种植屋面5种不同排蓄水材料性能分析.pdf

第12卷第4期中国城市林业V01．12No．42014年8月JournalofChineseUrbanForestryAug．2014种植屋面5种不同排蓄水材料性能分析俞伟关庆伟南京林业大学森林资源与环境学院南京210037摘要：为了明晰种植屋面排蓄水层的蓄水能力，测定了5种排(蓄)水材料的蓄水性能指标。在3cm厚时，蓄水量从大到小依次为PVC板、玻璃轻石、HDPE板、陶粒、碎石。玻璃轻石和陶粒通过增加铺设厚度蓄水量均可超过塑料排(蓄)水板，尤其是玻璃轻石；对于简单式种植屋面，塑料排(蓄)水板表现出良好的综合性能，特别是PVC板；碎石在土层较厚的花园式种植屋面具有明显优势；而陶粒在性能和成本方面相对其他材料都不占优。关键词：种植屋面，排(蓄)水材料，蓄水性能，塑料排水板，玻璃轻石PerformanceAnalysisofFiveDiferentWaterDrainageandRetainingMaterialsforGreenRoofYuWeiGuanQingwei(CollegeofForestResources＆Environment，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，Jiangsu，China)Abstract：Inordertoelmfywaterretainingcapacityofwaterdrainage(retaining)layerofgrE~nroof，thewaterre—tainingperformanceindexof5diferentwaterdrainage(retaining)materialsweredetermined．Atthethicknessof3cm．waterretainingcapacityCanberankedfromllishtolowa8PVCplate>glasspumice>HDPEplate>ceram—site>grave1．However，waterretainingcapacityofglasspumiceandeeramsitecanexceedtheplasticdrainageplatebyincreasingthickness，whichisparticularlyobviousforglasspumice．Fortheextensivegreenroof，plasticdrainageplates，especiallyPVCplates，showgoodcomprehensiveproperties．Thegravelhasobviousadvantagesontheinten-sivegreenroofwitllthickersoil．Theceramsitehasnoadvantageintermsofperformanceandcostscomparedwithoth—ermaterials．Keywords：greenroof，waterdrainage(retaining)material，waterretainingperformance，plasticdrainageplate，glasspumice种植屋面是指铺以种植土或设置容器种植植物greenroof)和花园式(intensivegreenroof)2种，并的建筑屋面或地下建筑顶板。栽上植物的屋面可以规定了种植平屋面设计的基本构造层次要求，从下蓄积雨水，减少地表径流。在炎热夏季，其往上依次为基层(即屋面板)、绝热层、找坡层、通过植物土壤的蒸腾蒸发作用和树冠叶片的遮阴效普通防水层、耐根穿刺防水层、保护层、排(蓄)果，可以大大减少屋面热通量，增强保温隔热性水层、过滤层、种植土层和植被层等。