建筑屋面節(jié)能技術

建筑屋面節(jié)能技術

簡介：中國建筑節(jié)能技術正處在發(fā)展的初期，建筑能耗很高，能源利用率還很低，我國南方地區(qū)在夏季太陽輻射和室外氣溫的綜合作用下，從屋頂傳入室內的熱量要比從墻體傳入室內的熱量多得多，因此，建筑屋面的隔熱節(jié)能尤為重要。

關鍵字：屋面節(jié)能倒置式屋面屋面綠化蓄水屋面坡屋面

建筑能耗在我國總能耗中所占的比例是很大的，約為25%-40%.與世界發(fā)達國家相比還有相當大的差距，例如，我國絕大多數采暖地區(qū)圍護結構的熱功能性都比氣候相近的發(fā)達國家要差許多，外墻傳熱系數為他們的倍，外窗為2-3倍，屋面為3-6倍；而且單位建筑面積的能耗還很高，能源利用率還很低，僅為28%，歐美平均近50%，日本為57%.但是我國的可利用能源是極為有限的，這已經引起了我國的高度重視。提高圍護結構的保溫性能是降低建筑能耗的關鍵。屋頂作為一種建筑物外圍護結構所造成的室內外溫差傳熱耗熱量，大于任何一面外墻或地面的耗熱量。華中大部分地區(qū)屬濕熱性氣候，全年氣溫變化幅度大，干濕交變頻繁。如武漢市區(qū)年絕對最高與最低溫差近50℃，有時日溫差接近20℃，夏季日照時間長，而且太陽輻射強度大，通常水平屋面外表面的空氣綜合溫度達到60～80℃，頂層室內溫度比其下層室內溫度要高出2～4℃。因此，提高屋面的保溫隔熱性能，對提高抵抗夏季室外熱作用的能力尤其重要，這也是減少空調耗能，改善室內熱環(huán)境的一個重要措施。在多層建筑圍護結構中，屋頂所占面積較小，能耗約占總能耗的8%-10%.據測算，每降低，空調減少能耗10％，而人體的舒適性會大大提高。因此，加強屋頂保溫節(jié)能對建筑造價影響不大，節(jié)能效益卻很明顯。本文就屋面節(jié)能方面的技術進行了初步的理論探討，期望能對工程設計起到某種參考作用。

1、倒置式屋面

倒置式屋面是與傳統(tǒng)屋面相對而言的。所謂倒置式屋面，就是將傳統(tǒng)屋面構造中的保溫層與防水層顛倒，把保溫層放在防水層的上面。倒置式屋面的定義中，特別強調了“憎水性”保溫材料，工程中常用的保溫材料如水泥膨脹珍珠巖、水泥蛭石、礦棉巖棉等都是非憎水性的，這類保溫材料如果吸濕后，其導熱系數將陡增，所以才出現(xiàn)了普通保溫屋面中需在保溫層上做防水層，在保溫層下做隔氣層，從而增加了造價，使構造復雜化。其次，防水材料暴露于最上層，加速其老化，縮短了防水層的使用壽命，故應在防水層上加做保護層，這又將增加額外的投資。再次，對于封閉式保溫層而言，施工中因受天氣、工期等影響，很難做到其含水率相當于自然風干狀態(tài)下的含水率：如因保溫層和找平層干燥困難而采用排汽屋面的話，則由于屋面上伸出大量排汽孔，不僅影響屋面使用和觀瞻，而且人為地破壞了防水層的整體性，排汽孔上防雨蓋又常常容易碰踢脫落，反而使雨水灌入孔內。倒置式屋面與普通保溫屋面的比較如下表，由表可知，倒置式屋面的優(yōu)越性顯而易見。節(jié)能屋面優(yōu)劣比較表

性能“工法USD屋面BUR屋面水泥珍珠巖屋面保溫隔熱性極佳視選用材料高厚度才能達到XPS的標準施工方便性施工簡易、質輕好搬、易切割、施工期短、成本無形中降低需考慮防水層的施工與防水材料的選用，要配合絕熱材增加施工麻煩施工困難、搬運慢且需要做隔氣層與排氣孔，施工期長，成本無形中增加屋頂結構負荷極小視選用材料極大老化性幾乎不老化，可以說與建筑物同壽無翻修問題防水層一旦破裂，絕熱材可能也會老化分解一旦受潮就開始有老化分解現(xiàn)象,時候一到就要翻修排氣孔隔氣層不需要某些情況需要，如室內是潮濕環(huán)境一旦受潮就開始有老化分解現(xiàn)象,時候一到就要翻修屋頂使用性屋頂可再利用，如花園高因有隔氣層再利用性低與不便施工氣候性無特別要求甚至雨天也可施工需晴天需好天氣施工隊專業(yè)性不需專業(yè)訓練施工極為簡易人人都會因在防水層下方先選用材料決定施工難易施工人員需訓練過防水層日后維修性方便只要移開XPS即可一旦修補可能連絕熱層都一齊傷損不易

