吸收二氧化碳的現(xiàn)代化方式是屋頂綠化
來(lái)源： http://www.helpdeskservice.com.cn/ 類別：實(shí)用技術(shù) 更新時(shí)間：2013-02-26 閱讀次
【本資訊由中國(guó)糧油儀器網(wǎng)提供】 屋頂綠化不僅能凈化空氣，降低城市噪聲，緩解城市熱島效益，而且可以增強(qiáng)城市的整體美感。因此，屋頂綠化自20世紀(jì)60年代開(kāi)始被西方發(fā)達(dá)國(guó)家研究及應(yīng)用，已形成了成熟的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)；近年在我國(guó)部分地區(qū)得以試用，但占總綠化面積的比例不高，規(guī)模上和技術(shù)上都有較大的發(fā)展空間。CO2是典型的溫室效應(yīng)氣體，對(duì)其減排已成為各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。中國(guó)政府在2009年哥本哈根《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》大會(huì)上承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放在2005年基礎(chǔ)上下降40%~45%。因此，迫切需要多渠道尋找具體可行的二氧化碳減排方法。對(duì)于化石燃料燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的CO2目前正在進(jìn)行包括地質(zhì)封存、海洋封存和礦物化學(xué)吸收等捕集技術(shù)的研究；而對(duì)于已經(jīng)存在于大氣中的低濃度CO2的捕集，研究者寄希望于綠色植物的光合作用。本論文基于綠色植物的光合作用，期望利用已有的屋頂綠化技術(shù)，在城市區(qū)域進(jìn)行大規(guī)模屋頂綠化，以達(dá)到降低環(huán)境中CO2濃度的目的。為此，進(jìn)行了包括紅葉石楠、金葉女貞、紅繼木、石榴等綠色植物吸收CO2的實(shí)驗(yàn)研究，以期篩選出對(duì)CO2具有較顯著吸收能力的屋頂綠化植物。在此基礎(chǔ)上，對(duì)武漢城市區(qū)域進(jìn)行屋頂綠化所能達(dá)到的二氧化碳減排效益進(jìn)行了分析。
自行設(shè)計(jì)的綠色植物吸收CO2的封閉式動(dòng)態(tài)熏氣實(shí)驗(yàn)裝置，可以準(zhǔn)確測(cè)定箱體內(nèi)待測(cè)氣體的濃度，并具備開(kāi)頂式熏氣裝置模擬自然環(huán)境的特點(diǎn)。熏氣裝置支撐部分為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，由中部長(zhǎng)方體氣室（1.0m×0.8m×0.6m）和兩側(cè)梯臺(tái)（頂面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）組成，外側(cè)安裝有機(jī)玻璃板。進(jìn)氣梯臺(tái)和長(zhǎng)方體之間用篩板隔開(kāi)，進(jìn)氣處裝有電扇，可以混勻進(jìn)氣；進(jìn)氣梯臺(tái)側(cè)面有混合氣和CO2的進(jìn)氣口，排氣梯臺(tái)側(cè)面有混和氣排氣口和取樣口，氣室上有氣樣回流口；氣室內(nèi)置有溫度計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)氣室內(nèi)溫度。通風(fēng)管使用直徑0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道離心通風(fēng)機(jī)，可在通風(fēng)管內(nèi)形成低速氣流，使實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部混合氣自循環(huán)。CO2進(jìn)氣管、取樣管和回送管用橡膠皮管，打開(kāi)儲(chǔ)氣瓶的止氣閥，CO2氣體通過(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入氣室，與室內(nèi)氣體混合。實(shí)驗(yàn)使用ACO-006型電磁式空氣泵抽取氣體樣品，并用LZB-4型轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)取樣速度，用二氧化碳監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)CO2濃度，精度0.01mL/L，測(cè)量范圍為0~100vol%，氣樣檢測(cè)之后通過(guò)回流管返回到氣室。
