一种零碳自动蓄补水种植屋面的制作方法

1.本实用新型涉及海绵设施技术领域，具体涉及一种零碳自动蓄补水种植屋面。


背景技术：

2.随着城镇化的快速发展，城市绿化用地日趋紧张，居民用水短缺问题和城市旱涝问题日益突出，逐渐成为制约我国城市化发展的重要问题。为了最大限度地统筹城市土地、空间和环境三者的关系，海绵城市理念被提出，海绵城市的建设能够有效地改善城市用水的问题，解决城市内涝和水生态环境的问题。作为海绵设施之一，将传统硬质建筑屋顶打造成绿色蓄水屋顶引起广泛关注，绿色屋顶具有调节屋顶温度，吸纳滞留雨水，缓解城市排水压力的作用。
3.现有技术中种植屋面蓄水能力较差，干旱季节若不采用人工补水植物易枯水死亡，使得雨水资源利用率不高且管理成本较高，在此基础上发展的智能种植屋面大多采用传感器、水泵等供电设备，显著增加了种植屋面的建设成本以及能量消耗。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种零碳自动蓄补水种植屋面，通过设计自动蓄水装置和自动补水装置提升种植屋面的蓄水能力，适应不同季节植物生长条件，同时不增加种植屋面的建设成本和能量消耗。
5.为达成上述目的，本实用新型提出如下技术方案：一种零碳自动蓄补水种植屋面，包括种植区、储水区、净化区和蓄水箱；
6.所述种植区用于种植植物，所述储水区位于种植区下方，并且种植区内埋设有延伸至储水区底部的送水单元；
7.所述净化区设置在所述种植区和储水区沿水平方向的同侧，所述净化区与种植区、储水区间竖向设置有一过滤单元，所述过滤单元分隔净化区，且所述过滤单元的顶部不低于种植区顶部；
8.所述蓄水箱设置在所述净化区的上方，其顶部设置有连通箱体内部的自动蓄水装置，其底部设置有自动补水装置；所述自动蓄水装置用于在预设的第一受力条件下开启连通所述蓄水箱箱体内部的通道，实现向所述蓄水箱的自动蓄水；所述自动补水装置用于在预设的第二受力条件下向种植区排水，实现向所述储水区自动补水。
9.进一步的，所述自动补水装置包括浮球、定滑轮和移动滑块；
10.所述浮球位于所述储水区中，所述定滑轮固设于所述蓄水箱的箱壁外侧上方；所述蓄水箱底部设置有一贯通孔，贯通孔朝向所述种植区，并且所述移动滑块设置在所述贯通孔内；所述定滑轮采用拉绳一端连接于所述移动滑块、另一端连接于所述浮球，所述移动滑块的质量小于所述浮球的质量；
11.定义所述浮球在所述储水区内受到浮力为f1，f1随储水区储水量的变化而变化，则所述移动滑块具有在所述浮球重力及f1合力的作用下部分脱出或贴合于所述贯通孔的
自由度。
12.进一步的，所述蓄水箱的箱壁在所述贯通孔的上沿和下沿分别沿竖向设置有第一凹槽和第二凹槽；所述移动滑块设置为t字形滑块，t字形滑块的两翼分别位于所述第一凹槽和第二凹槽内，并且所述t字形滑块的下端长度大于第二凹槽的高度、上端长度小于第一凹槽的高度；
13.所述第一凹槽内设置有处于原长状态的第一弹簧，所述第一弹簧的长度大于所述第一凹槽高度与所述t字形滑块上端的高度差、小于所述第一凹槽的高度。
14.进一步的，所述蓄水箱顶部设置有一贯通蓄水箱内部的蓄水口，所述自动蓄水装置设置在蓄水箱内部，且所述自动蓄水装置对应于所述蓄水口；
15.所述自动蓄水装置包括轻质凹槽板、第二弹簧和格栅篮；
16.所述蓄水箱顶部内侧面沿蓄水口周圈设置有一开口朝下的第三凹槽，所述轻质凹槽板设置为开口朝上的半封闭结构，所述半封闭结构的侧壁插设在所述第三凹槽内，并且该侧壁的高度大于所述第三凹槽的高度；所述格栅篮包围设置在所述轻质凹槽板的外侧，其侧壁设置为格栅网、底部设置为实心板；所述格栅篮顶部连接于所述蓄水箱顶部内侧面上第三凹槽的外围，格栅篮底部采用第二弹簧支撑连接于所述轻质凹槽板的底部。
17.进一步的，所述种植区包括自上往下依次布置的土壤层、蛭石层和聚酯钎维无纺布层；所述蛭石层支撑设置在土壤层下方，由粒径为5-8mm的蛭石堆积构成；
