节能建筑屋面的比较研究
摘 要:能源的过度消耗逐渐被越来越多的人重视,节约能源已成为国家发展中不可或缺的一部分,而建筑节能
则又是节能的重中之重.通过对建筑外部围护结构中最容易被人们忽视的屋顶结构的分析、对比,进而从中得出
不同屋面形式在节能、构造上的优势与劣势,对今后建筑设计屋面形式的选择有因地制宜、取长补短之效.
关键词:建筑屋面节能;屋面形式;适用范围;节能效果
在影响建筑节能的各因素中,建筑围护结构的保温无疑是最重要的因素之一.建筑围护结构,是由包
围空间的、将室内与室外隔开的结构材料和表面装饰材料构成,包括墙体、门窗和屋面.围护结构必须平衡
通风和采光的需求,并提供适合于建造地点气候条件的热湿保护.[1]改善建筑围护结构的热工性能是保
证室内热舒适条件的关键问题之一,对于建筑在运行中的能量消耗是一个主要因素,而屋面节能技术是其
中的重要组成部分;屋面节能技术又与建筑屋顶的构造形式息息相关.屋面构造形式大致有构造式保温隔
热屋面、建筑形式保温隔热屋面、生态覆盖式保温隔热屋面等.
1 构造式保温隔热屋面
构造式保温隔热屋面,也就是我们常说的板材式保温隔热式屋面,这类建筑屋面多以在屋顶构造中增
加保温材料层,通过低传热系数和大热惰的材料来阻挡外部热量的进入和内部能量的流失.这类形式的屋
面大致分为传统保温隔热屋面和倒置式屋面,主要区别在于保温材料层在屋面构造中的位置不同.
1.1 传统保温隔热屋面
传统屋面构造做法,即正置式屋面,其构造一般为隔热保温层在防水层的下面.因为传统屋面隔热保
温层的选材一般为珍珠岩,水泥聚苯板,加气混凝土,陶粒混凝土,聚苯乙烯板(EPS)等材料.这些材料普
遍存在吸水率大的通病,如果吸水,保温隔热性能大大降低,无法满足隔热的要求,所以一定要使防水层做
在其上面,防止水分的渗入,保证隔热层的干燥,方能隔热保温.为了提高材料层的热绝缘性,最好选用导
热性小、蓄热性大的材料,同时要考虑不宜选用容量过大的材料,防止屋面荷载过大.屋面保温隔热材料不
宜选用吸水率较大的材料,以防止屋面湿作业时,保温隔热层大量吸水,降低热材料层内不易排除的水分,
设计人员可根据建筑的热工设计计算确定其厚度.此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新
建和改造住宅的屋顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4℃.
1.2 倒置式屋面
图1 倒置式屋面
所谓倒置式屋面是外保温屋面形式的一个倒置形
式(如图1),将保温层设计在防水层之上,大大减弱了
防水层受大气,温差及太阳光紫外线照射的影响,使防
水层不易老化,因而能长期保持其柔软性、延伸性等性
能,有效延长使用年限.[2]据国外有关资料介绍,可延
长防水层使用寿命2~4倍.倒置式屋面省去了传统屋
面中的隔气层及保温层上的找平层,施工简化,更加经
济.即使出现个别地方渗漏,只要揭开几块保温板,就可以进行处理,易于维修.同时倒置式屋面的构造要
求保温隔热层应采用吸水率低的材料,如聚苯乙烯泡沫板、泡沫玻璃、挤塑聚苯乙烯泡沫板等.且在保温隔
热层上应用混凝土、水泥砂浆或干铺卵石作为保护层,以免保温隔热材料受到破坏.在使用保护层混凝土
板或地砖等材料时,可用水泥砂浆铺砌,卵石保护层,在卵石与保温隔热材料层间应铺一层耐穿刺且耐久
性的防腐性能好的纤维织物.[2]此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新建和改造住宅的屋
顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4℃;可使防水层的使用寿命延长
2~4倍.