在具体实施能，降低建筑物空调系统的能耗，从而间接减时可根据各地区气候特点、屋面形式、植物种类等少碳排放。情况，增减屋面构造层次，选择不同材料。同时规国家行业标准{JGJ155-2013种植屋面工程技程建议年降水量小于蒸发量的地区宜选用蓄水功能术规程》中将种植屋面划分为简单式(extensive强的排(蓄)水材料，而在条文说明里推荐优先选收稿日期：2014—06—06基金项目：林业公益性行业科研专项提高城市森林固碳能力的关键技术研究与示范(201104075)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)；江苏省普通高校学术学位研究生科研创新计划资助项目作者简介：俞伟，高级工程师，博士研究生，研究方向为城市生态学和生态技术应用，E—mail：35799828@qq．com通信作者：关庆伟，教授，博导，研究方向为城市林业和生态学，E—mail：guanjapan999@163．com 第4期俞伟关庆伟：种植屋面5种不同排蓄水材料性能分析19用塑料类排(蓄)水板。由此可见，对于雨水少的1．2研究方法地方，种植屋面排(蓄)水层的蓄水能力是非常重所选材料分属2种不同类型，碎石、陶粒和玻要的。它直接关系到植物的存活和后期养护的成本，璃轻石属于松散型颗粒状无机材料，塑料类排特别是对于种植土层很薄的简单式种植屋面。(蓄)水板属于块状有机材料。整个试验根据材料目前市场上塑料排(蓄)水板的厚度普遍在2特点采取了2种不同的方法。～3cm，其每平米的蓄水能力到底有多大尚没有看到首先，将碎石、陶粒和玻璃轻石用玻璃量杯各具体数据。另外在种植屋面全生命周期的环境评价量取1L装入自封塑料袋中，在自然状态下用精度时发现，这种塑料排(蓄)水板在生产过程中会给为0．O1g的电子天平称重，记录重量；然后在塑料环境带来负荷，而且现有塑料排(蓄)水板的耐久袋中灌满水后封口，全浸水24h后开启袋口将水排年限还有待提高。总之，和其他轻质无机多孔材干，观察袋内不再有重力水流出后，用电子天平二料相比，这类排(蓄)水板的蓄水性能是否真的具次称重，记录下浸水后的重量；前后差值即为每升有明显优势，还没有看到公开的实验报道。下面我材料的蓄水重量，并可由此换算出每升材料蓄水体们想通过两类5种不同排(蓄)水材料的对比试验，积。同时，观察碎石、陶粒和玻璃轻石在水中状态来对它们的蓄水性能进行验证，以期为今后种植屋的变化(下沉、悬浮或浮在水面)。面(或屋顶绿化)建设提供依据和参考。然后，用电子称称取2种塑料排(蓄)水板各自重量，并得出每平米重量。接着，用量杯量取1L水1材料与方法备用，将2种排(蓄)水板平放在桌面，进行注水试1．1试验材料验。PVC排(蓄)水板选取4排共64个孔，先用塑本次试验选取的5种排(蓄)水材料分别是碎料尖嘴壶将每个孔的水加至九成满，然后改用吸管点石、陶粒、玻璃轻石、PVC排(蓄)水板和HDPE加，以水不往外溢出为标准，记录下所用水量，计算排(蓄)水板。碎石是屋顶绿化常用的排水材料，出单孔平均用水量，由此得出整块板(约1m2)的蓄取材容易、价格低廉、重量大、强度高，排水效果水量。对于HDPE排(蓄)水板则对整块单板的小孔好，选用规格1—2．5era；但由于材料自身质地紧注水，记录下单块板的用水量，由此计算出每平米板密、没有孔洞，基本没有吸水能力，本次试验把它的蓄水量(4块1m2)。注水方法和标准同上。作为对照。陶粒属传统园艺上常用的轻质疏松颗粒以上试验均在南京林业大学生态学实验室内进行，状材料，因原料和工艺不同而各异，有一定的吸水时间为2014年1月。试验设3次重复，结果取平均值。性；但抗压强度远不如碎石，较早应用于简单式种植屋面，选用规格1—2cm，球形暗红色。