建筑屋面节能措施

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2017年11月05日

  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。在多层建筑围护结构中,屋顶所占面积较小,能耗约占总能耗的8%~10%。但据测算,房屋每降低1℃,空调减少能耗10%,而人体的舒适性会大大提高。因此加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大,但节能效益却非常明显。因此我们必须认真对待。本文从多方面、多角度来谈谈我国目前建筑节能屋面的技术问题。
  一、传统的保温式屋面
  传统的保温隔热式屋面就是在屋顶的结构层上,先铺保温隔热层,如加气混凝土,膨胀珍珠岩,矿棉等保温隔热材料,再铺防水层及保护层构造的屋面。目前被广泛地应用于南北地区中。为了保证屋面的防水性能其结构层可做成现浇的,但由于其中的保温材料大多数为非憎水性的材料。这类保温材料如果吸湿后,其导热系数将陡增。所以在保温层下还要做隔气层,又由于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,故一般在防水层上还要加作保护层,这样增加了屋面的造价,且屋面的构造也比较复杂。
  二、倒置式屋面
  “倒置式屋面”又称外保温屋面。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。新的研究表明,泡沫塑料保温板具有质轻、高强、隔热、吸声、隔音、防震、电绝缘、耐热、耐寒、耐溶剂等的物理性能,且成本低,施工方便,有很好的应用前景。泡沫塑料保温板屋面是以树脂为基料,加入一定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料,经加热发泡而成的泡沫塑料在一定负荷作用下,不发生明显变形。其产品主要有聚苯乙烯、聚氨脂聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛、环氧树脂泡沫塑料等等。其构造做法是在防水层上铺设泡沫塑料保温板。这样屋面的防水及保温工作环境得到了改善,造价低,且防水效果明。这也是该构造在国外广泛采用的主要原因。
  三、传统的架空隔热式屋面
  架空隔热屋面一般在炎热地区采用。架空通风屋面是在屋顶中设置通风的空气间层,利用空间层的空气流动带走一部分热量,使屋顶变成二次传热,从而降低了传至屋里内表面的温度。一般情况下是在屋顶放置一些导热性能较低的支撑物,并在上面盖一层隔热板,这样在屋顶和隔热板之间就形成了一个空气层。这个空气层就起到了隔热作用,不但可以通过隔热板使屋顶太阳辐射的热降低,还可以通过空气层的隔热作用使得隔热板到屋顶的传热减少,从而减少室内的热。但由于架空隔热的高度有限,因此隔热的效果一般。
  四、浅色坡屋面
  目前,大多数住宅仍采用平屋顶,在太阳辐射最强的中午时间,太阳光线对于坡屋面是斜射的,而对于平屋面是正射的,深暗色的平屋面仅反射不到30%的日照,而非金属浅暗色的坡屋面至少反射65%的日照,反射率高的屋面大约节省20%~30%的能源消耗。因此,平屋面隔热效果不如坡屋面。而且平屋面的防水较为困难,且耗能较多。若将平屋面改为坡屋面,并内置保温隔热材料,不仅可提高屋面的热工性能,还有可能提供新的使用空间(顶层面积可增加约60%),也有利于防水,并有检修维护费用低、耐久之优点。特别是随着建筑材料技术的发展,用于坡屋面的坡屋面的瓦材料形式多,色彩选择广,对改变建筑千篇一律的平屋面单调风格,丰富建筑艺术造型,点缀建筑空间有很好的装饰作用。在中小型建筑如居住、别墅及城市大量平屋面改坡屋面中被广泛应用。
  五、绿化式屋面
  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。利用屋顶植草栽花,甚至种植灌木或蔬菜,使屋顶上形成植被,成为屋顶花园,起到了良好的隔热保温作用。种植屋面又分为覆土种植式屋面和无土种植式屋面两种,覆土种植式屋面是在屋顶上覆盖种植土壤,厚度200mm左右,有显著的隔热保温效果。但它将增加屋面的荷载。无土种植式屋面是用水渣,蛭石等代替土壤作为种植层,不仅减轻了屋面荷载,而且大大提高了屋面的隔热保温效果,降低了能源的消耗。但其后期保养较麻烦。