2 建筑形式保温隔热屋面
通风屋顶就是一种典型的建筑形式保温隔热屋面,通风屋顶是屋盖由实体结构变为带有封闭或通风
的空气间层的双层屋面结构形式,在我国夏热冬冷地区广泛地采用,尤其是在气候炎热多雨的夏季,这种
屋面构造形式更显示出它的优越性.屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的结构,通过空气间
层的空气流动带走太阳辐射热量,大大地提高了屋盖的隔热能力.[3]但在通风屋面的设计施工中应根据
基层的承载能力,简化构造形式,通风屋面和风道长度不宜大于15 m,空气间层以200 mm左右为宜;架空
隔热板与山墙间应留出250 mm的距离;同时在架空隔热层施工过程中,要做好完工防水的保护工作.带
可通风阁楼层的住宅,其原理与通风屋面相同,所不同的是阁楼的空间高大,通风效果比架空阶砖的通风
屋顶更好,且阁楼有良好的防雨防晒功能,能有效改善住宅顶部的热工质量,如图2所示.此种形式的屋面
适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的新建和改造住宅的屋顶保温.
图2 阁楼屋面
通风屋面的降温效果明显,在自然通风条件下,实砌屋面和通风屋面的隔热效果如表1所示.
表1 通风屋面和实砌屋面隔热效果比较 ℃
通风屋面实砌屋面差值
内表面平均温度29. 9 34. 9 5
内表面最高温度31. 1 39. 4 8. 3
室温平均值29. 7 31. 3 1. 6
室温最高值30. 2 32. 7 2. 5
3 生态覆盖式保温隔热屋面
生态覆盖式保温隔热屋面是通过生态材料覆盖于
建筑屋顶,利用覆盖物自身对周围环境变化而产生的
相应反应,来弥补建筑本身不利的能源损耗,其中以种
植屋面和蓄水屋面较为典型.
3.1 种植屋面
过去就有很多“蓄土种植”屋面的应用实例,通常被称为种植屋面.目前在建筑中此种屋顶的应用更
为广泛,利用屋顶种草栽花,甚至种灌木、堆假山、设喷泉,形成了“操场屋顶”或屋顶花园,是一种生态型
图3 种植屋面构造
的节能屋面.种植屋面是利用屋面上种植的植物阻隔
太阳能防止房间过热的一项隔热措施(如图3).
其隔热原理有3个方面.
一是植被茎叶的遮阳作用,可以有效地降低屋面
的室外综合温度,减少屋面的温差传热量;二是植物的
光合作用消耗太阳能用于自身的蒸腾;三是植被基层
的土壤或水体的蒸发消耗太阳能.因此,种植屋面是一
种十分有效的隔热节能屋面,如果植被种类属于灌木,
则还可以有利于固化CO2,释放氧气,净化空气,能够
发挥出良好的生态功效.[3]
种植屋面相对施工要求较为复杂,结构层采用整
体浇筑或预制装配的钢筋混凝土屋面板;防水层应选用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土刚性防水层两
道防线的复合防水设防的做法,以确保其防水质量;在结构层上做找平层,找平层宜采用1∶3水泥砂浆,其
厚度根据屋面基层种类(按照屋面工程技术规范)规定为15~30 mm,找平层应坚实平整.找平层宜留设
阁缝,缝宽为20 mm,并嵌填密封材料,分隔缝最大间距为6 m;种植屋面栽培的植物宜选择浅根植物如各
种花卉、草等,一般不宜种植根深的植物;种植屋面坡度不宜大于3%,以免种植介质流失.此种形式的屋
面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.种植屋面的节能效果如表2所示.
