屋面建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施探討

1、    屋面建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施探討    許捷【摘 要】隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展，對(duì)資源的需求也越來(lái)越大，而我們知道，資源是有限的，建筑能耗在我國(guó)總能耗中所占的比例是很大的，約為25%-40%。與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)大的差距，例如，我國(guó)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能性都比氣候相近的發(fā)達(dá)國(guó)家要差許多，外墻傳熱系數(shù)為他們的3.5-4.5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%。要使得社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展就必須要遵循可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展原則，節(jié)約資源，這樣才能使得資源長(zhǎng)久地利用。在

2、我國(guó)的城市化進(jìn)程中，在城市的建筑中也要實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的舉措，這對(duì)我國(guó)的長(zhǎng)久發(fā)展有著十分重要的意義。在建筑方面實(shí)施節(jié)能的舉措時(shí)，屋頂作為一種建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)所造成的室內(nèi)外溫差傳熱耗熱量，大于任何一面外墻或地面的耗熱量。夏季日照時(shí)間長(zhǎng)，而且太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，通常水平屋面外表面的空氣綜合溫度達(dá)到6080，頂層室內(nèi)溫度比其下層室內(nèi)溫度要高出24。因此，提高屋面的保溫隔熱性能，對(duì)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(diào)耗能，改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個(gè)重要措施。在多層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋頂所占面積較小，能耗約占總能耗的8%-10%。據(jù)測(cè)算，每降低1，空調(diào)減少能耗10%，而人體的舒適性會(huì)大大提高。因此，加

3、強(qiáng)屋頂保溫節(jié)能對(duì)建筑造價(jià)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(shù)進(jìn)行了初步的理論進(jìn)行一些簡(jiǎn)單地探討，期望能對(duì)工程設(shè)計(jì)起到某種參考作用。【關(guān)鍵詞】屋面建筑；節(jié)能；設(shè)計(jì)措施0.引言我國(guó)有很多的城市，氣候十分適宜人居住，而在云南之類(lèi)的這種地區(qū)的建筑在考慮節(jié)能的同時(shí)還要考慮建筑的居住舒適程度，這是建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的前提條件。在屋面建筑的方面要注意屋面要有一定的保溫，隔熱等的基本功能。還要提高采暖、空調(diào)、照明系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少能耗，加強(qiáng)科學(xué)合理的管理，利用可再生能源1。根據(jù)地域，氣候來(lái)進(jìn)行屋面建筑節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)施，屋面是一個(gè)比較好利用的空間，屋頂?shù)墓庹粘渥?，空間較大，且不占用土地面積，對(duì)

4、屋面的利用將有效地節(jié)約建筑資源，進(jìn)而使得我國(guó)的資源合理可持續(xù)發(fā)展。1. 屋面建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)1.1加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)化快速發(fā)展我們都知道我國(guó)占地面積廣闊，資源也相對(duì)較多，但是我國(guó)人口眾多，人均資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，低于世界平均水平。自然資源可以說(shuō)是相對(duì)比較匱乏的，這也是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主要因素之一，而只有做到節(jié)約能源，發(fā)展能源節(jié)約技術(shù)，才能解決我國(guó)資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題，這樣才有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面的快速穩(wěn)定健康發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)在世界上國(guó)家地位的提高，有利于我國(guó)的快速發(fā)展。1.2建筑節(jié)能有利于改善人們的建筑環(huán)境隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展和人們的生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越需要一個(gè)舒適的建筑熱環(huán)境2。在設(shè)計(jì)中