玻璃轻石2结果是将各种废玻璃研磨成粉末，通过添加不同的助剂，自然状态下，碎石和陶粒、玻璃轻石的重量差使其在高温焙烧过程中发泡膨胀后冷却而形成的一异很大，从大到小的顺序为碎石、陶粒、玻璃轻石，种多孔轻质无机材料，具有质轻多孔、硬度高、抗其中碎石的重量分别是陶粒的4倍和玻璃轻石的6．6压性强、吸水性好等多种优良性能，是新开发的循倍。根据统计数据，计算出3种材料每升的蓄水量环利用型材料，选用规格1．5～3cm。由大到小依次为玻璃轻石、陶粒、碎石(表1)。陶本试验选用的PVC排(蓄)水板为双面凹凸粒的蓄水量为碎石的4．9倍，玻璃轻石的蓄水量高型，规格78cmX127cm(约1m)，总厚度3era；出陶粒约60％。另外可以看到，经水浸泡24h后，下凹面整体形成蓄水盘，总共由791个杯形孔组成，除碎石外，陶粒和玻璃轻石依然浮在水面。蓄水高度约1．5cm；上凸顶面开小圆孔用于排水和表13种松散型颗粒状排(蓄)水材料性能指标透气，同时支撑土工布。HDPE排(蓄)水板规格kg／L为50cmx50cm，总厚度(也是蓄水高度)为3cm。其板面结构为多孔图案状，大孔共64个，镂空用于排水透气；小孔81个，下凹杯形用于蓄水和支撑。 中国城市林业第12卷对于塑料类材料，PVC排(蓄)水板要比和重量比2个参数(表3)。HDPE排(蓄)水板轻77％，且每平米蓄水量前者表22种塑料类排(蓄)水板性能指标要大于后者约25％(表2)。在试验过程中，HDPE排(蓄)水板有破损，而PVC排(蓄)水板没有。虽然本次试验没有做材料的耐压强度测试，但也从侧面说明PVC板的整体强度要好于HDPE板。同时，为了体现蓄水量和材料自身重量和体积的关系，根据试验数据另外计算出其各自的体积比表35种排(蓄)水材料蓄水性能重量比和体积比3分析与讨论塑料排(蓄)水板的蓄水能力就比颗粒状的轻质材首先需要强调是，把碎石作为对照是由于一般料要好。认为它不具备蓄水能力，但为什么试验结果里却反试验中陶粒和玻璃轻石在浸水后仍然浮在水面，映出它具有一定的蓄水量呢?这是因为碎石并不是说明其比重仍然小于水。这恰如厂家资料所介绍，一种憎水材料，浸水后其表面实际上也吸附了少量证明它们的内部孔洞为封闭结构而没有连通，只是的水；但其蓄水量只占到材料自身重量的1％和体表层的微孔吸附水分，才使得它们在浸水饱和后仍积的1．5％，确实可以忽略不计。能保持较小的比重，而这种特性也是种植屋面所需对2类不同材料由于采用了不同的试验方法，要的。通常人们依据它们始终浮在水面的性状而断对于各自的蓄水能力得出的结果无法直接进行比较。定它们没有吸水性或吸水性不好，这是不科学的。对于碎石、陶粒和玻璃轻石，得到的是每升蓄水量；陶粒和玻璃轻石的表面均呈细密蜂窝状，作为排而对于塑料排(蓄)水板，得到的是其每平米固定(蓄)水材料其颗粒小、数量多，总表面积就大，蓄水量(其厚度为定值)。如此只有把碎石、陶粒铺设达到一定厚度其蓄水性能是不可小觑的；而塑和玻璃轻石每升蓄水量换算成每平米才有比较意义；料排(蓄)水板由于可选择厚度不多，其蓄水的潜而要算出其每平米的蓄水量，只有在具体工程中明力非常有限。确了这类材料的铺设厚度才能得到。在实际应用中，简单式种植屋面占有较大比例。不妨先来看一下《种植屋面工程技术规程》特别是以种植佛甲草为主的既有建筑屋面改造工程，JGJ155—2013里对这类材料的铺设要求：1)级配碎由于原结构荷载限制，种植土层较薄。说到这一类石的粒径宜为1—2．5cm，铺设厚度不小于10cm；种植屋面，就要对《规程》里的数据作一点调整2)陶粒的粒径宜为1cm～2．5cm，堆积密度不宜大(因为这样才显得公平)。上面的比较套用了《规于500kg／m3(本次试验用陶粒366kg／m)，铺设程》里的铺设厚度下限值10cm。实际上在简单式厚度不小于10cm。以上对于材料铺设厚度的规定均种植屋面工程中，这样的铺设厚度是不现实的。作为下限值，实际工程中通常会根据种植土厚度和实为简单式种植屋面，总厚度一般不超过15cm。如果际情况调整。