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生态节能设计 | 如春园林屋顶花园

作者:黄衍生,高艳芳,黄可珺,陈开江

早在20世纪70年代,“花城”广州就在广州东方宾馆建立了我国第一个大型屋顶花园。但是与其他一线城市相比,广州屋顶花园的发展速度较为缓慢。

2012年,财政部和住建部联合发布的《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》①提出,到2015年新增绿色建筑面积要达到10亿以上,到2020年绿色建筑占新建建筑比重将超过30%。2014年10月,广州市人民政府更是在《广州市绿色建筑行动实施方案》②中提出,要大力发展绿色建筑,加快推进既有建筑节能改造,积极推广屋顶绿化、垂直绿化。

生态节能型屋顶花园作为绿色建筑的重要组成部分,能够有效提高广州城市屋顶花园的效能、改善城市生态环境、提升宜居品牌指数、创造可持续发展和谐社会。因此,对广州城市屋顶花园进行生态节能技术应用的研究是很有必要的。生态节能技术是指为实现生态节能、构造环境友好型空间而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。生态节能型屋顶花园就是在屋顶形成一个节约使用和有效利用自然资源和能源、能自我循环和完善的生态系统,为人们提供一个舒适、健康、无污染的绿色空间,它主要体现在节地、节水、节能和节材四方面。本文以如春园林办公楼屋顶花园生态节能设计为例,探索城市屋顶花园生态节能设计中一些实用的设计理念和技术应用。

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如春园林屋顶花园的主体工程竣工已接近一年,很多生态节能技术的使用效果得到初步验证,具有一定的借鉴意义。

1 项目概况及景观构思

该项目位于广州开发区科学城总部经济区A5栋屋顶,北可远眺暹岗大山,南可俯瞰新羊城八景之科城锦绣。

项目所在地周围密布世界500强企业,更有万达广场与高德汇等商业综合体,是开发区的核心区域,交通便利,具有较强的展示和推广价值。该建筑坐西南朝东北,整体设计荷载能力为3.5KN/m2。屋顶呈近四方形,总面积约943m2,其中空调机占地约170m2,机房占地约148m2,三面排水,坡度为2%。该项目采用了“三生”——生态、生活、生产共赢的设计理念。生态:通过收集太阳能、风能、雨水等可再生能源,给建筑提供无污染能源,缓解城市排水压力。

同时该花园可以保温隔热,降低噪声,净化水体,有效改善城区生态环境,缓解热岛效应,形成一个可自我循环和完善的生态系统,实现人与自然、屋顶绿化和地域环境的和谐共生。生活:打造优美的环境,为企业员工提供更多工作之余休闲游憩的自然空间,通过参与建造和养护的过程,丰富他们的生活体验,缓解工作的紧张疲劳。

生产:打造立体农业、高效农业,增加经济效益。同时,通过整合景观休闲与产品展示,实现了休闲商业两不误。“生态、生活、生产”三位一体的完美结合,满足了生态节能型屋顶花园节地、节水、节能和节材的需求。一个不足 1000 m2的区域如何同时满足休闲游憩、聚会招待、产品展示、文化传递、农业生产、能源收集等多种需求,体现“三生”理念,对景观布局设计者是一个极大的考验。项目因地制宜地设置了7 个区:入口区、中心活动区、休息区、观景区、产品展示区和空调机放置区 ( 图 1)。

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2 生态节能技术应用

具体设计中,项目使用了生态植物墙、微农场与生态堆肥、节水与滴灌、废弃物品循环利用、节能与绿色能源利用等多种生态节能技术,下面针对各种技术拟解决的主要问题及其功能特点、具体做法等作详细介绍。

2.1 生态植物墙

生态植物墙能利用有限的立面空间,增加绿量,优化人居环境,改善城市热岛效应,吸尘降噪,改善空气质量,同时节能降耗,使室内冬暖夏凉。目前生态植物墙有多种做法,大致分为牵引式、板槽式、模块式、布袋式、pvc水管、铺贴式、生态袋模式等。该项目根据场地特点分别选用了不同的模式(图2)。

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1) 美化女儿墙的垂直绿墙此处选用了3种模式:牵引式、板槽式和布袋式。既美化女儿墙,又展示企业产品。

牵引式可对攀援物的生长方向进行引导,通常辅助构架与建筑物之间要保持一定的间距,这样植物不会损坏建筑墙面材料,而且简便易行、造价较低、透光透气性好;板槽式更换植物方便,适用于临时植物花卉布景,业主可根据不同节日更换植物以改变构图,另外运用自动浇灌方便养护;布袋式由于没有固定形状容器的阻碍,土球不受限,可供选择的植物品种多,布袋可以将水分和养分输送到整个墙面和所有的根系,方便养护,另外成本较低。

