“零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)

第第頁“零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)【摘要】隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，建筑中消耗的能量日益增加，如何降低能源消耗，減少建筑物中熱量的損失，已成為我國當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重大技術(shù)政策。本文從屋頂設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，探究了多種實(shí)現(xiàn)屋頂“零能耗”的措施。

【關(guān)鍵詞】零能耗建筑屋頂綠化屋頂太陽能屋頂

中圖分類號(hào)：TU231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

一、引言

我國每年新建建筑面積高達(dá)20多億m2，其中采取了節(jié)能措施的不到5%。據(jù)測算，如不采取積極有效措施，到2020年中國建筑能耗將是現(xiàn)在3倍以上。目前，我國建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列成為三個(gè)“耗能大戶”之一。建筑屋頂直接與自然環(huán)境相接觸，最容易受到諸如外界氣溫、日光輻射等外界因素的影響，屋頂所造成的室內(nèi)耗能量大于任何一面外墻和地面的耗能量。

建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)過程中，提高外維護(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者地面的耗熱量。浙中大部分地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年氣溫變化幅度大，所以提高屋頂?shù)谋馗魺嵝阅?，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。對在多層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋頂所占面積較小，能耗卻占總能耗的8％～10％。據(jù)測算，夏季室內(nèi)氣溫每降低1℃，空調(diào)減少能耗10％，而人體的舒適性卻會(huì)大大提高。因此，加強(qiáng)屋頂保溫節(jié)能對建筑造價(jià)影響不大，節(jié)能效益卻很明顯。

二、“零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)

1、隔熱保溫平屋頂構(gòu)造

傳統(tǒng)的保溫屋面就是在屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)層之上，先鋪以隔熱保溫材料形成保溫層，再鋪以防水層及保護(hù)層。而在保溫屋頂構(gòu)造上架設(shè)架空隔熱板，就形成了既保溫又通風(fēng)降溫的具有保溫及隔熱雙重特性屋頂。成為了夏熱冬冷地區(qū)居住建筑中較為常見的屋頂節(jié)能構(gòu)造。

傳統(tǒng)的保溫平屋頂構(gòu)造各工序之間緊密結(jié)合、環(huán)環(huán)相扣節(jié)能效果較好。但存在著工序繁多、施工復(fù)雜、且施工過程易受到環(huán)境因素影響等不足。尤其是采用的非憎水性的保溫材料，一旦受潮濕潤，不僅起不到保溫作用，反而會(huì)增加屋頂?shù)臒嶝?fù)荷，這也是該節(jié)能構(gòu)造的發(fā)展受到制約的主要原因。而目前采用了“憎水性”的保溫材料以后，節(jié)能效果更加顯著。

2、綠化屋頂

在平屋頂?shù)姆浪畬由箱佋O(shè)土壤或水渣，蛭石等作為種植層，上面種植綠色植物而形成的屋頂稱為綠化屋頂。綠化屋頂不僅能增強(qiáng)屋頂隔熱效果，也能小范圍改善生態(tài)環(huán)境，是集合了生態(tài)效益、節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益為一體的最佳的民用建筑屋頂形式之一，尤其適宜于夏熱冬冷地區(qū)的民用建筑。

綠化屋頂又分為覆土種植式和無土種植式兩種。覆土種植式屋頂是在屋頂上覆蓋種植土壤，其隔熱保溫效果明顯。無土種植式屋頂是用水渣，蛭石代替土壤作為種植層，其重量僅為同厚度覆土種植屋頂?shù)?/3，不僅減輕了屋頂荷載，而且大大提高了屋頂?shù)谋馗魺嵝Ч档土四茉吹南摹?/p>

綠化屋頂?shù)姆浪畬討?yīng)選用耐腐蝕、耐霉?fàn)€、耐穿刺性能好的卷材防水層如P型聚氯乙烯材料或高密度聚乙烯材料與SBS或APP改性瀝青卷材復(fù)合材料，可有效提高防水層的封閉性，防止植物對隔水層的傷害。卷材防水層上應(yīng)設(shè)置細(xì)石混凝土保護(hù)層。另外，可在防水層上抹一層火山灰硅酸鹽水泥砂漿防止種植土基層受水壓和侵蝕。

綠化屋頂也可分為坡屋頂和平屋頂兩種，應(yīng)根據(jù)日照、溫度、風(fēng)力和空氣成分等生態(tài)條件種植耐旱、耐移栽、生命力強(qiáng)、抗風(fēng)力強(qiáng)、外形較低矮的植物。坡屋頂多選擇帖伏狀藤本或攀援植物。平屋頂可種植觀賞性較強(qiáng)的花木，并適宜配置水池、花架等形成周邊式和庭園式綠化。綠化屋頂?shù)钠露纫话悴灰舜笥?%。

3、太陽能屋頂

太陽能是一種巨大的、無污染的自然能源，地球每年從太陽獲得的能量高達(dá)6×1017kW?h。民用建筑利用太陽能可以節(jié)省電能，改善、保護(hù)和優(yōu)化環(huán)境，是民用建筑中符合生態(tài)節(jié)能的一個(gè)方向。太陽能屋頂是利用太陽能設(shè)施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，把建筑技術(shù)和美學(xué)融為一體，可減少成本，提高效益。建筑屋頂利用太陽能的方式有以下三種：