对于玻璃轻石，因为是新型材料，《规把碎石、陶粒和玻璃轻石的铺设厚度都按10cm来程》里没有提到，对其可以参考陶粒的要求。如果算，上面的土壤就太薄了，排(蓄)水层厚度竟然以铺设厚度下限10cm来计算，可得到碎石、陶粒超过了种植土层。事实上也没这个必要。考虑种盆和玻璃轻石每平米的蓄水量分别为1．5kg、7．3kg和花的情况，一般在盆底铺上2—3cm厚的陶粒或石11．8kg。除了碎石，这要比所有塑料排(蓄)水板子就可满足排水要求。如果按照这个推理，《规程》的蓄水量都要大得多，特别是玻璃轻石，反映出优里的下限值应该主要是针对种植土层较厚的花园式良的蓄水能力。所以在实际工程中不能简单地认为种植屋面。 第4期俞伟关庆伟：种植屋面5种不同排蓄水材料性能分析21按照3cm的统一厚度来比较这5种材料每平米大量蓄水但又不牺牲种植土层厚度是种植屋面排的蓄水能力(表4)不难发现，这时的蓄水能力排(蓄)水材料应该具备的良好性能，特别是对于简序发生了改变，从大到小依次为PVC板、玻璃轻单式种植屋面而言。石、HDPE板、陶粒、碎石。这这说明在简单式种这里需要说明的是，对于2种排水板，试验结植屋面中，塑料排(蓄)水板表现出优良的性能，果是在水平的试验桌上得出的；而对于种植平屋面，陶粒在铺设厚度减小的情况下蓄水能力明显下降。规范要求其排水坡度应在2％一5％。在这种情况陶粒的蓄水量只有在铺设厚度达到5em时超过下，排水板的蓄水量将会因屋面倾斜有所折减，而HDPE板，厚度为7cm时超过PVC板；而玻璃轻石这对于玻璃轻石和陶粒则没有影响。但从施工的角则只需要增加1cm，就已和PVC板相近。所以在简度看，屋面坡度的增加无疑也加大了玻璃轻石和陶单式种植屋面上，PVC板和玻璃轻石的蓄水性能应粒这类散状颗粒材料的铺设难度。二者在这方面各该是相近的，而陶粒因为太厚而不会被选用。能够有利弊。表45种排(蓄)水材料3cm厚性能指标2007版《种植屋面工程技术规程》有关排是明显的，这在大量的工程实践中得到证实。这就(蓄)水材料章节没有列出碎石这种材料，只有陶是为什么2013版《种植屋面工程技术规程》里加上粒和塑料排(蓄)水板；但2013版把碎石加了进了碎石这种看似又苯又重且无蓄水性能的材料的去，并提出了铺设要求。同时，塑料排(蓄)水板原因。作为建议采用材料从2013版正文里删除，而在条文最后，就蓄水量而言，没有任何一种排(蓄)说明里保留(见2013版5．1．13和2007版5．2．8)。水材料能够超过土壤本身(见规程对种植土的要对于这样做的原因没有解释。即便如此，从以上的求)。那么随着种植土层厚度的增加，排(蓄)水分析可以看出，塑料排(蓄)水板作为一种轻质带层所承担的蓄水量比例就在下降，其重要性也将相蓄水且施工方便的材料，在简单式种植屋面上具有应降低。所以强调排(蓄)水层材料的蓄水能力应很大优势；特别是当种植屋面工程受到屋面荷载限该只是针对种植土层较薄的简单式种植屋面，特别制时，这种材料轻且薄的特点可以最大程度增加种是在缺水干旱地区。植土层厚度和减小总厚度。但对于花园式种植屋面，情况会有所不同。由于种植土层很厚(通常>504结论cm)，在实际应用中会遇到一些意想不到的问题，种植屋面是对城市绿地的有效补充，对于缓解即由于土方量过大，在运输和平整过程中往往会用城市用地紧张，改善人居环境发挥着愈来愈重要的到车辆设备；而除了碎石外，上述其他材料是无法作用。作为建筑的有机组成部分，种植屋面必须首经受车轮反复碾压的(特别是地下或半地下式车库先解决好屋面排水问题，以消除公众对其存在的担顶板上的土都是运土车直接开上去卸土)。虽然忧；同时，为了屋面植物的生存和正常生长，也要《规程》里规定了塑料排(蓄)水板的压缩性能指求排水材料兼有蓄水功能。塑料排(蓄)水板对于标，但主要是针对人和土壤的荷载，而没有考虑到简单式种植屋面表现出良好的应用前景，特别是屋面上土过程中运输车辆对材料的损伤。