表2 种植屋面的热工效果比较
种植屋面无种植屋面差值
外表面最高温度/℃29 61. 6 32. 6
外表面温度波幅/℃1. 6 24 22. 4
内表面最高温度/℃30. 2 32. 2 2
内表面温度波幅/℃1. 2 1. 3 0. 1
内表面最大热流/(W /m2) 2. 2 15. 3 13. 1
内表面平均热流/(W /m2) -5. 27 9. 1 14. 4
室外最高温度/℃36. 4 36. 4 0
室外平均温度/℃29. 1 29. 1 0
最大太阳辐射照度/(W /m2) 862 862 0
平均太阳辐射照度/(W /m2) 215. 2 215. 2 0
3.2 蓄水屋面
蓄水屋面就是在屋面上储一薄层水用来提高屋顶的隔热能力,其构造如图4.水在屋顶上能起到隔热
作用的原因,主要是水在蒸发时要吸收大量的汽化热,而这些热量大部分从屋面所吸收的太阳辐射中摄
取,所以大大减少了经屋顶传入室内的热量,相应地降低了屋面的内表面温度.
图4 蓄水屋面构造
用水隔热是利用水的蒸发耗热作用,而蒸发量的大小与室外空
气的相对湿度和风速之间的关系非常密切.其中相对湿度的蒸发作
用最强烈,从屋面吸收而用于蒸发的热量最多.而这个时刻内的屋顶
室外综合温度恰恰最高,即适逢屋面传热最强烈的时刻.这时就是在
一般的屋顶上喷水、淋水,亦会起到蒸发耗热而削弱屋顶的传热作
用.因此在夏季气候干燥、白天多风的地区,用水隔热的效果必然显
著.[4]
蓄水屋顶也存在一些缺点,在夜里屋顶蓄水后外表面温度始终
高于无水屋面,这时很难利用屋顶散热.且屋顶蓄水也增加了屋顶静
荷重,以及为防止渗水还要加强屋面的防水措施.防水层的做法是采
用40 mm厚、200#细石混凝土加水泥用量0. 05%的三乙醇胺或水泥
用量1%的氯化铁, 1%的亚硝酸钠(体积浓度98% ),内设�4 mm、
200 mm×200 mm的钢筋网,防渗漏性能最好.
混凝土防水层应依次浇筑完毕,不得留施工缝,立面与平面的防水层应一次做好,防水层施工气温宜
为5~35℃,应避免在负温或烈日暴晒下施工,刚性防水层完工后应及时养护,蓄水后不得断水.[5]此种形
式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.不同厚度蓄水层面热工测定数值如表3.
4 结束语
综上所述,从现有主要几种屋面的保温形式的比较中不难看出,屋面保温节能屋面是建筑物上部与外
界直接接触的重点部位,其保温与隔热对建筑节能具有重要意义.如今建筑节能工作已在全国启动,节能
住宅也是一项正在兴起的崭新事业,体现了建筑节能的发展方向.为达到节能目的,必须跟随世界和中国
筑节能发展的大趋势和大潮流,抓住机遇、迎接挑战、开拓进取,尝试使用多种屋面的建筑手法、生态形
式搞好建筑节能,改善室内热环境,促进建筑技术和建筑产业的发展,为合理利用资源、保护生态环境、提
高人民生活质量而努力.
表3 不同厚度蓄水层面热工测定数值
测试项目蓄水层厚度/mm
510 100 150 200
外表面最高温度/℃43. 63 42. 90 42. 90 41. 58
外表面温度波幅/℃8. 63 7. 92 7. 60 5. 68
内表面最高温度/℃41. 51 40. 65 39. 12 38. 91
内表面温度波幅/℃6. 41 5. 45 3. 92 3. 89
内表面最低温度/℃30. 72 31. 19 31. 51 32. 42
室外最高温度/℃38. 00 38. 00 38. 00 38. 00
室外温度波幅/℃4. 40 4. 40 4. 40 4. 40
内表面热流最高值/(W /m2) 21. 92 17. 23 14. 46 14. 39
内表面热流最低值/(W /m2) 15. 56 12. 25 11. 77 7. 76
内表面热流平均值/(W /m2) 0. 5 0. 4 0. 73 2. 49
参考文献:
[1] 沈致和.住宅节能原理与设计[M].合肥:安徽科学技术出版社, 2006: 1.
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[5] 刘少斌.蓄水屋面的设计与施工[J].湖南城建高等专科学校学报, 2000(4): 21-22.
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