建筑屋面节能技术

建筑能耗在我国总能耗中所占的比例是很大的,约为25%-40%.与世界发达国家相比还有相当大的差距,例如,我国绝大多数采暖地区围护结构的热功能性都比气候相近的发达国家要差许多,外墙传热系数为他们的3.5-4.5倍,外窗为2-3倍,屋面为3-6倍；而且单位建筑面积的能耗还很高,能源利用率还很低,仅为28%,欧美平均近50%,日本为57%.但是我国的可利用能源是极为有限的,这已经引起了我国的高度重视.提高围护结构的保温性能是降低建筑能耗的关键.屋顶作为一种建筑物护结构所造成的室内外温差传热耗热量,大于任何一面外墙或地面的耗热量.因此,提高屋面的保温隔热性能,对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要,这也是减少空调耗能,改善室内热环境的一个重要措施.

1倒置式屋面

倒置式屋面是与传统屋面相对而言的.所谓倒置式屋面,就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒,把保温层放在防水层的上面.倒置式屋面的定义中,特别强调了“憎水性”保温材料,工程中常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛭石、矿棉岩棉等都是非憎水性的,这类保温材料如果吸湿后,其导热系数将陡增,所以才出现了普通保温屋面中需在保温层上做防水层,在保温层下做隔气层,从而增加了造价,使构造复杂化.其次,防水材料暴露于最上层,加速其老化,缩短了防水层的使用寿命,故应在防水层上加做保护层,这又将增加额外的投资.再次,对于封闭式保温层而言,施工中因受天气、工期等影响,很难做到其含水率相当于自然风干状态下的含水率：如因保温层和找平层干燥困难而采用排汽屋面的话,则由于屋面上伸出大量排汽孔,不仅影响屋面使用和观瞻,而且人为地破坏了防水层的整体性,排汽孔上防雨盖又常常容易碰踢脱落,反而使雨水灌入孔内.倒置式屋面与普通保温屋面的比较如下表,由表可知,倒置式屋面的优越性显而易见.

2屋面绿化

随着我国城市化进程的高速发展和建筑面积的急剧增加,建筑能耗将更加巨大,“城市热岛”现象将更为严重.城市建筑实行屋面绿化,可以大幅度降低建筑能耗、减少温室气体的排放,同时可增加城市绿地面积、美化城市、改善城市气候环境.

2.1屋面绿化的保温隔热性能

当平屋面上的找坡层平均厚100mm,再加上覆土厚度为80mm的屋面,其传热系数K<1.5W/m2.k,若覆土厚度大于200mm时,其传热系数K<1.0W/m2.k.夏季绿化屋面与普通隔热屋面比较,表面温度平均要低6.3℃,屋面下的室内温度相比要低2.6℃.因此,屋顶绿化作为夏季隔热有着显著效果,可以节省大量空调用电量.提高建筑物的隔热功能,可以节省电能耗20%.对于屋面冬季保温,采用轻质种植土,如80%的珍珠岩与20%的原土,再掺入营养剂等,其密度小于650kg/m3,导热系数取值为0.24W/m.k,基本覆土厚度为220mm,可计算出k值<1.由于我国地域广阔,冬季温度的差别很大,因此可结合各地的实际情况作不同的工艺处理.

2.2屋面绿化对周围环境的影响

建筑屋顶绿化可明显降低建筑物周围环境温度（0.5℃―4.0℃）,而建筑物周围环境的温度每降低,建筑物内部空调的容量可降低6%,对低层大面积的建筑物,由于屋面面积比墙面面积大,夏季从屋面进入室内的热量占总围护结构得热量的70%以上,绿化的屋面外表面最高温度比不绿化的屋面外表面最高温度（可达60℃以上）可低20℃以上.而且城市中心地区热气流上升时,能得到绿化地带比较凉爽空气流的自然补充,以调节城市气候.种植屋面保温效果很明显.不论北方或南方都有保温作用.特别干旱地区,入冬后草木枯死,土壤干燥,保温性能更佳.保温效果随土层厚增加而增加.种植屋顶有很好的热惰性,不随大气气温骤然升高或骤然下降而大幅波动.绿色植物可吸收周围的热量,其中大部分用于蒸发作用和光合作用,所以绿地温度增加并不强烈,一般绿地中的地温要比空旷广场低10―17.8℃.另外屋面绿化可使城市中的灰尘降低40%左右；可吸收诸如SO2、HF、CL2、NH3等有害气体；对噪声有吸附作用,最大减噪量可达10分贝；绿色植物可杀灭空气中散布着的各种细菌,使空气新鲜清洁,增进人体健康.

