吸收二氧化碳的現代化方式是屋頂綠化
來源： http://www.yoshikomatsuura.com/ 類別：實用技術 更新時間：2013-02-26 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】 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，而且可以增強城市的整體美感。因此，屋頂綠化自20世紀60年代開始被西方發達國家研究及應用，已形成了成熟的技術和產業；近年在我國部分地區得以試用，但占總綠化面積的比例不高，規模上和技術上都有較大的發展空間。CO2是典型的溫室效應氣體，對其減排已成為各國關注的熱點。中國政府在2009年哥本哈根《聯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生的CO2目前正在進行包括地質封存、海洋封存和礦物化學吸收等捕集技術的研究；而對于已經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，在城市區域進行大規模屋頂綠化，以達到降低環境中CO2濃度的目的。為此，進行了包括紅葉石楠、金葉女貞、紅繼木、石榴等綠色植物吸收CO2的實驗研究，以期篩選出對CO2具有較顯著吸收能力的屋頂綠化植物。在此基礎上，對武漢城市區域進行屋頂綠化所能達到的二氧化碳減排效益進行了分析。
自行設計的綠色植物吸收CO2的封閉式動態熏氣實驗裝置，可以準確測定箱體內待測氣體的濃度，并具備開頂式熏氣裝置模擬自然環境的特點。熏氣裝置支撐部分為木質結構，由中部長方體氣室（1.0m×0.8m×0.6m）和兩側梯臺（頂面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）組成，外側安裝有機玻璃板。進氣梯臺和長方體之間用篩板隔開，進氣處裝有電扇，可以混勻進氣；進氣梯臺側面有混合氣和CO2的進氣口，排氣梯臺側面有混和氣排氣口和取樣口，氣室上有氣樣回流口；氣室內置有溫度計，實時檢測氣室內溫度。通風管使用直徑0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道離心通風機，可在通風管內形成低速氣流，使實驗裝置內部混合氣自循環。CO2進氣管、取樣管和回送管用橡膠皮管，打開儲氣瓶的止氣閥，CO2氣體通過進氣管進入氣室，與室內氣體混合。實驗使用ACO-006型電磁式空氣泵抽取氣體樣品，并用LZB-4型轉子流量計調節取樣速度，用二氧化碳監測儀檢測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。
實驗在屋頂上進行，保證植物能充分接受光照，并使實驗的光熱條件符合屋頂綠化植物的生長環境。每次實驗前打開氣室門并開啟鼓風機，將前次實驗殘余氣體排出并換入新鮮空氣。熏氣實驗前進行空腔實驗，直接向氣室內通入適量CO2，運行裝置24h后，檢測氣室內CO2濃度。選擇武漢地區常見屋頂綠化植物進行熏氣實驗，將植物置于氣室內，適時補充CO2氣體，使其室內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測定一次氣室內的CO2濃度，并記錄下氣室內的溫度、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CO2濃度的可行性，在無電扇情況下，使用Fluent軟件對氣室內氣體流速場和CO2濃度場進行靜態模擬。結果顯示，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驗研究空腔實驗結果顯示，24h后氣室內CO2濃度變化不足0.5%，氣室密閉性達到實驗要求。以紅葉石楠為例，累加上補氣造成的濃度提高。結果顯示，環境溫度對植物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度的提高而迅速增長，而當溫度超過一定上限（約為34℃），會嚴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、機械損傷等因素影響，全年時間內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。紅葉石楠、紅繼木和石榴對CO2的吸收速率較高，且在屋面環境中生長狀況良好，適合用于城市屋頂綠化。
