本發(fā)明涉及屋頂綠化開發(fā)，具體地，涉及一種屋頂綠化開發(fā)潛力評估系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、城市是經(jīng)濟社會活動的主要載體，也是全球主要碳源。全球大部分的碳排放來自城市，因而城市脫碳對遏制氣候變化至關(guān)重要。城市脫碳包括碳減排和碳增匯兩種方式。在碳減排方面，能源、土地、工業(yè)和城市基礎(chǔ)設(shè)施(包括建筑、交通、城市綠地)等多個領(lǐng)域首當其沖；隨著減碳要求的提升，在充分考慮減排和替代能源的前提下，還應(yīng)當充分重視城市碳增匯，其中，構(gòu)建城市綠色景觀體系是一種積極且有效的手段。

2、綜合開發(fā)城市立體空間，提升城市綠化水平，提高城市綜合碳匯效益，是構(gòu)建城市綠色景觀體系的重要方式。例如，屋頂約占城市表面的20～25％，全球屋頂總面積達到3.8×1011平方米，具有巨大的綠化景觀建設(shè)潛力。同時，屋頂綠化在應(yīng)對城市高溫、洪澇災(zāi)害、空氣污染、水體污染等方面具有多樣化的環(huán)境生態(tài)效益，還可升級為屋頂農(nóng)場，兼具城市景觀與農(nóng)產(chǎn)品供給功能，發(fā)展前景廣闊。因此，很多國家和地區(qū)出臺了屋頂綠化法規(guī)與激勵政策，促進屋頂綠化發(fā)展。

3、與自然生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)機制不同，屋頂綠化作為一類建筑附屬設(shè)施參與城市碳循環(huán)，除自然碳匯外，還涉及多種人工作用途徑，如環(huán)境保護，碳循環(huán)機制復(fù)雜，而目前的屋頂綠化開發(fā)潛力評估系統(tǒng)沒有完善的減碳增匯效益的核算路徑，無法準確定量核算減碳增匯效益，導(dǎo)致評估不準確，進而導(dǎo)致屋頂綠化遲遲無法融入碳匯貿(mào)易市場，阻滯了屋頂綠化在低碳城市建設(shè)中的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有屋頂綠化開發(fā)潛力評估系統(tǒng)的減碳增匯效益的核算路徑不完善，無法準確定量核算減碳增匯效益，導(dǎo)致評估不準確的問題，本發(fā)明提供了一種屋頂綠化開發(fā)潛力評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

2、平臺單元：用于基于核心變量和屋頂綠化構(gòu)建方陣測試平臺，所述方陣測試平臺用于評估屋頂綠化開發(fā)潛力；

3、指標單元：用于獲取所述屋頂綠化的生命周期，劃分所述生命周期獲得若干階段，基于所有所述階段和所述核心變量，獲得碳增匯的核算路徑，基于所述核算路徑獲得分項指標，所述核算路徑包括隱含碳路徑、生物碳匯路徑、可再生能源路徑和運行碳降低路徑；

4、計算單元：用于獲得碳潛力的分項數(shù)據(jù)；

5、評估單元：用于基于所述分項數(shù)據(jù)和核心指標，獲得核心數(shù)據(jù)，基于所述核心數(shù)據(jù)獲得屋頂綠化開發(fā)潛力的評估結(jié)果；

6、所述分項數(shù)據(jù)包括隱含碳基線nvec、碳匯量nvcs、碳減排量nvbs和運行減碳量nvoc，所述分項數(shù)據(jù)的獲得方式為：

7、基于所述核心變量將屋頂綠化進行劃分，獲得若干屋頂綠化分類，獲取屋頂綠化的隱含碳數(shù)量，基于所述隱含碳路徑、所述屋頂綠化分類和所述隱含碳數(shù)量，獲得每個所述屋頂綠化分類的所述隱含碳基線nvec；

8、基于所述生物碳匯路徑和所述方陣測試平臺，測試箱對屋頂綠化的土壤呼吸進行測試獲得測試參數(shù)，基于所述測試參數(shù)獲得所述碳匯量nvcs；

9、所述可再生能源路徑獲得生物質(zhì)總量，基于所述生物質(zhì)總量獲得所述碳減排量nvbs；

10、基于所述運行碳降低路徑，獲取屋頂綠化的冠層表面溫度，基于所述冠層表面溫度獲得第一凈輻射，基于輻射測量設(shè)備獲得冠層的第二凈輻射，基于所述第一凈輻射和所述第二凈輻射獲得潛熱通量；基于所述潛熱通量獲得空調(diào)節(jié)電量，基于所述空調(diào)節(jié)電量獲得所述運行減碳量nvoc。