實(shí)驗(yàn)在屋頂上進(jìn)行，保證植物能充分接受光照，并使實(shí)驗(yàn)的光熱條件符合屋頂綠化植物的生長(zhǎng)環(huán)境。每次實(shí)驗(yàn)前打開(kāi)氣室門并開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)，將前次實(shí)驗(yàn)殘余氣體排出并換入新鮮空氣。熏氣實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行空腔實(shí)驗(yàn)，直接向氣室內(nèi)通入適量CO2，運(yùn)行裝置24h后，檢測(cè)氣室內(nèi)CO2濃度。選擇武漢地區(qū)常見(jiàn)屋頂綠化植物進(jìn)行熏氣實(shí)驗(yàn)，將植物置于氣室內(nèi)，適時(shí)補(bǔ)充CO2氣體，使其室內(nèi)CO2濃度維持在0.5%（過(guò)高濃度CO2會(huì)抑制植物呼吸作用），之后24h每隔0.5h測(cè)定一次氣室內(nèi)的CO2濃度，并記錄下氣室內(nèi)的溫度、植物的生長(zhǎng)狀況和植株的葉片面積。為了說(shuō)明用取樣分析方法檢測(cè)氣室內(nèi)CO2濃度的可行性，在無(wú)電扇情況下，使用Fluent軟件對(duì)氣室內(nèi)氣體流速場(chǎng)和CO2濃度場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)模擬。結(jié)果顯示，氣室中部氣體流速較高，CO2濃度分布比較均勻，但靠近氣室壁處氣體流速低或停滯，使得CO2濃度有明顯差異。不同植物對(duì)CO2的吸收速率及影響因素的實(shí)驗(yàn)研究空腔實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，24h后氣室內(nèi)CO2濃度變化不足0.5%，氣室密閉性達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。以紅葉石楠為例，累加上補(bǔ)氣造成的濃度提高。結(jié)果顯示，環(huán)境溫度對(duì)植物CO2的吸收速率有較大的影響，適合溫度下，植物光合速率隨著光照強(qiáng)度的提高而迅速增長(zhǎng)，而當(dāng)溫度超過(guò)一定上限（約為34℃），會(huì)嚴(yán)重制約植物光合速率，植物呼吸速率相對(duì)于光合速率很小。植物呼吸速率主要受溫度、CO2和O2的濃度、水分、病原菌、機(jī)械損傷等因素影響，全年時(shí)間內(nèi)溫度變化是影響呼吸速率的主要因素；土壤微生物呼吸速率約為0.13mg（/m3•min），相對(duì)植物呼吸速率很小，可忽略不計(jì)。紅葉石楠、紅繼木和石榴對(duì)CO2的吸收速率較高，且在屋面環(huán)境中生長(zhǎng)狀況良好，適合用于城市屋頂綠化。
通過(guò)對(duì)常見(jiàn)屋頂綠化植物吸收CO2速率的實(shí)驗(yàn)研究，計(jì)算和分析武漢城市區(qū)域進(jìn)行屋頂綠化所能達(dá)到的二氧化碳減排效益，得到以下結(jié)論：（1）紅葉石楠、紅繼木和石榴等植物對(duì)CO2具有顯著的吸收能力，適合用于屋頂綠化；吸收CO2的速率受溫度影響很大，因此，進(jìn)行屋頂綠化時(shí)要選擇具有高比熱容的合成土壤，并進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)。（2）武漢地區(qū)進(jìn)行規(guī)模化屋頂綠化后，每年二氧化碳減排量可達(dá)到1.696×106t，采用屋頂綠化實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域二氧化碳減排的技術(shù)具體可行。2010年武漢市建立國(guó)家碳交易中心，并籌建武漢地區(qū)自愿性碳減排聯(lián)盟，2011年屋頂綠化被納入武漢市建筑節(jié)能規(guī)范和“兩型”社會(huì)試點(diǎn)。同時(shí)，人工輕質(zhì)培養(yǎng)土、輕質(zhì)薄層排水板等新技術(shù)不斷出現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)佛甲草開(kāi)始市場(chǎng)化供應(yīng)。屋頂綠化在武漢地區(qū)的推廣環(huán)境越來(lái)越好，具有很好的發(fā)展前景。
自行設(shè)計(jì)的綠色植物吸收CO2的封閉式動(dòng)態(tài)熏氣實(shí)驗(yàn)裝置，可以準(zhǔn)確測(cè)定箱體內(nèi)待測(cè)氣體的濃度，并具備開(kāi)頂式熏氣裝置模擬自然環(huán)境的特點(diǎn)。熏氣裝置支撐部分為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，由中部長(zhǎng)方體氣室（1.0m×0.8m×0.6m）和兩側(cè)梯臺(tái)（頂面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）組成，外側(cè)安裝有機(jī)玻璃板。進(jìn)氣梯臺(tái)和長(zhǎng)方體之間用篩板隔開(kāi)，進(jìn)氣處裝有電扇，可以混勻進(jìn)氣；進(jìn)氣梯臺(tái)側(cè)面有混合氣和CO2的進(jìn)氣口，排氣梯臺(tái)側(cè)面有混和氣排氣口和取樣口，氣室上有氣樣回流口；氣室內(nèi)置有溫度計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)氣室內(nèi)溫度。通風(fēng)管使用直徑0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道離心通風(fēng)機(jī)，可在通風(fēng)管內(nèi)形成低速氣流，使實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部混合氣自循環(huán)。