5、根據(jù)地域特點(diǎn)有效地做到合理利用有限資源，才能真正滿(mǎn)足人們對(duì)建筑的要求，進(jìn)而得以改善人們的居住環(huán)境。1.3有利于國(guó)家可持續(xù)發(fā)展措施的實(shí)施我國(guó)的基本國(guó)情就是國(guó)家資源總量大，但是人口基數(shù)大，造成了人均資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，所以在使用自然資源的時(shí)候我們就要十分重視資源的持續(xù)發(fā)展，回收利用。而建筑的節(jié)能技術(shù)可以有效地解決建筑資源不足的問(wèn)題，有利于國(guó)家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的措施。在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到資源的有效利用，制定最節(jié)約資源的建筑方案，設(shè)計(jì)出一個(gè)符合我國(guó)國(guó)情，節(jié)約能源的建筑，達(dá)到有效節(jié)約資源的目的。2.屋面建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施分析2.1建筑設(shè)計(jì)中進(jìn)行屋面綠化建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)還要考慮到光、熱、風(fēng)等環(huán)境的問(wèn)題，而云

6、南地區(qū)的光線(xiàn)是比較強(qiáng)烈的，我們可以利用屋頂?shù)拈e置的空間進(jìn)行綠化發(fā)展，在屋頂上種植的植物可以進(jìn)行充足的光照，風(fēng)雨的洗禮。這種利用空間的方法不僅可以有效的利用屋頂?shù)拈e置的空間，還可以有效地避免光線(xiàn)對(duì)屋頂?shù)闹苯诱丈?，進(jìn)而就可以控制建筑內(nèi)部的熱度，云南的夏天雖然不熱，但是還是偶爾的有一段時(shí)間的比較炎熱的，所以這樣的方法就可以有效的降低建筑內(nèi)部的溫度，進(jìn)而調(diào)節(jié)建筑的溫度，有利于增加人們?cè)诮ㄖ?nèi)的舒適程度也是一個(gè)有效地保護(hù)建筑的措施之一。這樣的利用空間的技術(shù)可以節(jié)省大量的空間，節(jié)約徒土地面積，還可以擴(kuò)大綠色植被的面積，有利于環(huán)境的改善綠化，降低城市夏天溫度高的問(wèn)題，植物還可以減少噪音，有利于城市環(huán)境的改善

7、，可以改善空氣質(zhì)量。隨著我國(guó)城市化進(jìn)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(yán)重。城市建筑實(shí)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(shí)可增加城市綠地面積、美化城市、改善城市氣候環(huán)境。2.1.1屋面綠化的保溫隔熱性能當(dāng)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(shù)k<1。2.1.2屋面綠化對(duì)周?chē)h(huán)境的影響建筑屋頂綠化可明顯降低建筑物周?chē)h(huán)境溫度（0.5-4.0），而建筑物周?chē)h(huán)境的溫度每降低1，建筑物內(nèi)部空調(diào)的容量可降低6%，對(duì)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(jìn)入

8、室內(nèi)的熱量占總圍護(hù)結(jié)構(gòu)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（可達(dá)60以上）可低20以上。而且城市中心地區(qū)熱氣流上升時(shí)，能得到綠化地帶比較涼爽空氣流的自然補(bǔ)充，以調(diào)節(jié)城市氣候。種植屋面保溫效果很明顯。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(dòng)。綠色植物可吸收周?chē)臒崃?，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(qiáng)烈，一般綠地中的地溫要比空曠廣場(chǎng)低10-17.8。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

9、害氣體；對(duì)噪聲有吸附作用，最大減噪量可達(dá)10分貝；綠色植物可殺滅空氣中散布著的各種細(xì)菌，使空氣新鮮清潔，增進(jìn)人體健康。屋面綠化的造價(jià)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(gè)上人活動(dòng)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(shí)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(yīng)積極推廣。2.2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(shí)，帶走大量水層中的熱量，大量消耗曬到屋面的太陽(yáng)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。2.2.1蓄水屋面的隔熱性能在相同的條件下