11、屋頂綠化屬于城市生態(tài)系統(tǒng)，其碳流通嵌入城市碳循環(huán)體系，具備城市系統(tǒng)自然-人工二元碳循環(huán)特征。其中，自然碳過程主要為植物和土壤生命活動碳循環(huán)，包括植物光合作用、呼吸作用、微生物呼吸、微生物碳固存作用，此過程主要將碳從大氣碳庫轉(zhuǎn)移至植被和土壤碳庫。人工碳過程指屋頂綠化參與城市運作而減少(或增加)的城市co2排放，包括建造屋頂綠化增加的co2排放、屋頂綠化用于建筑隔熱和城市氣候調(diào)節(jié)而減少的co2排放以及使用屋頂綠化生產(chǎn)生物能源等減少的co2排放等。本發(fā)明基于屋頂綠化的自然-人工二元碳循環(huán)理論，從碳通量的角度解構(gòu)屋頂綠化的內(nèi)部碳循環(huán)機制，結(jié)合生命周期理論(lca)、碳封存理論(ccs)、可再生能源技術(shù)(rep)和城市局地氣候理論(lcr)，提出包括隱含碳、生物碳匯、生物能源供給和運行碳在內(nèi)的完善的屋頂綠化減碳增匯核算路徑，充分考慮建造、運行和維護過程消耗的碳、碳從大氣碳庫轉(zhuǎn)移至植被和土壤碳庫、屋頂綠化通過生物能源供給帶來的減碳效果和屋頂綠化通過蒸騰作用降低的空調(diào)負荷，全面計算隱含碳基線、碳匯量、碳減排量和運行減碳量，實現(xiàn)核算路徑的完善，可以更準確定量核算減碳增匯效益，提高評估準確性的同時簡化碳循環(huán)機制，可以更好的實現(xiàn)減碳增匯效益的量化；基于屋頂綠化構(gòu)建方陣測試平臺，通過方陣測試平臺和核算路徑對碳潛力進行量化，碳潛力計算更準確，從而更準確實現(xiàn)減碳增匯效益的量化，提高評估的準確性；且核心變量和核心指標明確了評估邊界和影響要素，有助于各類型屋頂綠化減碳潛力的同基線比較；方陣測試平臺以模塊化單元一次性測試多變量下的四條路徑的碳潛力，提高商業(yè)化評估的快速性和靈活性，有利于承接商業(yè)化屋頂綠化碳匯潛力評估訂單或服務(wù)于碳匯貿(mào)易核驗。

12、隱含碳路徑，用于核算建造、運行和維護過程消耗的碳；生物碳匯路徑，將碳從大氣碳庫轉(zhuǎn)移至植被和土壤碳庫，包括植物光合作用、呼吸作用、微生物呼吸、微生物碳固存作用；可再生能源路徑，為生物能源供給，如通過草料厭氧發(fā)酵生成沼氣；運行碳降低路徑，屋頂綠化通過蒸騰作用將大量太陽輻射的熱量用于水分氣化，汽化潛熱消解了大量環(huán)境熱，降低了空調(diào)負荷；本發(fā)明根據(jù)以上四條路徑設(shè)定屋頂綠化碳評估的四個分項指標，即隱含碳歸一化指標、生物碳匯歸一化指標、可再生能源歸一化指標和運行碳降低歸一化指標，因為隱含碳為碳源，后三者隨著屋頂綠化的持續(xù)運行均提供碳匯效益，因此定義屋頂綠化碳回收期和屋頂綠化生命周期內(nèi)的總體碳潛力作為屋頂綠化開發(fā)潛力評估的核心指標。

13、進一步地，獲得測試參數(shù)的具體步驟包括：

14、蓋上所述測試箱的遮罩，基于第一預(yù)設(shè)時間段和預(yù)設(shè)時間間隔，基于檢測設(shè)備獲取所述測試箱的第一參數(shù)；去除所述測試箱的遮罩，基于第二預(yù)設(shè)時間段和所述預(yù)設(shè)時間間隔，基于所述檢測設(shè)備獲取所述測試箱的第二參數(shù)，基于所述第一參數(shù)和所述第二參數(shù)獲得所述測試參數(shù)。

