建筑屋面節(jié)能技術(shù)

1、建筑屋面節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介：中國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)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(guó)南方地區(qū)在夏季太陽(yáng)輻射和室外氣溫的綜合作用下，從屋頂傳入室內(nèi)的熱量要比從墻體傳入室內(nèi)的熱量多得多，因此，建筑屋面的隔熱節(jié)能尤為重要。關(guān)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(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

2、57%.但是我國(guó)的可利用能源是極為有限的，這已經(jīng)引起了我國(guó)的高度重視。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能是降低建筑能耗的關(guān)鍵。屋頂作為1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1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(duì)最高與最低溫差近50，有時(shí)日溫差接近20，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6080C,頂層室內(nèi)溫度比其下層室內(nèi)溫度要高出24C。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1個(gè)重要措施。在多層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋頂所占

3、面積較小，能耗約占總能耗的8%-10%據(jù)測(cè)算，每降低，空調(diào)減少能耗.10，而人體的舒適性會(huì)大大提高。因此，加強(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)行了初步的理論探討，期望能對(duì)工程設(shè)計(jì)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(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

4、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，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(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。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

5、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)，成本無形中增加屋頂結(jié)構(gòu)負(fù)荷極小(40kg/m3)視選用材料極大(400kg/m3)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1旦破裂，絕熱材可能也會(huì)老化分解1 旦受潮就開始有老化分解現(xiàn)象,時(shí)候1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1旦受潮就開始有老化分解現(xiàn)象,時(shí)候1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

6、施工需晴天需好天氣施工隊(duì)專業(yè)性不需專業(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)練過防水層日后維修性方便只要移開XPS即可1旦修補(bǔ)可能連絕熱層都1齊傷損不易注：USD法一一將絕熱層放在防水層上方的工法。(UP-SIDEDOW)NBUR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(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 屋面綠化的保溫隔熱性能當(dāng)平屋面上的

7、找坡層平均厚100mm再加上覆土厚度為80mm勺屋面，其傳熱系數(shù)K提高建筑物的隔熱功能，可以節(jié)省電能耗20%.對(duì)于屋面冬季保溫，采用輕質(zhì)種植土，如80%的珍珠巖與20%的原土，再摻入營(yíng)養(yǎng)劑等，其密度小于650kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)取值為0.24W/m.k,基本覆土厚度為220mm可計(jì)算出k值1.由于我國(guó)地域廣闊，冬季溫度的差別很大，因此可結(jié)合各地的實(shí)際情況作不同的工藝處理。2.2 屋面綠化對(duì)周圍環(huán)境建筑屋頂綠化可明顯降低建筑物周圍環(huán)境溫度(0.54.0)，而建筑物周圍環(huán)境的溫度每降低，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)入室內(nèi)的熱量占總圍護(hù)

8、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。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(dòng)。冰島和斯堪的那維亞半島的種植屋面，已有百年歷史，證實(shí)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(qiáng)烈，1般綠地中的地溫要比空曠廣場(chǎng)低1017.8。另外屋面綠化可使

9、城市中的灰塵降低40%左右；可吸收諸如SO2HRCL2、NH3等有害氣體；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。2.3 綠化屋面的防水不少人認(rèn)為屋頂綠化對(duì)抗?jié)B防漏不利，這是1種比較片面的看法。實(shí)際上土壤在吸水飽和后會(huì)自然形成1層憎水膜，可起到滯阻水的作用，從這個(gè)角度看對(duì)防水有利。并且覆土種植后，可以起到保護(hù)作用：使屋面免受夏季陽(yáng)光的曝曬、烘烤而顯著降低溫度，這對(duì)剛性防水層避免干縮開裂、緩解屋面震動(dòng)影響，柔性防水層和涂膜防水層減緩老化、延長(zhǎng)壽命10分有利。當(dāng)然也有不利影響：當(dāng)澆灌植物用的水肥呈1定的酸堿性時(shí)，會(huì)對(duì)屋面防水層產(chǎn)

10、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1層厚1.52.0cm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(rùn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，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?shù)姆浪Ч麑⒏语@著。2.4 綠化屋面的荷重及植被屋頂綠化與地面綠化的1個(gè)重要區(qū)別就是種植層荷重限制。應(yīng)根據(jù)屋頂?shù)牟煌芍匾约爸参锱渲靡螅贫ǔ龇N植層高度。種植土宜采用輕質(zhì)材料（如珍珠巖、蛭石、草炭腐殖土等）。種植層容器材料也可采用竹、木、工程塑料、PVC等以減輕荷