18.所述送水单元为若干竖向设置的吸水棉结构，包括置于所述土壤层内的球形段和自所述球形段底部向下依次贯通蛭石层、聚酯钎维无纺布层后延伸至储水区底部的圆柱形段；所述吸水棉结构球形段的外侧包裹有透水膜，所述吸水棉结构圆柱形段与所述蛭石层、聚酯钎维无纺布层接触部分的外侧包裹有防渗膜。
19.进一步的，所述过滤单元设置为一砾石层，所述砾石层用于过滤净化自所述种植区和储水区水平流动至净化区的雨水；所述净化区底部设置有一出水口，所述出水口用于连接用于灌溉的喷管装置。
20.进一步的，所述种植区上方设置有一溢流管，所述溢流管的出水口连通至市政雨水管道；
21.所述溢流管的入水口内设置有若干格栅板，所述格栅板位于所述溢流管内壁上侧，其底部间隔于所述溢流管内壁下侧。
22.进一步的，所述溢流管入水口位于所述种植区上方50mm，所述格栅板底部与所述溢流管内壁下侧间隔20mm。
23.进一步的，所述种植区在所述土壤层内布置有若干导水管，所述导水管表面均匀分布有渗水孔，并且所述导水管自所述种植区靠近所述蓄水箱侧向其远离蓄水箱侧倾斜设置。
24.进一步的，所述蓄水箱顶部外侧设置有若干倾斜板，所述倾斜板自所述蓄水口向蓄水箱上方倾斜延伸，构成口径自蓄水口向上逐渐增大的漏斗形结构；所述漏斗形结构用于增大所述蓄水箱的雨水收集范围。
25.由以上技术方案可知，本实用新型的技术方案获得的有益效果包括如下几个方面：
26.1)本实用新型公开的零碳自动蓄补水种植屋面，包括种植区、储水区、净化区和蓄
水箱；其中，储水区位于种植区下方，种植区内埋设有延伸至储水区底部的送水单元；净化区设置在种植区和储水区沿水平方向的同侧，其与种植区、储水区间竖向设置有一过滤单元；蓄水箱设置在净化区的上方，其顶部设置有连通箱体内部的自动蓄水装置，其底部设置有自动补水装置；蓄水箱的自动蓄水装置收集雨水存储，在储水区水量不足时经自动补水装置向种植区自动补水，确保种植区植物生长所需水分。自动蓄水装置和自动补水装置实现种植屋面在雨季的自动蓄补水，增大种植屋面的雨水收集和蓄水能力，提高种植屋面对雨水的利用率。
27.2)自动蓄水装置的轻质凹槽板在第二弹簧的作用下与蓄水箱设置的第三凹槽配合，实现当轻质凹槽板内雨水积蓄的重力下压第二弹簧至轻质凹槽板61脱离第三凹槽时，雨水陆续汇入蓄水箱中；当轻质凹槽板中的雨水会逐渐蒸发，第二弹簧的弹力使得轻质凹槽板回弹至第三凹槽内，蓄水箱回归密封状态，有效防止蓄水箱内积蓄的雨水被蒸发。
28.3)本实用新型的过滤单元为砾石层，砾石层将种植区和储水区水平流动的水流进一步净化，因此当净化区底部连接喷管装置时，有效缓解灌溉装置长时间使用水流中大颗粒杂质堵塞装置的问题，延长喷灌装置的使用寿命。
29.4)自动补水装置通过浮球在储水区所受浮力及重力的合力提供推拉移动滑块的动力，实现蓄水箱向种植区的自动灌溉效果，减少人工灌溉，省时省力，充分利用雨水、节约水资源。
30.5)本实用新型提供的自动蓄补水种植屋面构造简单，应用过程无电力设备，实现种植屋面自动蓄补水过程的零碳化。
附图说明
31.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
32.图1为本实用新型种植屋面的结构示意图；
33.图2为本实用新型自动蓄、补水装置结构示意图。
34.图中，各标记的具体意义为：
35.1-种植区，2-储水区，3-净化区，4-蓄水箱，5-自动补水装置，6-自动蓄水装置，11-土壤层，12-蛭石层，13-聚酯钎维无纺布层，14-溢流管，15-格栅板，21-吸水棉结构，31-砾石层，32-出水口，41-贯通孔，42-第二凹槽，43-第一凹槽，44倾斜板，45-第三凹槽，51-浮球，52-定滑轮，53-移动滑块，54-第一弹簧，61-轻质凹槽板，62-第二弹簧，63-格栅篮。
具体实施方式