所以排PVC排(蓄)水板，其蓄水重量比和体积比均为最(蓄)水板实际上只适用于用人工上土的种植屋面，优。其次是玻璃轻石。由于其多孔高强的特征，在而对于那些需要用车辆上土的种植屋面碎石的优势透气性和耐压性方面均要优于塑料排(蓄)水板； 中国城市林业第12卷尤其在增加铺设厚度的情况下，其蓄水性能将远远[2]孙挺，倪广恒，唐莉华，等．绿化屋顶雨水滞蓄能力试验研究超过排(蓄)水板。而陶粒在性能和成本方面相对[J]．水力发电学报，2012(3)：44—48．[3]叶建军．屋顶绿化对城市水环境的改善[J]．水土保持研究，其t材料都不占优。对于种植土层较厚的花园式种2007(2)：186—188．植屋面，碎石有时是个不得已的选择。其成本优势[4]项铮，储依．几种屋顶绿化形式的隔热及节能效果研究[J]．和抗压性能使它在过去、现在和将来都不能被轻易土木建筑与环境工程，2011(增刊1)：42—44．淘汰。[5]唐鸣放，郑澍奎，杨真静．屋顶绿化节能热工评价[J]．土木建筑与环境工程，2010(2)：87—90．参考文献[6]杨真静，唐鸣放．绿化屋顶技术研究综述与探讨[J]．新建筑，[1]曹传生，刘慧民，王南．屋顶花园雨水利用系统设计与实践2012(4)：52—56．[J]．农业工程学报，2013(9)：76—85．(上接第5页)情况下，通过“基底一节点一路径”方式构建的集3．3空间网络构建水造绿优势空间网络能够适应人居环境集水造绿的在基于基底的节点和路径识别规划中，共规划需求。在以环县为例的规划分析中，它可在前期规100个节点和2380km路径，总计面积1791．8km，划中将区域的森林覆盖率从6．80％提升至19．40％，占环县总面积的19．40％。基底上的节点与路径形成并预期在远期时空尺度上以风景园林的手段逐步改了具有优先性的集水造绿网络规划(图5)。在该集善区域人居环境，在黄土高原半干旱地带实现水绿水造绿优势带中，通过各流域内雨水收集与调配的双赢的“水一绿一人”和谐共生。规划，先期实现水绿双赢，保证森林覆盖率。在甜水堡“上海绿洲”世博林的200hm实验参考文献基地内，通过选择优势地带进行雨水调配保证树草[1]刘滨谊，王南．应对气候变化的中国西部干旱地区新型人居环境建设研究[J]．中国园林，2010(8)：8—12．存活，从2009年10月至2013年8月，经过近4[2]刘滨谊．三元论：人类聚居环境学的哲学基础[J]．规划师，年的时间，已实现了40．13hm阳光非直射土壤水1999，15(2)：81—84，124．分条件较好的集水造绿优势地带景观规划成果[3]LiuBinyi，WangNan．Newplanningsystemofhumansettlements(图6)，4年内实现了森林覆盖率19．40％。在insemi—addareaofloessplateauundertheguidanceofWater—“上海绿洲”内，虽然时空尺度上不能完全反映宏GreenInteractiveModel[J]．JournalofHabitatEngineeringand观区域内节点与路径的空间网络生态关系，但其仍Design，2013(3)：137—144．可为大尺度网络中特定节点路径的集水造绿规划提[4]李锐，杨文治，李壁成，等．中国黄土高原研究与展望[M]．北供验证与借鉴。京：科学出版社，2008．[5]朱清科，张岩，赵磊磊，等．陕北黄土高原植被恢复及近自然造林[M]．北京：科学出版社，2012．4结论[6]环县林业局．环县森林资源概况[EB／OL]．[2013—07—10]．将“三元论”与“生态修复”作为景观化水绿http：／／www．hxlyj．net／E_ReadNews．asp?NewsID=169．双赢空间构建的理论依据，确可为空问网络构建与规划方法的应用提供指导。在引入适当人为干预的