CO2進(jìn)氣管、取樣管和回送管用橡膠皮管，打開(kāi)儲(chǔ)氣瓶的止氣閥，CO2氣體通過(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入氣室，與室內(nèi)氣體混合。實(shí)驗(yàn)使用ACO-006型電磁式空氣泵抽取氣體樣品，并用LZB-4型轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)取樣速度，用二氧化碳監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)CO2濃度，精度0.01mL/L，測(cè)量范圍為0~100vol%，氣樣檢測(cè)之后通過(guò)回流管返回到氣室。
實(shí)驗(yàn)在屋頂上進(jìn)行，保證植物能充分接受光照，并使實(shí)驗(yàn)的光熱條件符合屋頂綠化植物的生長(zhǎng)環(huán)境。每次實(shí)驗(yàn)前打開(kāi)氣室門并開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)，將前次實(shí)驗(yàn)殘余氣體排出并換入新鮮空氣。熏氣實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行空腔實(shí)驗(yàn)，直接向氣室內(nèi)通入適量CO2，運(yùn)行裝置24h后，檢測(cè)氣室內(nèi)CO2濃度。選擇武漢地區(qū)常見(jiàn)屋頂綠化植物進(jìn)行熏氣實(shí)驗(yàn)，將植物置于氣室內(nèi)，適時(shí)補(bǔ)充CO2氣體，使其室內(nèi)CO2濃度維持在0.5%（過(guò)高濃度CO2會(huì)抑制植物呼吸作用），之后24h每隔0.5h測(cè)定一次氣室內(nèi)的CO2濃度，并記錄下氣室內(nèi)的溫度、植物的生長(zhǎng)狀況和植株的葉片面積。為了說(shuō)明用取樣分析方法檢測(cè)氣室內(nèi)CO2濃度的可行性，在無(wú)電扇情況下，使用Fluent軟件對(duì)氣室內(nèi)氣體流速場(chǎng)和CO2濃度場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)模擬。結(jié)果顯示，氣室中部氣體流速較高，CO2濃度分布比較均勻，但靠近氣室壁處氣體流速低或停滯，使得CO2濃度有明顯差異。不同植物對(duì)CO2的吸收速率及影響因素的實(shí)驗(yàn)研究空腔實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，24h后氣室內(nèi)CO2濃度變化不足0.5%，氣室密閉性達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。以紅葉石楠為例，累加上補(bǔ)氣造成的濃度提高。結(jié)果顯示，環(huán)境溫度對(duì)植物CO2的吸收速率有較大的影響，適合溫度下，植物光合速率隨著光照強(qiáng)度的提高而迅速增長(zhǎng)，而當(dāng)溫度超過(guò)一定上限（約為34℃），會(huì)嚴(yán)重制約植物光合速率，植物呼吸速率相對(duì)于光合速率很小。植物呼吸速率主要受溫度、CO2和O2的濃度、水分、病原菌、機(jī)械損傷等因素影響，全年時(shí)間內(nèi)溫度變化是影響呼吸速率的主要因素；土壤微生物呼吸速率約為0.13mg（/m3•min），相對(duì)植物呼吸速率很小，可忽略不計(jì)。紅葉石楠、紅繼木和石榴對(duì)CO2的吸收速率較高，且在屋面環(huán)境中生長(zhǎng)狀況良好，適合用于城市屋頂綠化。
通過(guò)對(duì)常見(jiàn)屋頂綠化植物吸收CO2速率的實(shí)驗(yàn)研究，計(jì)算和分析武漢城市區(qū)域進(jìn)行屋頂綠化所能達(dá)到的二氧化碳減排效益，得到以下結(jié)論：（1）紅葉石楠、紅繼木和石榴等植物對(duì)CO2具有顯著的吸收能力，適合用于屋頂綠化；吸收CO2的速率受溫度影響很大，因此，進(jìn)行屋頂綠化時(shí)要選擇具有高比熱容的合成土壤，并進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)。（2）武漢地區(qū)進(jìn)行規(guī)模化屋頂綠化后，每年二氧化碳減排量可達(dá)到1.696×106t，采用屋頂綠化實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域二氧化碳減排的技術(shù)具體可行。2010年武漢市建立國(guó)家碳交易中心，并籌建武漢地區(qū)自愿性碳減排聯(lián)盟，2011年屋頂綠化被納入武漢市建筑節(jié)能規(guī)范和“兩型”社會(huì)試點(diǎn)。同時(shí)，人工輕質(zhì)培養(yǎng)土、輕質(zhì)薄層排水板等新技術(shù)不斷出現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)佛甲草開(kāi)始市場(chǎng)化供應(yīng)。屋頂綠化在武漢地區(qū)的推廣環(huán)境越來(lái)越好，具有很好的發(fā)展前景。
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