徑和灌水時間下，包芯棉繩材質(zhì)的吸水高度較高于尼龍繩，48 h后包芯棉繩材質(zhì)直徑8 mm條件下吸水高度最高，為395 mm；尼龍繩材質(zhì)直徑4 mm條件下吸水高度最低，為290 mm；吸水高度隨時間的變化趨勢可分為2個階段：初始階段(0～12 h左右)，不同材質(zhì)不同直徑的吸水線材的吸水高度隨時間的增加而迅速上升，說明初始階段土壤含水量較低，吸水線材含水率與吸水線材周圍土壤含水率相差較大，土壤對水分的吸收能力較強，進(jìn)而吸水高度迅速增加；穩(wěn)定階段，(12～50 h)隨著時間的繼續(xù)增加，吸水高度逐步趨于穩(wěn)定，說明穩(wěn)定階段土壤含水量較高，吸水線材含水率與吸水線材周圍土壤含水率變化較小，基本處于相互耦合狀態(tài)，因此吸水高度變化較小，接近于0。

圖4 不同吸水材質(zhì)及直徑對吸水高度的影響

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，不同材質(zhì)及直徑的吸水線材吸水高度變化過程基本類似，吸水高度變化過程均可分為初始階段和穩(wěn)定階段；在0～48 h內(nèi)最終吸水高度排序為，包芯棉繩材質(zhì)直徑8 mm>尼龍繩材質(zhì)直徑8 mm>包芯棉繩材質(zhì)直徑6 mm>尼龍繩材質(zhì)直徑6 mm>包芯棉繩材質(zhì)直徑4 mm>尼龍繩材質(zhì)直徑4 mm；包芯棉繩材質(zhì)8 mm直徑的吸水高度最高，高度為395 mm。裝置栽培殼高度H扣除水箱高度后應(yīng)總體低于不同線材材質(zhì)及半徑的吸水高度，才能滿足濕潤土壤的目的，從數(shù)據(jù)中看出包芯棉繩材質(zhì)4～6 mm直徑線材和尼龍繩材質(zhì)直徑6 mm和8 mm線材吸水高度均大于300 mm，因此選擇300 mm作為土壤深度，并確定栽培殼高度H=600 mm可滿足裝置濕潤土壤的要求。為進(jìn)一步選擇具有較好吸水性能的吸水線材，需進(jìn)一步進(jìn)行不同材質(zhì)和直徑的吸水線材對土壤含水率影響的探究。

2.2.3 吸水線材材質(zhì)及直徑的確定

表5為不同材質(zhì)和直徑的吸水線材對土壤含水率的影響，將EM50土壤水分傳感器測片分別放置在土壤深度為100 mm和300 mm處，由表中土壤含水率的測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，除尼龍繩材質(zhì)4 mm直徑的吸水線材在100 mm和300 mm深度土壤含水率相近外，不同處理下土壤體積含水率總體上隨土壤深度的增加而增加，符合垂直綠化裝置內(nèi)土壤含水率維持在不同數(shù)值的預(yù)期。通過不同材質(zhì)的線材比較發(fā)現(xiàn)，尼龍繩材質(zhì)的土壤含水率總體上均高于相同直徑的包芯棉繩的含水率，其中8 mm直徑的尼龍繩土壤含水率最高，分別為土壤深度100 mm處含水率為19.48%，土壤深度30 cm處含水率為32.63%；而4 mm直徑的包芯棉繩在土壤深度100 mm處含水率最低，為8.56%，8 mm直徑的包芯棉繩在土壤深度300 mm處含水率最低，為16.18%。從以上分析中，吸水線材種類Wi選擇尼龍繩材質(zhì)8 mm直徑滿足性能要求，可作為該裝置的吸水線材。

表5 不同吸水材質(zhì)及直徑對土壤含水率的影響 %

2.2.4 多孔陶瓷滲水片的優(yōu)選

本裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了通過多孔吸濾材料實現(xiàn)土壤水勢由負(fù)壓向正壓的變化，使裝置內(nèi)土壤水勢維持在不同壓力值，在垂直隔板上安裝有多孔陶瓷滲水片，多孔陶瓷滲水片為薄圓片結(jié)構(gòu)，由具有微米孔徑的微孔陶瓷材料加工而成。本裝置所采用的多孔陶瓷滲水片由黏土、硫酸鈣、硅溶膠以及硅藻土作為原料制成。為了使多孔陶瓷滲水片在100 mm的水頭下具有合理出流量，以滿足垂直綠化裝置中垂直隔板前側(cè)植物的需水量，將采用不同原料配比燒制的多孔陶瓷滲水片，并且基于材料性能和水力性能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化選取。蔡耀輝 ，吳普特等以黏土、硅藻土和硫酸鈣為主要原料，對硅藻土含量及溫度對微孔陶瓷材料性能及水力性能的影響進(jìn)行分析。微孔陶瓷灌水器 在使用時一般埋于地下，采用 10 kPa 以下的工作壓力以期 達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的效果，其在地下的流量以 1 L/h 左右為宜[11,12]。其中對比不同質(zhì)量比，當(dāng)黏土、硫酸鈣、硅藻土質(zhì)量比為75∶10∶15，燒結(jié)溫度為1 075 ℃，工作壓力在10 kPa時，微孔陶瓷的流量為1.6 L/h，具有良好的材料性能和水力性能，在滿足植物所需的同時，達(dá)到節(jié)水節(jié)能的效果[13]。