2.3绿化屋面的防水

不少人认为屋顶绿化对抗渗防漏不利,这是一种比较片面的看法.实际上土壤在吸水饱和后会自然形成一层憎水膜,可起到滞阻水的作用,从这个角度看对防水有利.并且覆土种植后,可以起到保护作用：使屋面免受夏季阳光的曝晒、烘烤而显著降低温度,这对刚性防水层避免干缩开裂、缓解屋面震动影响,柔性防水层和涂膜防水层减缓老化、延长寿命十分有利.当然也有不利影响：当浇灌植物用的水肥呈一定的酸碱性时,会对屋面防水层产生腐蚀作用,从而降低屋面防水性能.克服的办法是：在原防水层上加抹一层厚1.5―2.0cm的火山灰硅酸盐水泥砂浆后再覆土种植.同普通硅酸盐水泥砂浆相比,火山灰硅酸盐水泥砂浆具有耐水性、耐腐蚀性、抗渗性好及喜湿润等显著优点,平常多用于液体池壁的防水上.将它用于屋顶覆土层下的防水处理,正好物尽其用,恰到好处.在它与覆土层的共同作用下,屋顶的防水效果将更加显著.

3蓄水屋面

蓄水屋面就是在刚性防水屋面上蓄一层水,其目的是利用水蒸发时,带走大量水层中的热量,大量消耗晒到屋面的太阳辐射热,从而有效地减弱了屋面的传热量和降低屋面温度,是一种较好的隔热措施,是改善屋面热工性能的有效途径.

3.1蓄水屋面的隔热性能

在相同的条件下,蓄水屋面比非蓄水屋面使屋顶内表面的温度输出和热流响应要降低得更多,且受室外扰动的干扰较小,具有很好的隔热和节能效果.对于蓄水屋面,由于一般是在混凝土刚性防水层上蓄水,既可利用水层隔热降温,又改善了混凝土的使用条件：避免了直接暴晒和冰雪雨水引起的急剧伸缩；长期浸泡在水中有利于混凝土后期强度的增长；又由于混凝土有的成分在水中继续水化产生湿涨,因而水中的混凝土有更好的防渗水性能.同时蓄水的蒸发和流动能及时地将热量带走,减缓了整个屋面的温度变化；另外,由于在屋面上蓄上一定厚度的水,增大了整个屋面的热阻和温度的衰减倍数,从而降低了屋面内表面的最高温度,一般说来水深400mm较适宜.

3.2蓄水屋面的防水

蓄水屋面除增加结构的荷载外,如果其防水处理不当,还可能漏水、渗水.因此,蓄水屋面既可用于刚性防水屋面,也可用于卷材防水屋面.采用刚性防水层时也应按规好分格缝,防水层做好后应及时养护,蓄水后不得断水.采用卷材防水层时,其做法与卷材防水屋面相同,应注意避免在潮湿条件下施工.为了避免池壁裂缝,应采用钢筋混凝土池壁或半砖、半钢筋混凝土池壁.前者用于现浇钢筋混凝土屋面,后者适应于预制板屋面.采用砖砌池墙时,靠近池底应做60―100mm高混凝土反边,且砖池壁应适当配置水平钢筋.以上几种做法,均避免了池墙渗漏现象.不再出现池壁裂缝,池壁内抹灰可同池底.

4结语

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,体现了建筑节能的前进方向.我们必须跟随世界和中国建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,搞好建筑屋面的节能,改善市内热环境,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.