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国内首个垂直森林住宅项目,绿化浇灌何解?
更新时间:2021-11-23 来源: 给水排水 作者:罗蓉等

以湖北省黄冈市居然之家垂直森林住宅为例,从浇灌系统总体设计、管道布置方式、浇灌系统组成及其工作方式等方面阐述了垂直森林住宅绿化浇灌系统设计。通过系统管道敷设的合理性、系统维护的便利性、控制组件的工作最优化等方面的比较,得出垂直浇灌系统在住宅中相对合理的设置方式。

“垂直森林Vertical Forest”是建筑师斯蒂凡诺·博埃利的构想,世界首例垂直森林住宅2014年在意大利米兰市中心建成。两栋住宅塔楼,建筑高度分别为110 m和76 m,建筑立面上错落分布着悬挑的混凝土阳台,阳台上种植了900余棵树木以及2 000多株花草灌木,形成了一个绿化覆盖面积达7 000 m²的“森林”。垂直森林住宅的两座塔楼种满绿色植物,成为住户的私家花园,保护室内居住空间免于噪声、粉尘、大风和阳光直射的影响。

绿化浇灌是垂直森林绿植成活的关键。绿植阳台虽然附着于每户住宅,但其产权和维护并不属于每户居民。根据相关规范,绿化浇灌管道不能布置在住宅套内。如何布置浇灌系统,是给排水专业需要重点研究解决的问题。

中国第一个垂直森林住宅项目——湖北黄冈居然之家垂直森林于2019年开工建设,现已基本建成。本文结合该工程实践,对垂直森林住宅绿化浇灌系统的设计方案进行了探讨。

1 工程概况

本项目位于湖北省黄冈市中心城区,含南楼、北楼两栋垂直森林住宅,总建筑面积共约36 500 m²,建筑高度均为80 m。其中南楼位于地块南面,共3个单元,±0.00绝对标高35.80 m;北楼位于地块北面,共一个单元,±0.00绝对标高38.00 m。住宅立面设置多个绿植阳台,阳台花池里种植有大小高低不一的植物,利用错层布置的阳台格局,营造出城市垂直森林的景观效果。该建筑阳台绿化属于公共资源,由小区物业统一管理。建筑效果如图1所示,实景如图2所示。

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图1 垂直森林住宅效果

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图2 黄冈居然之家垂直森林实景

从图1可以看出,每层外墙布置了若干处绿植阳台,绿植阳台高低错落布置,每3层一个循环。

为了便于阳台植物的日常养护,营造垂直森林的良好效果,需要对绿化浇灌系统的供水方式、系统控制及设备布置等方面进行多方案比选,以期找到经济、合理、美观的设计方案。

2 供水方式

2.1 系统设计

根据垂直森林的布置特点,绿化浇灌采用二次供水方式。基于绿化浇灌用水量较小、用水量相对比较均衡的特点,采用变频水泵+高位水箱联合供水的形式。在建筑物顶层设置高位浇灌水箱,系统分高低区设置,高区在屋顶平面布置供水干管,低区在底部架空层顶布置供水干管,分区供给每层垂直森林绿化浇灌用水。

常用的高效节水浇灌方式包括微灌、微喷灌、地下渗灌、滴灌等。根据本项目的特点,为了节约灌溉用水量,同时避免高处阳台绿化浇水喷洒到户内阳台或路上行人,设计采用滴灌方式。滴灌灌溉方式具有需水量少、布水均匀、浇水直达根部等特点,是垂直森林绿化浇灌的首选方案。

滴灌系统的组成主要包括:水源→电磁阀→支管减压阀→计量水表→滴灌管道→喷头。其中电磁阀是核心组件,电磁阀的启闭有多种控制方式,常用HCC解码器+Wifi控制器,配以雨量传感器来控制,在降雨时及时关闭系统。

2.2 高位水箱

高位水箱的容积取决于所需的绿化浇灌用水量。不同的绿色植物的需水量不同,不同地区的浇灌水量也有较大的区别。结合所选植物的种类和黄冈当地的气候特征,本项目绿化浇灌水量逐月统计如表1所示。

表1 垂直森林绿化浇灌水量逐月统计(单位:m³/d)

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从表1可以看出,两栋塔楼绿化浇灌水量最大月发生在每年6月份,该月南楼每天需水量约5 m³,北楼每天需水量约3 m³。

水箱容积取最大月日浇灌水量,南楼屋顶绿化浇灌水箱有效容积取5 m³,北楼屋顶绿化浇灌水箱有效容积取3 m³。利用住宅高区生活水泵向屋顶浇灌水箱供水,由水箱水位控制水泵的启停。浇灌水箱进水单独设水表进行计量。

为保证用水较少月份水箱内的水质安全,屋顶浇灌水箱内设置水质在线监测系统,对浇灌水箱内储水的浊度、pH、电导率等水质指标进行监测,便于发现水质异常变化,及时采取补充新鲜水等有效措施。屋顶浇灌管道布置如图3所示。

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图3 屋顶浇灌管道布置

2.3 分区设计

考虑到建筑物的建筑高度为80 m,浇灌系统最高层与最低层压差约为0.80 MPa。在屋顶风机房上方设有水箱间,水箱间内设置滴灌用高位水箱,采用重力+压力供水方式(压力不够的楼层设置管道泵保证用水压力),竖向分为3个供水分区:

高区:24层至屋面层,采用水箱出水结合管道增压泵供水,设置独立的管道系统。管道增压泵参数:Q=2 m³/h,H=16 m,N=1.1 kW,1用1备。

中区:13层至23层,采用水箱出水直接供水。在屋顶设置水平分配管,水箱出水直接分配至服务各个绿化阳台的滴灌立管。

低区:1层至12层,采用水箱出水经过减压阀减压后供水。在底部架空层设置减压阀和水平分配管,连接各个阳台的滴灌立管。

减压阀的设置位置是分区设计值得思考的问题。主要有两个设置位置可供选择:

1)方案一:在每根立管的12层与13层楼板之间的外墙上设置减压阀,中区和低区共用立管。这种布置方式可以节省一趟干管;但中区用水时,将会对低区的压力产生影响;减压阀设于外墙立面,不利于维护管理。分区方式如图4所示。

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图4 系统分区方案一

2)方案二:从屋顶水箱设置专用的低区出水干管,下至住宅底部,在架空层顶经过减压阀减压后,敷设至各个灌溉立管,下行上给至各个用水点。这种布置方式的优点是减压阀阀后压力稳定;减压阀设于室内,便于维护管理;缺点是需要在底部架空层设置水平干管系统。分区方式如图5所示。

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图5 系统分区方案二

综合分析比较方案一和方案二的优缺点,考虑到系统压力稳定性、电磁阀使用寿命及维护检修方便,本项目选择方案二。

3 系统控制

3.1 电磁阀原理

滴灌系统的控制核心是电磁阀组。电磁阀组控制器一般连接220 V交流电源,配置压力调节器以保证系统在最佳工作压力下运行。根据所编制的灌溉程序,定时启闭电磁阀。电磁阀开启时,滴头出水,系统开始工作;电磁阀关闭时,系统结束滴灌浇水。

表2 电磁阀工作参数

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以本工程南楼为例,每组电磁阀后滴管长度共440 m,所选滴管密度为每间隔0.20 m一个滴头,滴头流量为1.5 L/h,则每组电磁阀过流总流量为0.92 L/s,选用PGV.101 G型电磁阀并配置适用的压力调节器。电子阀组件设置在专用的阀门箱内。

3.2 电磁阀设置位置选择

根据本项目垂直森林住宅的绿化阳台的分布情况,电磁阀的设置位置有3种方案可供选择。

1)方案一是在每根灌溉立管起端设置一套电磁阀,每套电磁阀控制垂直方向从上到下绿化阳台的灌溉。管道系统采用竖向系统,如图6所示。

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图6 竖向管道系统

2)方案二是将电磁阀设于某层管道井内,就近控制基本相邻的3个绿化阳台的灌溉。采用水平管道系统,如图7所示。

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图7 水平管道系统

3)方案三是在每个绿化阳台设置一套电磁阀,一个电磁阀仅控制一个绿化阳台的灌溉。

方案三虽然能做到精确控制,但控制太复杂,所需的电磁阀数量也最多;而方案二将电磁阀组设置于公共区域管道井内,管道需经户内在吊顶敷设灌溉管道至绿化阳台,不满足《住宅设计规范》(GB 50096-2011)的要求。

方案一的控制相对简单,电磁阀可相对集中布置在顶层和地面架空层,同时控制垂直方向的所有绿化阳台,适当就近兼顾相邻的阳台。本项目按照方案一布置电磁阀,一套电磁阀最多同时控制8个绿化阳台的灌溉。

3.3 计量水表

每个绿植阳台均设置滴水机芯远传水表。该水表精度可达10 L/h。可以通过水表读数的变化,有效观测阳台滴灌系统是否正常工作,有助于维护管理人员及时发现故障,保证系统正常运行。

3.4 滴灌管道

以南楼为例,如前所述,每组电磁阀过流总流量为0.92 L/s,设计管径取DN32。滴灌管道采用高级聚乙烯材料,强韧、抗撕扯、抗老化、滴头具有止溢功能,可以防止布置沿线由于高差而造成的残余水渗漏现象,且水利用率高、不受风的影响;采用前沿的铜屏蔽技术,有效防止根系入侵滴头;同时带宽流道自清洗功能,有效防止堵塞。

4 花池滴灌排水

花池墙体做好防水并四周粘牢土工布,花池排水采用重力流排水方式排出,排水立管敷设于阳台上。阳台种植土下方敷设透水用鹅卵石作为排(蓄)水层,利用侧排地漏收集下渗雨水,吊顶内设置排水支管与系统专用排水立管连接。排水方式如图8所示。

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图8 阳台花池排水示意

5 总结与思考

为了垂直森林住宅建筑的健康发展,有些问题需要进一步探讨:

管道布置。竖向管道只能设于外墙立面,应采取有效措施隔热防冻、防紫外线影响。

系统控制。减压阀的设置位置要综合考虑减压阀前后压力波动的影响,电磁阀的设置位置要综合考虑经济性和可操作性因素。

滴管材料选择。滴灌管是滴灌系统中的重要组成部分,根据不同的敷设部位需要选用不同的材质。

滴头布置间距的选择。不同地区根据气候条件不同,选择的树种也不同,植物稀疏程度也不一样。滴头间距应根据植物稀疏程度选择布置。

运行维护成本。绿色植物,尤其是高大乔木的种植和维护,均需要设置垂直运输设备。应采取措施控制运行维护的成本。

防火安全性。秋冬季节树木干燥,容易引发火灾事故,应引起管理者的足够重视。


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