36.基于现有技术中种植屋面蓄水能力较差，干旱季节若不采用人工补水植物易枯水死亡，使得雨水资源利用率不高且管理成本较高，在此基础上发展的智能种植屋面大多采用传感器、水泵等供电设备等，显著增加了种植屋面的建设成本以及运营；本实用新型旨在提出一种零碳自动蓄补水种植屋面，实现海绵设施运行中的零碳化。
37.下面结合附图所示的实施例，对本实用新型的零碳自动补水种植屋面作进一步具体介绍。
38.结合图1所示的自动蓄补水种植屋面，包括植物种植区1、储水区2、蓄水箱4和净化区3；其中，种植区1用于种植植物，储水区2位于种植区1下方，并且种植区1内埋设有延伸至储水区2底部的送水单元，送水单元将储水区2的储水通过渗透作用送往种植区1；净化区3设置在种植区1和储水区2沿水平方向的同侧，净化区3与种植区1、储水区2间竖向设置有一过滤单元，过滤单元分隔出净化区3，并且过滤单元的顶部不低于种植区1顶部；蓄水箱4设置在净化区3的上方，其顶部设置有连通箱体内部的自动蓄水装置6，其底部设置有自动补水装置5；实施时，自动蓄水装置6用于在预设的第一受力条件下开启连通蓄水箱4箱体内部的通道，实现向蓄水箱4的自动蓄水；自动补水装置5用于在预设的第二受力条件下向种植区1排水，实现向储水区2自动补水。
39.具体实施时，种植区1由自上往下依次设置的土壤层11、蛭石层12和聚酯钎维无纺布层13构成；土壤层11支撑设置在蛭石层12上方，蛭石层12选用粒径5-8mm的蛭石堆积构成，蛭石层12作为土壤层11的支撑层，水体在渗透的同时可以吸附雨水中可溶性污染物。
40.储水区2用于存储种植区1下渗的雨水，送水单元选择为若干竖向设置的吸水棉结构21，吸水棉结构21均匀布置，包括置于土壤层11内的球形段和自球形段底部向下依次贯通蛭石层12、聚酯钎维无纺布层13后延伸至储水区2底部的圆柱形段；吸水棉结构21球形段的外侧包裹有透水膜，吸水棉结构圆柱形段与蛭石层12、聚酯钎维无纺布层13接触部分的外侧包裹有防渗膜；透水膜防止雨水渗透时土壤进入吸水棉结构21中堵塞吸水棉，影响吸水棉吸水效果；防渗膜可以防止吸水棉结构中的水分在传输过程中被蛭石层12和聚酯钎维无纺布层13吸收。
41.如附图所示，过滤单元设置为一砾石层31，砾石层31用于过滤净化自种植区1和储水区2水平流动至净化区3的雨水；并且，净化区3底部设置有一出水口32，出水口32连接用于灌溉的喷管装置。种植区1、储水区2的雨水可以水平流动通过砾石层31再次净化后流入净水区3，净水区3底部连接的喷管装置利用屋顶雨水的重力势能提供喷灌动力，用于房屋周围地面或者墙面植物的喷灌；砾石层31可以再次净化雨水，减少雨水中的杂质，有效缓解灌溉装置长时间使用堵塞问题，延长喷灌装置的使用寿命。
42.自动补水装置5包括浮球51、定滑轮52和移动滑块53；其中，浮球51位于储水区2中，定滑轮52固设于蓄水箱4的箱壁外侧上方；蓄水箱4底部设置有一贯通孔41，贯通孔41朝向种植区1，移动滑块53设置在贯通孔41内；定滑轮52采用拉绳一端连接于移动滑块53、另一端连接于浮球51，移动滑块53的质量小于浮球51的质量，以便浮球51能通过拉绳经定滑轮52拉动移动滑块53。定义浮球51在储水区2内受到浮力为f1，f1随储水区2储水量的变化而变化，则移动滑块53具有在浮球51重力及f1合力的作用下部分脱出或贴合于贯通孔41的自由度。当移动滑块53部分脱出贯通孔41时，蓄水箱4底部导通，蓄水向种植区1排入；当移动滑块53贴合于贯通孔41时，蓄水箱4底部贯通孔41封闭，蓄水箱4蓄水。
43.具体的，如图2所示实施例的具体结构，蓄水箱4的箱壁在贯通孔41的上沿和下沿分别沿竖向设置有第一凹槽43和第二凹槽42；移动滑块53设置为t字形滑块，t字形滑块的两翼分别位于所述第一凹槽43和第二凹槽42内，并且t字形滑块的下端长度大于第二凹槽的42高度、上端长度小于第一凹槽43的高度；图示中，第一凹槽43内设置有处于原长状态的第一弹簧54，第一弹簧54的长度大于第一凹槽43高度与t字形滑块上端的高度差、小于第一凹槽的高度。为确保能通过浮球51所受的浮力及其重力的合理拉动移动滑块53，浮球51采