通過對常見屋頂綠化植物吸收CO2速率的實驗研究，計算和分析武漢城市區域進行屋頂綠化所能達到的二氧化碳減排效益，得到以下結論：（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，進行屋頂綠化時要選擇具有高比熱容的合成土壤，并進行通風設計。（2）武漢地區進行規模化屋頂綠化后，每年二氧化碳減排量可達到1.696×106t，采用屋頂綠化實現城市區域二氧化碳減排的技術具體可行。2010年武漢市建立國家碳交易中心，并籌建武漢地區自愿性碳減排聯盟，2011年屋頂綠化被納入武漢市建筑節能規范和“兩型”社會試點。同時，人工輕質培養土、輕質薄層排水板等新技術不斷出現，優質佛甲草開始市場化供應。屋頂綠化在武漢地區的推廣環境越來越好，具有很好的發展前景。
自行設計的綠色植物吸收CO2的封閉式動態熏氣實驗裝置，可以準確測定箱體內待測氣體的濃度，并具備開頂式熏氣裝置模擬自然環境的特點。熏氣裝置支撐部分為木質結構，由中部長方體氣室（1.0m×0.8m×0.6m）和兩側梯臺（頂面0.2m×0.2m，底面0.8m×0.6m，高0.4m）組成，外側安裝有機玻璃板。進氣梯臺和長方體之間用篩板隔開，進氣處裝有電扇，可以混勻進氣；進氣梯臺側面有混合氣和CO2的進氣口，排氣梯臺側面有混和氣排氣口和取樣口，氣室上有氣樣回流口；氣室內置有溫度計，實時檢測氣室內溫度。通風管使用直徑0.1m的塑料管，中部配有GD-100-4型管道離心通風機，可在通風管內形成低速氣流，使實驗裝置內部混合氣自循環。CO2進氣管、取樣管和回送管用橡膠皮管，打開儲氣瓶的止氣閥，CO2氣體通過進氣管進入氣室，與室內氣體混合。實驗使用ACO-006型電磁式空氣泵抽取氣體樣品，并用LZB-4型轉子流量計調節取樣速度，用二氧化碳監測儀檢測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。
實驗在屋頂上進行，保證植物能充分接受光照，并使實驗的光熱條件符合屋頂綠化植物的生長環境。每次實驗前打開氣室門并開啟鼓風機，將前次實驗殘余氣體排出并換入新鮮空氣。熏氣實驗前進行空腔實驗，直接向氣室內通入適量CO2，運行裝置24h后，檢測氣室內CO2濃度。選擇武漢地區常見屋頂綠化植物進行熏氣實驗，將植物置于氣室內，適時補充CO2氣體，使其室內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測定一次氣室內的CO2濃度，并記錄下氣室內的溫度、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CO2濃度的可行性，在無電扇情況下，使用Fluent軟件對氣室內氣體流速場和CO2濃度場進行靜態模擬。結果顯示，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驗研究空腔實驗結果顯示，24h后氣室內CO2濃度變化不足0.5%，氣室密閉性達到實驗要求。以紅葉石楠為例，累加上補氣造成的濃度提高。結果顯示，環境溫度對植物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度的提高而迅速增長，而當溫度超過一定上限（約為34℃），會嚴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、機械損傷等因素影響，全年時間內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。紅葉石楠、紅繼木和石榴對CO2的吸收速率較高，且在屋面環境中生長狀況良好，適合用于城市屋頂綠化。
通過對常見屋頂綠化植物吸收CO2速率的實驗研究，計算和分析武漢城市區域進行屋頂綠化所能達到的二氧化碳減排效益，得到以下結論：（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，進行屋頂綠化時要選擇具有高比熱容的合成土壤，并進行通風設計。（2）武漢地區進行規模化屋頂綠化后，每年二氧化碳減排量可達到1.696×106t，采用屋頂綠化實現城市區域二氧化碳減排的技術具體可行。2010年武漢市建立國家碳交易中心，并籌建武漢地區自愿性碳減排聯盟，2011年屋頂綠化被納入武漢市建筑節能規范和“兩型”社會試點。同時，人工輕質培養土、輕質薄層排水板等新技術不斷出現，優質佛甲草開始市場化供應。屋頂綠化在武漢地區的推廣環境越來越好，具有很好的發展前景。
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