第一種是太陽能被動(dòng)制冷屋頂，在夏季以空氣或水為媒介，夜間利用屋頂?shù)妮椛淅鋮s板冷卻室外空氣，然后送入室內(nèi)，或通過屋頂設(shè)水池，夜間通過向空中散發(fā)輻射制冷，白天關(guān)閉水池蓋板，水吸收室內(nèi)熱量，從而達(dá)到制冷作用。

第二種為太陽能熱水器屋頂，利用集熱器吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，并通過儲(chǔ)水箱將熱水儲(chǔ)存，這類屋頂集熱效率高、保溫性能好、使用壽命長，較適合日照豐富的地區(qū)，此時(shí)太陽能熱水器作為房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，應(yīng)根據(jù)建筑特點(diǎn)形式，與建筑屋頂結(jié)合設(shè)計(jì)（圖1）。

圖1太陽能集熱器

第三種為太陽能光電屋頂，利用太陽能組件將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其光電電池可以與外裝飾材料結(jié)合使用，運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生噪音和廢氣，目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將光伏發(fā)電元件與建筑材料或建筑結(jié)構(gòu)一體化，具備發(fā)電、建筑、裝飾三位一體的太陽能光電屋頂。

4、可控性玻璃屋頂

近年來，玻璃屋頂被建筑師們大量應(yīng)用，但是據(jù)測算，玻璃屋頂比普通屋頂年耗能每平方米增加一倍，因此，出現(xiàn)了可控性玻璃屋頂對玻璃屋頂進(jìn)行改造，以達(dá)到屋頂節(jié)能的目的?？煽匦圆Ａ蓓敳粌H能夠解決玻璃屋頂?shù)墓?jié)能問題，而且可以達(dá)到同樣美觀的藝術(shù)效果，因此具有很大的推動(dòng)潛力。

可控性玻璃屋頂采取玻璃屋頂和貯水屋頂、冷屋面相結(jié)合的措施，通過對屋頂?shù)恼{(diào)節(jié)，以最有利的狀態(tài)滿足室內(nèi)溫度要求，在冬夏按不同的環(huán)路圍繞屋頂貯水進(jìn)行熱傳遞。其構(gòu)造是在波形的玻璃貯水屋面上加一層涂有高反射率涂料的冷屋面，在玻璃貯水屋面和冷屋面之間留一個(gè)換氣層，冷屋面采用可控制的開合結(jié)構(gòu)，玻璃貯水屋面由許多菱形凸起的水箱組成，換氣層設(shè)可控制通風(fēng)口。

夏季日間，關(guān)閉冷屋面，遮陽板反射陽光對屋面的熱輻射，打開通風(fēng)口，使玻璃貯水屋面內(nèi)水氣蒸發(fā)，帶走熱量，從而降低屋面溫度；夜間則開啟冷屋面，散熱通風(fēng)。冬季日間則打開冷屋面遮陽板，隨太陽角度調(diào)整遮陽板的角度，使陽光充分照射到玻璃貯水屋頂，關(guān)閉換氣層通風(fēng)口，使貯水屋面充分吸收太陽熱輻射，增加室內(nèi)溫度；夜間關(guān)閉遮陽板，使室內(nèi)向外輻射的熱量反射回來，保持室內(nèi)溫度。據(jù)測算，可控性玻璃屋頂與玻璃屋頂相比，能耗費(fèi)用節(jié)約57.24%；與貯水屋面相比，能耗費(fèi)用節(jié)約43.99%；與冷屋面相比，能耗費(fèi)用節(jié)約0.88%。

5、利用氣候資源節(jié)能

利用自然能源節(jié)能降耗是世界各國建筑節(jié)能的發(fā)展方向。在我國南方地區(qū)，利用氣候冷源隔熱降溫是一條重要的節(jié)能途徑。夏季存在晝夜溫差，傳統(tǒng)建筑厚重圍護(hù)結(jié)構(gòu)所具有的熱惰性可以有效削減室內(nèi)高溫輻射，改善居住熱環(huán)境。而對于空調(diào)建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性對晝夜溫差的移峰填谷作用并不能有效降低空調(diào)能耗。夏季還存在晴雨相間天氣，雨天分割晴天，雨天不僅提供了冷卻建筑的低溫空氣，降雨還提供了晴天建筑表面被動(dòng)蒸發(fā)冷卻的基本條件。我國南方地區(qū)降雨豐富，年降雨量在1000mm以上，大部分集中在5～9月，例如重慶的降雨資源時(shí)間分布與夏季熱氣候有很好的對應(yīng)。這種氣候資源為南方地區(qū)建筑節(jié)能提供了潛力。而現(xiàn)有的建筑表面都是不吸水的氣候封閉型結(jié)構(gòu)，在隔離氣候不利因素的同時(shí)也隔離了建筑對氣候的自我調(diào)節(jié)作用的利用，尤其是對降雨的隔熱利用。因此，今后應(yīng)將南方地區(qū)降雨利用作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的發(fā)展途徑，研究熱濕氣候作用下的節(jié)能設(shè)計(jì)理論，開發(fā)具有氣候調(diào)節(jié)型的生態(tài)節(jié)能技術(shù)，促進(jìn)人居環(huán)境的健康發(fā)展。

結(jié)束語

屋頂節(jié)能有多種途徑，可以通過改變屋頂?shù)臉?gòu)造、可以通過改變屋頂構(gòu)成層次、還可以通過改變屋頂材質(zhì)，加蓋涂層等來實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。也可選擇兩種或以上方法兼而施之,將達(dá)到更好的節(jié)能效果，從而逐步向