吸收二氧化碳的现代化方式是屋顶绿化
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-02-26 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 屋顶绿化不仅能净化空气，降低城市噪声，缓解城市热岛效益，而且可以增强城市的整体美感。因此，屋顶绿化自20世纪60年代开始被西方发达国家研究及应用，已形成了成熟的技术和产业；近年在我国部分地区得以试用，但占总绿化面积的比例不高，规模上和技术上都有较大的发展空间。CO2是典型的温室效应气体，对其减排已成为各国关注的热点。中国政府在2009年哥本哈根《联合国气候变化框架公约》大会上承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放在2005年基础上下降40%~45%。因此，迫切需要多渠道寻找具体可行的二氧化碳减排方法。对于化石燃料燃烧过程中产生的CO2目前正在进行包括地质封存、海洋封存和矿物化学吸收等捕集技术的研究；而对于已经存在于大气中的低浓度CO2的捕集，研究者寄希望于绿色植物的光合作用。本论文基于绿色植物的光合作用，期望利用已有的屋顶绿化技术，在城市区域进行大规模屋顶绿化，以达到降低环境中CO2浓度的目的。为此，进行了包括红叶石楠、金叶女贞、红继木、石榴等绿色植物吸收CO2的实验研究，以期筛选出对CO2具有较显著吸收能力的屋顶绿化植物。在此基础上，对武汉城市区域进行屋顶绿化所能达到的二氧化碳减排效益进行了分析。
自行设计的绿色植物吸收CO2的封闭式动态熏气实验装置，可以准确测定箱体内待测气体的浓度，并具备开顶式熏气装置模拟自然环境的特点。熏气装置支撑部分为木质结构，由中部长方体气室（1.0m×0.8m×0.6m）和两侧梯台（顶面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）组成，外侧安装有机玻璃板。进气梯台和长方体之间用筛板隔开，进气处装有电扇，可以混匀进气；进气梯台侧面有混合气和CO2的进气口，排气梯台侧面有混和气排气口和取样口，气室上有气样回流口；气室内置有温度计，实时检测气室内温度。通风管使用直径0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道离心通风机，可在通风管内形成低速气流，使实验装置内部混合气自循环。CO2进气管、取样管和回送管用橡胶皮管，打开储气瓶的止气阀，CO2气体通过进气管进入气室，与室内气体混合。实验使用ACO-006型电磁式空气泵抽取气体样品，并用LZB-4型转子流量计调节取样速度，用二氧化碳监测仪检测CO2浓度，精度0.01mL/L，测量范围为0~100vol%，气样检测之后通过回流管返回到气室。
实验在屋顶上进行，保证植物能充分接受光照，并使实验的光热条件符合屋顶绿化植物的生长环境。每次实验前打开气室门并开启鼓风机，将前次实验残余气体排出并换入新鲜空气。熏气实验前进行空腔实验，直接向气室内通入适量CO2，运行装置24h后，检测气室内CO2浓度。选择武汉地区常见屋顶绿化植物进行熏气实验，将植物置于气室内，适时补充CO2气体，使其室内CO2浓度维持在0.5%（过高浓度CO2会抑制植物呼吸作用），之后24h每隔0.5h测定一次气室内的CO2浓度，并记录下气室内的温度、植物的生长状况和植株的叶片面积。为了说明用取样分析方法检测气室内CO2浓度的可行性，在无电扇情况下，使用Fluent软件对气室内气体流速场和CO2浓度场进行静态模拟。结果显示，气室中部气体流速较高，CO2浓度分布比较均匀，但靠近气室壁处气体流速低或停滞，使得CO2浓度有明显差异。不同植物对CO2的吸收速率及影响因素的实验研究空腔实验结果显示，24h后气室内CO2浓度变化不足0.5%，气室密闭性达到实验要求。以红叶石楠为例，累加上补气造成的浓度提高。结果显示，环境温度对植物CO2的吸收速率有较大的影响，适合温度下，植物光合速率随着光照强度的提高而迅速增长，而当温度超过一定上限（约为34℃），会严重制约植物光合速率，植物呼吸速率相对于光合速率很小。植物呼吸速率主要受温度、CO2和O2的浓度、水分、病原菌、机械损伤等因素影响，全年时间内温度变化是影响呼吸速率的主要因素；土壤微生物呼吸速率约为0.13mg（/m3•min），相对植物呼吸速率很小，可忽略不计。红叶石楠、红继木和石榴对CO2的吸收速率较高，且在屋面环境中生长状况良好，适合用于城市屋顶绿化。