10、，蓄水屋面比非蓄水屋面使屋頂內(nèi)表面的溫度輸出和熱流響應(yīng)要降低得更多，且受室外擾動(dòng)的干擾較小，具有很好的隔熱和節(jié)能效果。對(duì)于蓄水屋面，由于一般是在混凝土剛性防水層上蓄水，既可利用水層隔熱降溫，又改善了混凝土的使用條件：避免了直接暴曬和冰雪雨水引起的急劇伸縮；長(zhǎng)期浸泡在水中有利于混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)；又由于混凝土有的成分在水中繼續(xù)水化產(chǎn)生濕漲，因而水中的混凝土有更好的防滲水性能。同時(shí)蓄水的蒸發(fā)和流動(dòng)能及時(shí)地將熱量帶走，減緩了整個(gè)屋面的溫度變化；另外，由于在屋面上蓄上一定厚度的水，增大了整個(gè)屋面的熱阻和溫度的衰減倍數(shù)，從而降低了屋面內(nèi)表面的最高溫度。經(jīng)實(shí)測(cè)，深蓄水屋面的頂層住戶(hù)的夏日溫度比普通屋面要

11、低25。因此，由于上述優(yōu)點(diǎn)，蓄水屋面現(xiàn)在已經(jīng)被大面積推廣采用。2.2.2蓄水屋面的水深但是，要設(shè)計(jì)一個(gè)隔熱性能好，又節(jié)能的蓄水屋面，必須對(duì)它的傳熱特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和計(jì)算，以確定蓄水的深度究竟取為多大才比較合適。蓄水屋面有普通的和深蓄水屋面之分。普通蓄水屋面需定期向屋頂供水，以維持一定的水面高度。深蓄水屋面則可利用降雨量來(lái)補(bǔ)償水面的蒸發(fā)，基本上不需要人為供水。水深為50mm時(shí)，屋頂外表面及頂棚面最高溫度比不蓄水時(shí)降低了許多。由水深曲線(xiàn)可知，單純?cè)黾铀顚?duì)降溫效果不很明顯。氣象資料表明，華中地區(qū)由于夏天天氣炎熱，蒸發(fā)量較大，日平均蒸發(fā)量在9mm左右，若無(wú)降水期長(zhǎng)達(dá)30-50天，水太淺無(wú)人看管時(shí)，可

12、蒸發(fā)掉水深270-450mm水，一般說(shuō)來(lái)水深400mm較適宜。蓄水深度超過(guò)一定程度則降溫效果不明顯，且蓄水過(guò)深，使屋面靜荷載增加，將會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。2.3淺色坡屋面目前，大多數(shù)建筑仍采用平屋頂，在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的中午時(shí)間，太陽(yáng)光線(xiàn)對(duì)于坡屋面是斜射的，而對(duì)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(guó)外境保護(hù)署u.s.environmentalprotectionagence（epa）和弗羅里達(dá)太陽(yáng)能中心floridasolarenergycenter的研究表明使用聚氯乙烯膜或其他單層材料

13、制成的反光屋面，確實(shí)能減少至少50%的空調(diào)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(nèi)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（頂層面積可增加約60%），也有利于防水，并有檢修維護(hù)費(fèi)用低、耐久之優(yōu)點(diǎn)。因此坡屋面的設(shè)計(jì)必須搞好屋面細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，保溫層的熱工設(shè)計(jì)，使其能真正達(dá)到防水、節(jié)能的要求。限于篇幅，本文對(duì)其細(xì)部構(gòu)造及保溫層熱工設(shè)計(jì)不作探討。2.4倒置式屋面倒置式屋面是與傳統(tǒng)屋面相對(duì)而言的。所謂倒置式屋面，就是將傳統(tǒng)屋面構(gòu)造中的保溫層與防水層顛倒，把保溫層放在防

14、水層的上面。倒置式屋面的定義中，特別強(qiáng)調(diào)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(lèi)保溫材料如果吸濕后，其導(dǎo)熱系數(shù)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(jià)，使構(gòu)造復(fù)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(yīng)在防水層上加做保護(hù)層，這又將增加額外的投資。再次，對(duì)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(dāng)于自然風(fēng)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(huà)，則由于屋面上伸出大量排汽孔，不僅影響屋面使用

15、和觀(guān)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(nèi)。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(jiàn)。節(jié)能屋面優(yōu)劣比較表性能工法usd屋面（xps）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(dá)到xps的標(biāo)準(zhǔn)施工方便性施工簡(jiǎn)易、質(zhì)輕好搬、易切割、施工期短、成本無(wú)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(yùn)慢且需要做隔氣層與排氣孔，施工期長(zhǎng)，成本無(wú)形中增加屋頂結(jié)構(gòu)負(fù)荷極?。?0kg/m3）視選用材料極大（400kg/m3）老化性幾乎不老化，可以說(shuō)與建筑物同壽無(wú)翻修問(wèn)題防水層一旦