11、重。若屋頂覆土厚度超過允許值時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致屋頂鋼筋砼板產(chǎn)生塑性變形裂縫，從而造成滲漏。所以必須嚴(yán)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(fēng)、耐旱、耐貧瘠，如彩葉草、3色堇、假連翹、鴨跖草、麥冬草等。屋面綠化的造價(jià)為70120元/m2,與普通隔熱屋面相似，從使用角度分析，改造1個(gè)上人活動(dòng)的綠化屋面每平方米只需增加100元左右。總之，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。3 、蓄水屋面蓄水屋面就是在剛性防水屋面上蓄1層水，其目的是利用水蒸發(fā)時(shí)，帶走大量水層中

12、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1種較好的隔熱措施，是改善屋面熱工性能的有效途徑。3.1 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(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1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

13、個(gè)屋面的溫度變化；另外，由于在屋面上蓄上1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的夏日溫度比普通屋面要低25C。因此，由于上述優(yōu)點(diǎn)，蓄水屋面現(xiàn)在已經(jīng)被大面積推廣采用頂層保溫、隔熱問題蓄水屋面和種植屋面。3.2 蓄水屋面的水深但是，要設(shè)計(jì)1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1定的水面高度。深蓄水屋面則可利用降雨量來補(bǔ)償水面的蒸發(fā)，基本上不需要人為供水。不同水深與屋面外表和內(nèi)表的最高

14、溫度如圖1所示。由圖可知當(dāng)水深H=0時(shí)，即屋面僅作防水處理時(shí)其屋頂外表面及屋頂內(nèi)表面的最高溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高氣溫。水深為50mm寸，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9m住右，若無B水期長(zhǎng)達(dá)3050天，水太淺無人看管時(shí)，可蒸發(fā)掉水深270450mmK,1般說來水深400mm$適宜。蓄水深度超過1定程度則降溫效果不明顯，且蓄水過深，使屋面靜荷載增加，將會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。3.3 蓄水屋面的防水蓄水屋面除增加結(jié)構(gòu)的荷載外，如果其防水處理不當(dāng)，還可能漏水、滲水。因此，蓄水屋

15、面既可用于剛性防水屋面，也可用于卷材防水屋面。采用剛性防水層時(shí)也應(yīng)按規(guī)定做好分格縫，防水層做好后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，蓄水后不得斷水。采用卷材防水層時(shí)，其做法與卷材防水屋面相同，應(yīng)注意避免在潮濕條件下施工。例如，可設(shè)置1個(gè)細(xì)石混凝土防水層，但同時(shí)也可在細(xì)石混凝土中摻入占水泥重量0.05%的3乙醇胺或1%的氧化鐵，使其成為防水混凝土，提高混凝土的抗?jié)B能力，防止屋面滲漏。為了避免池壁裂縫，應(yīng)采用鋼筋混凝土池壁或半磚、半鋼筋混凝土池壁。前者用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，后者適應(yīng)于預(yù)制板屋面。采用石專砌池墻時(shí)，靠近池底應(yīng)做60100mn#混凝土反邊，且磚池壁應(yīng)適當(dāng)配置水平鋼筋。以上幾種做法，均避免了池墻滲漏現(xiàn)象。不再

16、出現(xiàn)池壁裂縫，池壁內(nèi)抹灰可同池底。4、淺色坡屋面目前，大多數(shù)住宅仍采用平屋頂，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

17、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)。特別是隨著建筑材料技術(shù)的發(fā)展，用于坡屋面的坡瓦材料形式多，色彩選擇廣，對(duì)改變建筑千篇1律的平屋面單調(diào)風(fēng)格，豐富建筑藝術(shù)造型，點(diǎn)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(yīng)用。但坡屋面若設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理、施工質(zhì)量不好，也可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。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。5、結(jié)語(yǔ)如今建筑節(jié)能工作已在全國(guó)啟動(dòng)，節(jié)能住宅也是1項(xiàng)正在興起的嶄新事業(yè)，體現(xiàn)了建筑節(jié)能的前進(jìn)方向。我們必須跟隨世界和中國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展的大趨勢(shì)和大潮流，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)、開拓進(jìn)取，搞好建筑屋面的節(jié)能，改善市內(nèi)熱環(huán)境，促進(jìn)建筑技術(shù)和建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為合理利用資源、保