注：USD工法——將絕熱層放在防水層上方的工法。

BUR工法——將絕熱層放在防水層下方的傳統(tǒng)工法。

XPS——擠塑式聚苯乙烯保溫板

2、屋面綠化

隨著我國城市化進程的高速發(fā)展和建筑面積的急劇增加，建筑能耗將更加巨大，“城市熱島”現(xiàn)象將更為嚴重。城市建筑實行屋面綠化，可以大幅度降低建筑能耗、減少溫室氣體的排放，同時可增加城市綠地面積、美化城市、改善城市氣候環(huán)境。

屋面綠化的保溫隔熱性能

當平屋面上的找坡層平均厚100mm，再加上覆土厚度為80mm的屋面，其傳熱系數/，若覆土厚度大于200mm時，其傳熱系數/夏季綠化屋面與普通隔熱屋面比較，表面溫度平均要低℃，屋面下的室內溫度相比要低℃。因此，屋頂綠化作為夏季隔熱有著顯著效果，可以節(jié)省大量空調用電量。例如，上海夏季空調的負荷最高值1048萬KVA，一般負荷600萬KVA，而上海的發(fā)電能力約為800萬KVA，電力谷峰差的缺口要靠外地輸入。提高建筑物的隔熱功能，可以節(jié)省電能耗20%.對于屋面冬季保溫，采用輕質種植土，如80%的珍珠巖與20%的原土，再摻入營養(yǎng)劑等，其密度小于650kg/m3，導熱系數取值為/，基本覆土厚度為220mm，可計算出k值1.由于我國地域廣闊，冬季溫度的差別很大，因此可結合各地的實際情況作不同的工藝處理。

屋面綠化對周圍環(huán)境的影響

建筑屋頂綠化可明顯降低建筑物周圍環(huán)境溫度，而建筑物周圍環(huán)境的溫度每降低，建筑物內部空調的容量可降低6%，對低層大面積的建筑物，由于屋面面積比墻面面積大，夏季從屋面進入室內的熱量占總圍護結構得熱量的70%以上，綠化的屋面外表面最高溫度比不綠化的屋面外表面最高溫度可低20℃以上。而且城市中心地區(qū)熱氣流上升時，能得到綠化地帶比較涼爽空氣流的自然補充，以調節(jié)城市氣候。種植屋面保溫效果很明顯。不論北方或南方都有保溫作用。特別干旱地區(qū)，入冬后草木枯死，土壤干燥，保溫性能更佳。保溫效果隨土層厚增加而增加。種植屋頂有很好的熱惰性，不隨大氣氣溫驟然升高或驟然下降而大幅波動。冰島和斯堪的那維亞半島的種植屋面，已有百年歷史，證實上述情況。綠色植物可吸收周圍的熱量，其中大部分用于蒸發(fā)作用和光合作用，所以綠地溫度增加并不強烈，一般綠地中的地溫要比空曠廣場低10—℃。另外屋面綠化可使城市中的灰塵降低40%左右；可吸收諸如SO2、HF、CL2、NH3等有害氣體；對噪聲有吸附作用，最大減噪量可達10分貝；綠色植物可殺滅空氣中散布著的各種細菌，使空氣新鮮清潔，增進人體健康。

綠化屋面的防水

不少人認為屋頂綠化對抗?jié)B防漏不利，這是一種比較片面的看法。實際上土壤在吸水飽和后會自然形成一層憎水膜，可起到滯阻水的作用，從這個角度看對防水有利。并且覆土種植后，可以起到保護作用：使屋面免受夏季陽光的曝曬、烘烤而顯著降低溫度，這對剛性防水層避免干縮開裂、緩解屋面震動影響，柔性防水層和涂膜防水層減緩老化、延長壽命十分有利。當然也有不利影響：當澆灌植物用的水肥呈一定的酸堿性時，會對屋面防水層產生腐蝕作用，從而降低屋面防水性能。克服的辦法是：在原防水層上加抹一層厚—的火山灰硅酸鹽水泥砂漿后再覆土種植。同普通硅酸鹽水泥砂漿相比，火山灰硅酸鹽水泥砂漿具有耐水性、耐腐蝕性、抗?jié)B性好及喜濕潤等顯著優(yōu)點，平常多用于液體池壁的防水上。將它用于屋頂覆土層下的防水處理，正好物盡其用，恰到好處。在它與覆土層的共同作用下，屋頂的防水效果將更加顯著。