2) 遮挡空调机的垂直绿墙此处选用了PVC水管作为植物的容器,不仅节省材料成本,还体现了低碳环保的企业特色。长管状容器适合种植不间断、构图成图较为完整的植物,不会露出底部的pvc水管,适合近观。表面的不锈钢冰裂纹框架装饰了绿墙,增加了现代中式的味道,整体效果简洁美观。垂直绿墙选用的植物主要有草本类的金边吊兰Chlorophytumcomosum、吊竹梅Tradescantiazebrina、合果芋Syngoniumpodophyllum、绿萝Epipremnumaureum、波斯顿蕨Nephrolepisexaltata、小蚌兰Tradescantiaspathacea‘Compacta’等,灌木类的斑叶鹅掌藤Scheffleraarboricola‘Variegata’、红檵木Loropet-alumchinensevar.rubrum、紫雪茄花Cupheaarticulata、黄叶假连翘Durantaerecta‘GoldenLeaves’等,藤本类的彩叶常春藤Hederahelix、炮仗花Pyrostegiavenusta、蒜香藤Mansoaalliacea、飘香藤Mandevillasanderi、紫藤Wisteriasinensis等。

2.2 微农场和生态堆肥

微农场以建筑为依托,运用非传统的土地耕作形式进行农作物的种植培育。它除了具有保温隔热、净化空气、缓解城市热岛效应、充分利用城市空间等特点外,还兼具景观性与实用性,是一种美观又美味的可食地景,体现了一种高品位高境界的生活追求。项目将各种蔬菜果树与常规的绿化植物一起搭配在廊架、道路、绿化、水景等园林空间中,既经济环保又景观独特,恍如陶渊明式的桃花源:“土地平旷,屋舍俨然,有良田美池桑竹之属。阡陌交通,鸡犬相闻”。

屋顶阳光猛烈,风大,土层较薄,应选择耐旱、耐贫瘠和抗风的浅根性植物。故微农场主要选用的植物有蔬菜类的生菜Lactucasativavar.ramosa、白菜Brassicarapavar.chinensis、茄子Solanummelongena、番茄Lycopersiconesculentum、葱Alliumfistulosum、薄荷Menthacanad-ensis、南瓜Cucurbitamoschata等,藤本类的金银花Lonicerajaponica、苦瓜Momordicacharantia、鸡蛋果Passifloraedulis等,果树类的神秘果Synsepalumdulcificum、嘉宝果Pliniacauliflora、石榴Punicagranatum等。

主要的种植方式有4种:立体种植、传统农田种植、移动容器种植、攀援廊架种植(图3)。立体种植造型美观、节省空间,通过滴箭灌溉智能控制浇水,节省用水,而安装和拆卸也简便;传统农田种植形式施工简便、造价低,结合了园艺造园手法,选用不同叶形和叶色的蔬菜品种,打造出了观赏性强、充满自然野趣的菜园;移动容器种植灵活多变,可自由拼装成不同造型,高效利用各种边角空间,选用废旧的桶、盆、罐等作为种植容器,体现环保理念,也起到装饰作用;攀援廊架形式节省空间,易与其他景观搭配,此处充分利用花园入口区的休息廊架种植攀援植物,美化环境,同时起到遮阴效果。

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对于生态堆肥,首先收集办公室和饭堂的废弃物品,如饭菜、果皮、茶叶、咖啡渣、植物落叶、过期食品等,然后通过碾压和切捣,添加基肥和泥土,用堆肥箱进行堆肥处理。堆肥处理要加入红蚯蚓,它在土壤里钻动,让土质疏松透气,其排泄物也能增加土壤的肥力(图4)。生态堆肥区设置在空调机区域,弱化了堆肥散发的微臭味带来的影响。

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2.3 节水和滴灌系统

2.3.1 雨水收集系统设计

通过利用机房和屋顶的自然高差收集雨水,减少了电器设备的使用,利用雨水自流的特点完成污染物的过滤,做到真正地节能环保。而雨水收集系统包括集雨面、过滤器、雨落管、蓄水箱、溢水管、进水管、灌溉管等。集雨屋面坡度为2%,集雨面约为53m2,集雨面下面安装有过滤网和过滤器,雨水经过第一道过滤网和过滤器去除雨水中掺杂的残叶和碎屑等物质,之后雨水经过雨落管汇集引流入蓄水箱中,再在需要时进行灌溉。

蓄水系统是此次屋面雨水利用工程的重要组成部分之一,设计主要包括了雨水弃流池和储水池两部分。大量研究证明,雨水径流有明显的初期冲刷作用,即在多数情况下,污染物是集中在初期的数毫米降雨中[4]。因此在雨水进入蓄水池前,预先设计弃流池将初期雨水分流排放,经过一定时间后雨水径流中的污物含量逐渐稳定,再将可利用雨水收集到储水池,待储水池满后再直接排往市政管道;储水池的水也可以直接用于灌溉和景观水补给,当储水池的水用完后,开启市政用水管道继续补给用水(图5)。

