吸收二氧化碳的現(xiàn)代化方式是屋頂綠化
來源: http://m.pfyin.com/ 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年代開始被西方發(fā)達(dá)國家研究及應(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,對其減排已成為各國關(guān)注的熱點(diǎn)。中國政府在2009年哥本哈根《聯(lián)合國氣候變化框架公約》大會上承諾,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。對于化石燃料燃燒過程中產(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CO2具有較顯著吸收能力的屋頂綠化植物。在此基礎(chǔ)上,對武漢城市區(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)確測定箱體內(nèi)待測氣體的濃度,并具備開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),由中部長方體氣室(1.0m×0.8m×0.6m)和兩側(cè)梯臺(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)氣梯臺和長方體之間用篩板隔開,進(jìn)氣處裝有電扇,可以混勻進(jìn)氣;進(jìn)氣梯臺側(cè)面有混合氣和CO2的進(jìn)氣口,排氣梯臺側(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,打開儲氣瓶的止氣閥,CO2氣體通過進(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)測儀檢測CO2濃度,精度0.01mL/L,測量范圍為0~100vol%,氣樣檢測之后通過回流管返回到氣室。
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環(huán)境。每次實(shí)驗(yàn)前打開氣室門并開啟鼓風(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,檢測氣室內(nèi)CO2濃度。選擇武漢地區(qū)常見屋頂綠化植物進(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%(過高濃度CO2會抑制植物呼吸作用),之后24h每隔0.5h測定一次氣室內(nèi)的CO2濃度,并記錄下氣室內(nèi)的溫度、植物的生長狀況和植株的葉片面積。為了說明用取樣分析方法檢測氣室內(nèi)CO2濃度的可行性,在無電扇情況下,使用Fluent軟件對氣室內(nèi)氣體流速場和CO2濃度場進(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,而當(dāng)溫度超過一定上限(約為34℃),會嚴(yán)重制約植物光合速率,植物呼吸速率相對于光合速率很小。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CO2的吸收速率較高,且在屋面環(huán)境中生長狀況良好,適合用于城市屋頂綠化。
通過對常見屋頂綠化植物吸收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)佛甲草開始市場化供應(yīng)。屋頂綠化在武漢地區(qū)的推廣環(huán)境越來越好,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)確測定箱體內(nèi)待測氣體的濃度,并具備開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),由中部長方體氣室(1.0m×0.8m×0.6m)和兩側(cè)梯臺(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)氣梯臺和長方體之間用篩板隔開,進(jìn)氣處裝有電扇,可以混勻進(jìn)氣;進(jìn)氣梯臺側(cè)面有混合氣和CO2的進(jìn)氣口,排氣梯臺側(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,打開儲氣瓶的止氣閥,CO2氣體通過進(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)測儀檢測CO2濃度,精度0.01mL/L,測量范圍為0~100vol%,氣樣檢測之后通過回流管返回到氣室。
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環(huán)境。每次實(shí)驗(yàn)前打開氣室門并開啟鼓風(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,檢測氣室內(nèi)CO2濃度。選擇武漢地區(qū)常見屋頂綠化植物進(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%(過高濃度CO2會抑制植物呼吸作用),之后24h每隔0.5h測定一次氣室內(nèi)的CO2濃度,并記錄下氣室內(nèi)的溫度、植物的生長狀況和植株的葉片面積。為了說明用取樣分析方法檢測氣室內(nèi)CO2濃度的可行性,在無電扇情況下,使用Fluent軟件對氣室內(nèi)氣體流速場和CO2濃度場進(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,而當(dāng)溫度超過一定上限(約為34℃),會嚴(yán)重制約植物光合速率,植物呼吸速率相對于光合速率很小。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CO2的吸收速率較高,且在屋面環(huán)境中生長狀況良好,適合用于城市屋頂綠化。
通過對常見屋頂綠化植物吸收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)佛甲草開始市場化供應(yīng)。屋頂綠化在武漢地區(qū)的推廣環(huán)境越來越好,具有很好的發(fā)展前景。
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