通过对常见屋顶绿化植物吸收CO2速率的实验研究，计算和分析武汉城市区域进行屋顶绿化所能达到的二氧化碳减排效益，得到以下结论：（1）红叶石楠、红继木和石榴等植物对CO2具有显著的吸收能力，适合用于屋顶绿化；吸收CO2的速率受温度影响很大，因此，进行屋顶绿化时要选择具有高比热容的合成土壤，并进行通风设计。（2）武汉地区进行规模化屋顶绿化后，每年二氧化碳减排量可达到1.696×106t，采用屋顶绿化实现城市区域二氧化碳减排的技术具体可行。2010年武汉市建立国家碳交易中心，并筹建武汉地区自愿性碳减排联盟，2011年屋顶绿化被纳入武汉市建筑节能规范和“两型”社会试点。同时，人工轻质培养土、轻质薄层排水板等新技术不断出现，优质佛甲草开始市场化供应。屋顶绿化在武汉地区的推广环境越来越好，具有很好的发展前景。
自行设计的绿色植物吸收CO2的封闭式动态熏气实验装置，可以准确测定箱体内待测气体的浓度，并具备开顶式熏气装置模拟自然环境的特点。熏气装置支撑部分为木质结构，由中部长方体气室（1.0m×0.8m×0.6m）和两侧梯台（顶面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）组成，外侧安装有机玻璃板。进气梯台和长方体之间用筛板隔开，进气处装有电扇，可以混匀进气；进气梯台侧面有混合气和CO2的进气口，排气梯台侧面有混和气排气口和取样口，气室上有气样回流口；气室内置有温度计，实时检测气室内温度。通风管使用直径0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道离心通风机，可在通风管内形成低速气流，使实验装置内部混合气自循环。CO2进气管、取样管和回送管用橡胶皮管，打开储气瓶的止气阀，CO2气体通过进气管进入气室，与室内气体混合。实验使用ACO-006型电磁式空气泵抽取气体样品，并用LZB-4型转子流量计调节取样速度，用二氧化碳监测仪检测CO2浓度，精度0.01mL/L，测量范围为0~100vol%，气样检测之后通过回流管返回到气室。
实验在屋顶上进行，保证植物能充分接受光照，并使实验的光热条件符合屋顶绿化植物的生长环境。每次实验前打开气室门并开启鼓风机，将前次实验残余气体排出并换入新鲜空气。熏气实验前进行空腔实验，直接向气室内通入适量CO2，运行装置24h后，检测气室内CO2浓度。选择武汉地区常见屋顶绿化植物进行熏气实验，将植物置于气室内，适时补充CO2气体，使其室内CO2浓度维持在0.5%（过高浓度CO2会抑制植物呼吸作用），之后24h每隔0.5h测定一次气室内的CO2浓度，并记录下气室内的温度、植物的生长状况和植株的叶片面积。为了说明用取样分析方法检测气室内CO2浓度的可行性，在无电扇情况下，使用Fluent软件对气室内气体流速场和CO2浓度场进行静态模拟。结果显示，气室中部气体流速较高，CO2浓度分布比较均匀，但靠近气室壁处气体流速低或停滞，使得CO2浓度有明显差异。不同植物对CO2的吸收速率及影响因素的实验研究空腔实验结果显示，24h后气室内CO2浓度变化不足0.5%，气室密闭性达到实验要求。以红叶石楠为例，累加上补气造成的浓度提高。结果显示，环境温度对植物CO2的吸收速率有较大的影响，适合温度下，植物光合速率随着光照强度的提高而迅速增长，而当温度超过一定上限（约为34℃），会严重制约植物光合速率，植物呼吸速率相对于光合速率很小。植物呼吸速率主要受温度、CO2和O2的浓度、水分、病原菌、机械损伤等因素影响，全年时间内温度变化是影响呼吸速率的主要因素；土壤微生物呼吸速率约为0.13mg（/m3•min），相对植物呼吸速率很小，可忽略不计。红叶石楠、红继木和石榴对CO2的吸收速率较高，且在屋面环境中生长状况良好，适合用于城市屋顶绿化。
通过对常见屋顶绿化植物吸收CO2速率的实验研究，计算和分析武汉城市区域进行屋顶绿化所能达到的二氧化碳减排效益，得到以下结论：（1）红叶石楠、红继木和石榴等植物对CO2具有显著的吸收能力，适合用于屋顶绿化；吸收CO2的速率受温度影响很大，因此，进行屋顶绿化时要选择具有高比热容的合成土壤，并进行通风设计。（2）武汉地区进行规模化屋顶绿化后，每年二氧化碳减排量可达到1.696×106t，采用屋顶绿化实现城市区域二氧化碳减排的技术具体可行。2010年武汉市建立国家碳交易中心，并筹建武汉地区自愿性碳减排联盟，2011年屋顶绿化被纳入武汉市建筑节能规范和“两型”社会试点。同时，人工轻质培养土、轻质薄层排水板等新技术不断出现，优质佛甲草开始市场化供应。屋顶绿化在武汉地区的推广环境越来越好，具有很好的发展前景。
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