3 裝置效益分析及應(yīng)用前景

3.1 經(jīng)濟效益分析

為分析基于多孔吸濾材料的自動灌排垂直綠化裝置的經(jīng)濟效益，結(jié)合本裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計中所需的主要材料，根據(jù)2019年5月市場均價數(shù)據(jù)，調(diào)查和計算裝置中角鋼及鋼板、PP材料、灌溉模塊、景觀植物和人工的市場均價，并對現(xiàn)有市場中垂直綠化施工費用進(jìn)行市場調(diào)查，大致確定了單位面積施工費用范圍，為1 600～3 500 元/m2。由表6列出現(xiàn)有垂直綠化施工費用和本垂直綠化裝置計算成本，通過對比發(fā)現(xiàn)，本垂直綠化裝置單位成本為700～1 100 元/m2。和現(xiàn)有垂直綠化施工費用對比，裝置成本可降低50%～70% ，具有一定經(jīng)濟效益。

表6 經(jīng)濟效益分析 元/m2

3.2 社會效益分析

在城市發(fā)展進(jìn)程中建設(shè)用地與綠化用地矛盾日益突出，不少城市為發(fā)展而不惜犧牲城市綠地的情況時有發(fā)生，增加城市綠地面積困難重重。而垂直綠化能有效緩解城市建設(shè)用地與綠化用地的矛盾關(guān)系，大力發(fā)展垂直綠化，實現(xiàn)利用最小的占地面積創(chuàng)造最大的綠化效果，對緩解城市綠化用地緊張、增加城市綠化面積、改善城市綠化結(jié)構(gòu)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。

3.3 環(huán)境效益分析

據(jù)研究表明,夏季垂直綠化的建筑表面周圍空氣溫度可降低2～3 ℃，室內(nèi)溫度可降低1～2 ℃，能耗比常規(guī)幕墻降低40%左右；垂直綠化的植物葉多繁茂有絨毛，能吸附大量的漂浮塵，有明顯的過濾和凈化空氣的作用；同時垂直綠化的植物墻體有明顯的降低噪音作用，當(dāng)聲波通過立體植物墻時，約有30%的聲波被吸收；另外建筑物室內(nèi)垂直綠化體系可以有效凈化甲醛等有毒氣體[14]，釋放氧氣，調(diào)節(jié)空氣濕度以及降低PM2.5等作用[15]，可以更直接更有效地改善城市居民的生活環(huán)境，具有很高的環(huán)境效益。

4 結(jié) 語

(1)為了滿足垂直綠化中各種景觀植物對土壤水勢的要求，通過利用土壤水分平衡原理，設(shè)計了一種基于多孔吸濾材料的自動灌排垂直綠化裝置。通過吸水線材與多孔透水陶瓷片，實現(xiàn)垂直綠化裝置中土壤水勢由負(fù)壓向正壓的變化，達(dá)到自動灌溉的目的。同時通過由浮球閥控制的進(jìn)水口和溢流出水口，達(dá)到自動排水的目的。

(2)通過景觀植物需水量計算，確定裝置水箱高度Hw為300 mm；并通過不同吸水材質(zhì)及直徑對吸水高度的影響試驗，測試了多孔吸濾材料的吸水性能，繪制了吸水高度隨時間變化的過程曲線，確定裝置栽培殼高度H為600 mm；同時通過測試不用吸水線材材質(zhì)和直徑對周圍土壤含水率的影響并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定裝置所選吸水線材Wi為尼龍繩材質(zhì)8 mm直徑；最后優(yōu)選黏土、硫酸鈣、硅藻土質(zhì)量比Xi為75∶10∶15，燒結(jié)溫度為1075 ℃的多孔陶瓷滲水片，以保證在實際運行過程中，裝置達(dá)到最優(yōu)性能。

(3)裝置具有自動灌溉，自動排水，便于安裝與維護(hù)等優(yōu)點，可滿足垂直綠化中不同景觀植物對水勢的要求。同時裝置采用模塊化設(shè)計，便于裝置的安裝與后期維護(hù)，成本比現(xiàn)有垂直綠化裝置也降低50%～70%，有利于垂直綠化在市場中的推廣使用。