15、碳匯量nvcs是土壤微生物呼吸、植物呼吸以及植物光合的復(fù)合結(jié)果，封閉測量單位面積屋頂綠化在一定時間內(nèi)的co2濃度變化，根據(jù)濃度變化速率計算co2通量，從而計算碳匯量；測試箱與方陣測試平臺的基質(zhì)的氣箱槽連接，用于創(chuàng)建封閉空間，方便計算屋頂綠化在封閉空間下一定時間內(nèi)的co2濃度變化，從而計算碳匯量。蓋上遮罩，測試箱為暗箱，去除遮罩，測試箱為明箱，先使用暗箱測試可以避免明箱溫室效應(yīng)使得內(nèi)部溫度劇增，同時暗箱結(jié)束后箱內(nèi)co2濃度充足，避免了小箱體缺少co2導(dǎo)致的光合測試誤差。

16、進一步地，基于所述測試參數(shù)獲得所述碳匯量nvcs的具體步驟包括：

17、基于氣體分析儀對所述測試參數(shù)進行分析，獲得co2濃度；

18、獲取空氣溫度、大氣壓和所述測試箱的尺寸；基于所述大氣壓、所述co2濃度和所述尺寸獲得單位碳通量；基于所述單位碳通量、所述第一預(yù)設(shè)時間段和所述第二預(yù)設(shè)時間段，獲得總碳匯通量；基于所述總碳匯通量獲得所述碳匯量nvcs。

19、進一步地，所述核心變量包括基質(zhì)深度、植物種類和干旱脅迫。

20、四個分項指標受到復(fù)雜環(huán)境因素影響，為有利于實際開發(fā)，本發(fā)明容納了基質(zhì)深度、植物種類和干旱脅迫三種主要影響因素，此三種變量既作為核心變量，也是根據(jù)評估結(jié)果進行減碳效益(或碳匯市場收益)提升的主要優(yōu)化對象。

21、進一步地，獲得若干屋頂綠化分類得具體步驟包括：

22、基于所述基質(zhì)深度將屋頂綠化進行劃分，獲得所有所述屋頂綠化分類，所述屋頂綠化分類包括粗放式屋頂綠化、半密集型屋頂綠化和密集型屋頂綠化。

23、隱含碳基準是進行屋頂綠化納入碳匯市場開發(fā)的重要條件，對于相似屋頂綠化形式，它們的隱含碳水平是相似的，將屋頂綠化按照基質(zhì)深度分為三種類型，計算隱含碳更快速，有助于各類型屋頂綠化減碳潛力的同基線比較。

24、進一步地，所述粗放式屋頂綠化、所述半密集型屋頂綠化和所述密集型屋頂綠化的隱含碳基線值分別為45.26kg?co2?m-2、92.36kg?co2?m-2和148.59kg?co2?m-2。

25、進一步地，所述方陣測試平臺包括若干測試裝置，每個所述測試裝置均包括鐵架和種植臺，所述鐵架和所述種植臺連接，所述鐵架頂端設(shè)有測溫設(shè)備，所述種植臺包括若干圍護板和種植板，所述維護板和所述種植板連接，所述種植臺內(nèi)置保溫棉。

26、為了實際開發(fā)的適用性，本發(fā)明基于模塊化的縮尺單元獲取計算數(shù)據(jù)，提供基于每平方米的潛力指數(shù)，便于區(qū)域尺度(社區(qū)尺度、城市尺度)應(yīng)用?；谌N變量設(shè)計屋頂綠化模塊方陣測試臺，用以量化四種路徑碳潛力。

27、進一步地，構(gòu)建方陣測試平臺的具體步驟包括：

28、每個所述種植板安裝不同基質(zhì)深度的基質(zhì)，所述基質(zhì)種植不同植物種類的植物，所述植物劃分為不同的干旱脅迫，所述基質(zhì)預(yù)埋氣箱槽，所述氣箱槽用于安裝所述測試箱。