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2.3.2 灌溉系统设计

该项目绿量较大,除了垂直绿墙和微农场,屋面还有很多景观植物,项目根据不同类型的绿化设置了不同的灌溉方式,下面主要介绍运用最多的灌溉方式——滴灌。

滴灌是利用安装在末级管道(称为毛管)上的滴头,或与毛管制作成一体的滴灌带(或滴灌管)将压力水以水滴状湿润土壤,在灌水器流量较大时,形成连续细小水流湿润土壤。通常将毛管和灌水器放在地面,也可以把毛管和灌水器埋入地面以下750px左右。前者称为地表滴灌,后者称为地下滴灌。滴箭则是结合了灌水器的一种滴灌灌溉方式,灌水器外形似箭而名之。通常有弯箭和直箭两种,前部的箭头部分长度约250px,是用于插入土壤或栽培基质中固定导流。滴箭的特点是迷宫长流道箭柄结构,膜片式稳流,独特的导流圆盘,渗入式灌溉,单箭、双箭、四箭等随意组合,施工方便,节约水源,对水压变化适应性强,是盆花盆栽植物及苗木等作物灌溉最合适的灌水器。

2.4 废弃物品循环利用

轮胎坐凳:用材除了废旧轮胎外,还需要圆木板、麻绳、电钻、热胶枪、刷子、螺丝钉、透明胶等。制作过程简单易行,经济环保,普通员工就可DIY制作(图6)。

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轮胎花钵:先对废旧轮胎做翻新和防晒处理,然后根据需要涂上各种不同颜色,再用圆木板封住轮胎的一个面作为花钵底,在轮胎中心填满种植土,即可在里面搭配不同品种的植物,还可以叠加成一个花钵组合,自然有趣又经济实用。

塑料瓶盖字与轮胎的结合:将原木板钉在废旧轮胎的一面,再将不同颜色的回收塑料瓶盖钉在木板上组字构图。项目中打造了一幅企业文化宣传口号——“用心造境,大道自然”,并作为宣传语挂在屋顶花园的廊架上,既经济环保又美观实用。

2.5 节能和绿色能源利用

通过充分利用场地优势,将太阳能自然环保资源转换成可供花园利用的能源。

太阳能集热器区域设置在空调机顶部,此处不受任何遮挡,阳光充足,集热效果好,规避了景观负面影响,对空调机还起到一定的减噪作用。此处拟设置35台太阳能集热器(图7)集热供部分办公用电及跌水瀑布水循环和灌溉系统用电。另外,该项目还使用了LED太阳能草坪灯,其本身作为一个小型的太阳能供电系统,主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成。此灯无需电线连接,施工方便;没有转动部件,不产生噪音;没有燃烧过程,不需要燃料;维修保养简单,维护费用低;运行可靠性、稳定性好;作为关键部件的太阳电池使用了晶体硅材料,寿命可达到25年以上。

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3 生态环境循环系统分析

在该屋顶生态系统中,通过收集可再生资源太阳能和雨水,向系统中的植物灌溉、景观水循环、照明、小品等园林元素提供了原材料或能源,形成了一个能较好地自我完善和循环的小生态系统(图8)。

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4 结论与讨论

实践证明,在生态节能型屋顶花园建设中,生态植物墙不但解决了由设计荷载低、面积小等原因导致的绿量减少问题,还可以软化“硬”景观及美化“俗”景观;微农场不但让办公人员感受到了农耕文化,丰富了大家的生活,还给企业增加了经济效益;太阳能发电不但给园林和办公提供了电能,还可以给空调机减噪;雨水收集和滴灌系统不但给园林灌溉和景观水提供了水资源,还减缓了城市雨水排放,改善了城市水环境;废弃物品循环利用不但减少了办公生活废弃垃圾,还丰富了景观元素,装扮了园林空间。这些技术通过不同的方式达到了节地、节水、节能和节材的效果。屋顶上的各种造园元素最终形成了一个节约使用和有效利用自然资源和能源、基本能自我循环和完善的生态系统,也满足业主隔热保温、保护屋面、产品展示、文化传递、生态节能、美化景观、娱乐休闲、招待客户等多种功能需求。

但同时,我们也应该认识到这些技术存在的缺点,如垂直绿墙和太阳能发电的初期建设成本较高生态堆肥过程中容易产生异味,雨水收集仍然无法满足整年不同季节的供水量需求。除了进一步的提升改进相关技术之外,还要像文中案例一样,紧密结合场地特点、功能需求、成本预算等因素,挖掘场地优势,做到因地制宜、扬长避短、有的放矢,这样就能实现真正的生态节能。

(参考文献略)

文章来源:《广州园林》2015年第5期

原文链接:http://blog.ifeng.com/article/44620170.html

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