16、破裂，絕熱材可能也會(huì)老化分解一旦受潮就開(kāi)始有老化分解現(xiàn)象，時(shí)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(nèi)是潮濕環(huán)境一旦受潮就開(kāi)始有老化分解現(xiàn)象，時(shí)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(wú)特別要求甚至雨天也可施工需晴天需好天氣施工隊(duì)專(zhuān)業(yè)性不需專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練施工極為簡(jiǎn)易人人都會(huì)因在防水層下方先選用材料決定施工難易施工人員需訓(xùn)練過(guò)防水層日后維修性方便只要移開(kāi)xps即可一旦修補(bǔ)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。（up-sidedown）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2.5建筑

17、通風(fēng)性能的設(shè)計(jì)根據(jù)冬天和夏天風(fēng)的主要方向來(lái)進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)，盡量使用自然的通風(fēng)來(lái)解決建筑的通風(fēng)問(wèn)題，讓建筑在夏天也可以有足夠的風(fēng)通過(guò)，帶走熱氣，讓人們更加舒爽，而冬天發(fā)熱風(fēng)則被阻擋在建筑體外，保持室內(nèi)的溫暖，一切的設(shè)計(jì)都啊喲以人為本，然后對(duì)自然資源進(jìn)行最大化的利用，做到不浪費(fèi)資源也不濫用資源，優(yōu)化建筑功能。2.6屋面太陽(yáng)能利用相關(guān)研究顯示，2009年全國(guó)太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)總保有量達(dá)到1.45億平方米，按照普通煤的市場(chǎng)價(jià)格來(lái)計(jì)算，相當(dāng)于節(jié)省了225億元人民幣，一年可減排二氧化碳約4451萬(wàn)噸。太陽(yáng)能光伏發(fā)電更可以滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ钏璧碾娏ΑH上海世博會(huì)園區(qū)，光伏建筑的太陽(yáng)能發(fā)電規(guī)模達(dá)到4.68

18、兆瓦，年均發(fā)電可達(dá)406萬(wàn)千瓦時(shí)，減排二氧化碳總量逾3400噸。太陽(yáng)能作為一種無(wú)處不在、取之不盡用之不竭的清潔能源，其巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值正日益受到重視。太陽(yáng)能熱水器的成功應(yīng)用是環(huán)保節(jié)能屋面創(chuàng)新應(yīng)用的例證，太陽(yáng)能熱水器的主要功能就是節(jié)能、環(huán)保、便捷安裝、使用快捷、加熱迅速，節(jié)省了大量的電能3。隨著能源可持續(xù)利用的趨勢(shì)發(fā)展，太陽(yáng)能的利用逐漸普及，這是一個(gè)十分有效地節(jié)約能源的方法。在具體的應(yīng)用實(shí)施過(guò)程中，我們要考慮屋面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行有效的安裝，只有有效的安裝才能充分有效地利用太陽(yáng)能進(jìn)行日常的洗漱工作。還要建立一個(gè)功能齊全的發(fā)電系統(tǒng)，有效地為人們提供持續(xù)的發(fā)電功能，這樣可以減少人們使用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)不夠優(yōu)化的憂(yōu)慮，強(qiáng)化太陽(yáng)能電池，盡量減少能源的損失，使得屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)更加節(jié)能且具有一定的生活功能。2.5合理選擇建筑材料建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)必要的環(huán)節(jié)就是建筑材料的選擇，合理的建筑材料可以節(jié)省很多的能源，在選擇建筑材料的時(shí)候要考慮到是否能節(jié)省能源，以最有效的材料做出最好的建筑，而不是浪費(fèi)了大量的無(wú)用材料之后才考慮到這個(gè)問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的高科技建筑材料已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，我們?cè)?/p>