用由密度比水小的材质制成实心球，移动滑块采用密度小、强度大、表面光滑的材质制成空心的t字形滑块。
44.进一步结合图示，蓄水箱4顶部设置有一贯通蓄水箱4内部的蓄水口，自动蓄水装置6设置在蓄水箱4内部，且自动蓄水装置6对应于蓄水口。实施例中，自动蓄水装置6包括轻质凹槽板61、第二弹簧62和格栅篮63；安装如下：蓄水箱4顶部内侧面沿蓄水口周圈设置有一开口朝下的第三凹槽45，轻质凹槽板61设置为开口朝上的半封闭结构，半封闭结构的侧壁插设在第三凹槽45内，并且该侧壁的高度大于所述第三凹槽45的高度；格栅篮63包围设置在轻质凹槽板61的外侧，其侧壁设置为格栅网、底部设置为实心板；格栅篮63顶部连接于蓄水箱4顶部内侧面上第三凹槽45的外围，格栅篮63底部采用第二弹簧62支撑连接于轻质凹槽板61的底部。当轻质凹槽板61内存储的雨水超过第二弹簧62的承重时，轻质凹槽板61向下移动，雨水可直接自蓄水口汇入蓄水箱4内。
45.为了增大蓄水箱4雨水收集范围，蓄水箱4顶部外侧设置有若干倾斜板44，倾斜板44自蓄水口向蓄水箱4上方倾斜延伸，构成口径自蓄水口向上逐渐增大的漏斗形结构；通过漏斗形结构增大蓄水箱4的雨水收集范围。
46.此外，本实施例公开的种植屋面为提升暴雨时的排水能力，种植区1上方50mm出设置有一溢流管14，溢流管14的出水口连通至市政雨水管道；溢流管14的入水口内设置有若干格栅板15，一般为双层即可，格栅板15位于溢流管14内壁上侧，其底部间隔于溢流管14内壁下侧；一般格栅板15底部与溢流管14内壁下侧间隔20mm，防止暴雨时截留在格栅板15处的植物等杂物堵塞溢流管。种植区1在土壤层11内布置有若干导水管，导水管表面均匀分布有渗水孔，并且导水管自种植区1靠近蓄水箱4侧向其远离蓄水箱4侧倾斜设置。导水管的布置一方面用于无雨时连通蓄水箱4贯通孔41，向种植区1的植物补水，另一方面暴雨时可减少管道压力。
47.本实用新型公开的零碳自动蓄补水种植屋面工作过程和运行原理如下：
48.在降雨时可通过种植区1积蓄雨水，储水区2可存储种植区1渗透的多余雨水；当雨水量较大时，通过种植区1上方溢流管14流出。同时，部分雨水沿着倾斜板44直接流入轻质凹槽板61中；当雨水量足够多时，积蓄的雨水产生的重力将轻质凹槽板61向下压，使得轻质凹槽板61脱离第三凹槽45，雨水陆续汇入蓄水箱4中；当雨停止后，轻质凹槽板61中的雨水会逐渐蒸发，轻质凹槽板61在第二弹簧62的弹力作用下回弹至第三凹槽45处，使得蓄水箱4处于密封状态，防止积蓄雨水的蒸发，如此可以实现种植屋面的自动蓄水，增大种植屋面的雨水收集和蓄水能力。
49.无雨季节，吸水棉结构21通过渗透作用将储水区2中的雨水导入土壤层11给植物补水，储水区2中浮球51的位置随着液面的降低而下降，通过拉绳带动移动滑块53向上移动；当储水区2液面下降至一定高度时，移动滑块53上移高度大于第二凹槽42高度，蓄水箱4中的水从空隙处流入种植屋面的导水管中，同时在水压的作用下将移动滑块53向上挤压，使得移动滑块53挤压第一弹簧54；当蓄水箱4中水面下降储水区2水面上升一定程度后，移动滑块53在重力和第一弹簧54弹力作用下向下移动关闭出水口，完成一次蓄水箱4向种植区1的补水过程。如此反复，可以实现种植物屋面的自动补水模式，减少人工灌溉省时省力，提高雨水的利用率节约水资源。
50.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实
用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。