29、基于三種變量設(shè)計屋頂綠化模塊方陣測試臺，用以量化四種路徑碳潛力。

30、進一步地，所述分項指標包括隱含碳歸一化指標、生物碳匯歸一化指標、可再生能源歸一化指標和運行碳降低歸一化指標，所述核心指標包括碳回收期和總體碳潛力。

31、本發(fā)明還提供了一種屋頂綠化開發(fā)潛力評估方法，所述方法包括：

32、基于核心變量和屋頂綠化構(gòu)建方陣測試平臺，所述方陣測試平臺用于評估屋頂綠化開發(fā)潛力；

33、獲取所述屋頂綠化的生命周期，劃分所述生命周期獲得若干階段，基于所有所述階段和所述核心變量，獲得碳增匯的核算路徑，基于所述核算路徑獲得分項指標，所述核算路徑包括隱含碳路徑、生物碳匯路徑、可再生能源路徑和運行碳降低路徑；

34、獲得碳潛力的分項數(shù)據(jù)；

35、基于所述分項數(shù)據(jù)和核心指標，獲得核心數(shù)據(jù)，基于所述核心數(shù)據(jù)獲得屋頂綠化開發(fā)潛力的評估結(jié)果；

36、所述分項數(shù)據(jù)包括隱含碳基線nvec、碳匯量nvcs、碳減排量nvbs和運行減碳量nvoc，所述分項數(shù)據(jù)的獲得方式為：

37、基于所述核心變量將屋頂綠化進行劃分，獲得若干屋頂綠化分類，獲取屋頂綠化的隱含碳數(shù)量，基于所述隱含碳路徑、所述屋頂綠化分類和所述隱含碳數(shù)量，獲得每個所述屋頂綠化分類的所述隱含碳基線nvec，；

38、基于所述生物碳匯路徑和所述方陣測試平臺，測試對所述對屋頂綠化的土壤呼吸進行測試獲得測試參數(shù)，基于所述測試參數(shù)獲得所述碳匯量nvcs；

39、所述可再生能源路徑獲得生物質(zhì)總量，基于所述生物質(zhì)總量獲得所述碳減排量nvbs；

40、基于所述運行碳降低路徑，獲取屋頂綠化的冠層表面溫度，基于所述冠層表面溫度獲得第一凈輻射，基于輻射測量設(shè)備獲得冠層的第二凈輻射，基于所述第一凈輻射和所述第二凈輻射獲得潛熱通量；基于所述潛熱通量獲得空調(diào)節(jié)電量，基于所述空調(diào)節(jié)電量獲得所述運行減碳量nvoc。

41、本方法的原理和效果與本系統(tǒng)相似，對于本方法不進行相應(yīng)的贅述。

42、本發(fā)明提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

43、1.本發(fā)明從碳通量的角度解構(gòu)屋頂綠化的內(nèi)部碳循環(huán)機制，結(jié)合生命周期理論(lca)、碳封存理論(ccs)、可再生能源技術(shù)(rep)和城市局地氣候理論(lcr)，提出包括隱含碳、生物碳匯、生物能源供給和運行碳在內(nèi)的完善的屋頂綠化減碳增匯核算路徑，充分考慮建造、運行和維護過程消耗的碳、碳從大氣碳庫轉(zhuǎn)移至植被和土壤碳庫、屋頂綠化通過生物能源供給帶來的減碳效果和屋頂綠化通過蒸騰作用降低的空調(diào)負荷，全面計算隱含碳基線、碳匯量、碳減排量和運行減碳量，實現(xiàn)核算路徑的完善，可以更準確定量核算減碳增匯效益，提高評估準確性的同時簡化碳循環(huán)機制，可以更好的實現(xiàn)減碳增匯效益的量化；基于屋頂綠化構(gòu)建方陣測試平臺，通過方陣測試平臺和核算路徑對碳潛力進行量化，碳潛力計算更準確，從而更準確實現(xiàn)減碳增匯效益的量化，提高評估的準確性，。

44、2.核心變量和核心指標明確了評估邊界和影響要素，有助于各類型屋頂綠化減碳潛力的同基線比較。

45、3.方陣測試平臺以模塊化單元一次性測試多變量下的四條路徑的碳潛力，提高商業(yè)化評估的快速性和靈活性，有利于承接商業(yè)化屋頂綠化碳匯潛力評估訂單或服務(wù)于碳匯貿(mào)易核驗。

46、4.碳回收期作為核心評價指標，有助于低碳導(dǎo)向的屋頂綠化設(shè)計和優(yōu)化，通過更改三類核心變量，可循環(huán)優(yōu)化碳回收期，或通過機器學習尋優(yōu)以獲得最優(yōu)解，也可根據(jù)開發(fā)條件進行特定核算路徑優(yōu)化，以資源最大化利用。