綠化屋面的荷重及植被

屋頂綠化與地面綠化的一個重要區(qū)別就是種植層荷重限制。應根據屋頂的不同荷重以及植物配置要求，制定出種植層高度。種植土宜采用輕質材料。種植層容器材料也可采用竹、木、工程塑料、ＰＶＣ等以減輕荷重。若屋頂覆土厚度超過允許值時，也會導致屋頂鋼筋砼板產生塑性變形裂縫，從而造成滲漏。所以必須嚴格按照前面所述，確定覆土層厚度。由于層頂綠化的特殊性，種植層厚度的限制，植物配植以淺根系的多年生草本、匍匐類、矮生灌木植物為宜。要求耐熱、抗風、耐旱、耐貧瘠，如彩葉草、三色堇、假連翹、鴨跖草、麥冬草等。

屋面綠化的造價為70——120元/m2，與普通隔熱屋面相似，從使用角度分析，改造一個上人活動的綠化屋面每平方米只需增加100元左右?？傊?，屋面綠化的普及和實施是有利于環(huán)境、有利于城市、有利于居民的綜合性好事，應積極推廣。

3、蓄水屋面

蓄水屋面就是在剛性防水屋面上蓄一層水，其目的是利用水蒸發(fā)時，帶走大量水層中的熱量，大量消耗曬到屋面的太陽輻射熱，從而有效地減弱了屋面的傳熱量和降低屋面溫度，是一種較好的隔熱措施，是改善屋面熱工性能的有效途徑。

蓄水屋面的隔熱性能

在相同的條件下，蓄水屋面比非蓄水屋面使屋頂內表面的溫度輸出和熱流響應要降低得

目前，大多數住宅仍采用平屋頂，在太陽輻射最強的中午時間，太陽光線對于坡屋面是斜射的，而對于平屋面是正射的，深暗色的平屋面僅反射不到30%的日照，而非金屬淺暗色的坡屋面至少反射65%的日照，反射率高的屋面大約節(jié)省20%——30%的能源消耗，美國外境保護署和弗羅里達太陽能中心FloridaSolarEnergyCenter的研究表明使用聚氯乙烯膜或其他單層材料制成的反光屋面，確實能減少至少50%的空調能源消耗。在夏季高溫酷暑季節(jié)節(jié)能減少10%——15%的能源消耗。因此，隔熱效果不如坡屋面。而且平屋面的防水較為困難，且耗能較多。若將平屋面改為坡屋面，并內置保溫隔熱材料，不僅可提高屋面的熱工性能，還有可能提供新的使用空間，也有利于防水，并有檢修維護費用低、耐久之優(yōu)點。特別是隨著建筑材料技術的發(fā)展，用于坡屋面的坡瓦材料形式多，色彩選擇廣，對改變建筑千篇一律的平屋面單調風格，豐富建筑藝術造型，點綴建筑空間有很好的裝飾作用。在中小型建筑如居住、別墅及城市大量平改坡屋面中被廣泛應用。但坡屋面若設計構造不合理、施工質量不好，也可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。因此坡屋面的設計必須搞好屋面細部構造設計，保溫層的熱工設計，使其能真正達到防水、節(jié)能的要求。限于篇幅，本文對其細部構造及保溫層熱工設計不作探討。

5、結語

如今建筑節(jié)能工作已在全國啟動，節(jié)能住宅也是一項正在興起的嶄新事業(yè)，體現(xiàn)了建筑節(jié)能的前進方向。我們必須跟隨世界和中國建筑節(jié)能發(fā)展的大趨勢和大潮流，抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)、開拓進取，搞好建筑屋面的節(jié)能，改善市內熱環(huán)境，促進建筑技術和建筑產業(yè)的發(fā)展，為合理利用資源、保護生態(tài)環(huán)境、提高人民生活質量而努力。

參考文獻：

[1].張進嘉，陳大昆。住宅的優(yōu)化設計[J]住宅科技2001，18—19

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