  另有一种屋顶绿化排水蓄水隔根板(又称屋顶绿化隔板),它解决了传统的屋顶绿化中,因为建筑屋顶结构层超厚超重,排水不畅,不能使用原有建筑物屋顶走坡走水功能,又不能蓄水湿润植根的问题(如采用碎石、陶粒等作为排水材料)。它同时具备蓄存水分湿润植根、(架空)二层排水道,排除雨季积水、架空透气、保温隔热和隔断植根等主要功能,是建筑技术与绿化技术相衔接的环保节能创新产品。是很有发展前景的一种节能屋面。
  六、蓄水式屋面
  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。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;混凝土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;因此蓄水屋面现在已经被大面积推广采用。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顶供水,以维持一定的水面高度。深蓄水屋面则可利用降雨量来补偿水面的蒸发,基本上不需要人为供水。一般说来水深不超过400mm,常见为150~200mm较适宜,否则将增加屋面静荷载使结构设计的难度加大。这种节能屋面比较适合在夏热冬暖地区中应用。
  七、蓄水种植隔热式屋面
  蓄水种植隔热屋面是将一般种植屋面与蓄水屋面结合起来,防水层采用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土防水层的复合防水设施做法。一般应先做涂膜防水层,再做刚性防水层。 种植床内的水层靠轻质多孔粗骨料蓄积,粗骨料的粒径不应<25mm,蓄水层(包括水和粗骨料)的深度≮60mm。考虑到保持蓄水层的畅通,不至被杂质堵塞,应在粗骨料的上面铺60~80mm厚的细骨料滤水层。细骨料按5~20mm粒径级配,下粗上细逐层铺填。为尽量减轻屋面板的荷载,载培介质的堆积密度不宜>10kN/m3。床梃宜高于种植层60mm左右,床梃底部每隔1200~1500mm设一个溢水孔,溢水孔处应铺设粗骨料或安设滤网以防止细骨料流失。架空板设在蓄水层上、种植床之间,通常可支承在两边的床埂上。以方便人的行走。
  八、太阳能屋面
  地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能,只占理论资源量的很小一部分。据美国能源部评估,1990年美国太阳能经济可开发资源量约为22Mtce/年,仅为技术可开发量的0.6%。所以,太阳能的开发利用有巨大的潜力。太阳能作为一种可再生的洁净能源,是建筑上非常有利用潜力的新能源之一。欧洲许多国家现在已经广泛采用屋面敷设太阳能光电板,通过光电板吸收太阳能进行发电。但太阳能光电板价格较高,我国目前还不能广泛采用。还有就是太阳能光电瓦式屋面。太阳能光电瓦式屋面是将太阳能光电发电设备与房屋的屋面瓦结合在一起,开发出太阳能光电瓦,这种太阳能光电瓦可以满足很多私人房屋的业主的愿望,不仅能够用太阳能发电,同时又不至于在屋顶上装一些又厚又笨重的太阳能电池板。这种太阳能系统由光电模块组成,不用在屋顶上安装支架,也不用在屋顶上凿洞安装太阳能电池板。这种太阳能光电瓦共有八种色调,能够与各种建筑风格相协调。即能产生清洁的能源,又保持了房屋的美观。与此同时德国还研制开发出了烧结的、用于收集和储存太阳能的屋面瓦。它是空心结构,制作的非常精巧,每片太阳能收集瓦约5欧元,即每平方米约为65欧元,比常规的平板式太阳能收集板价格低一半多。因此,这种太阳能屋面瓦的市场前景非常好。
  九、冷屋面
  用于金属屋面涂料、粘土瓦、混凝土瓦和各种色调的沥青油毡瓦的粒料中。冷屋面产品看起来与传统的产品没什么两样,但可反射更多的太阳光。金属屋面冷屋面涂料已经市场化。此外,美国屋面瓦涂料公司已开发出用于瓦翻新的冷涂料,冷涂料可以替代已褪色的旧瓦。更多的冷屋面油毡瓦和瓦产品正在研发中。太阳反射率是材料表面反射入射太阳光的能力,材料的反射率越高,屋面就越“冷”。ELK屋面公司利用3M公司开发的深色粒料推出第一个商品冷屋面油毡瓦,蓝灰色,反射率可达25%,而传统的油毡屋面仅为4%~18%。浅色的平冷屋面具有70%的反射率。用“冷”颜料制造的屋面材料费用大体与传统的材料相当或稍高。然而节能的效果可以抵消较高的材料费用,也是一种非常有前景的屋面节能技术。
  十、吸湿被动蒸发隔热屋面
  利用吸湿剂作为蓄热材料,蓄热与蓄冷通过吸-放湿过程实现,其实质是利用水的液-气相变蓄热。膨胀珍珠岩具有密度小、导热系数小、保温隔热能力强、价格便宜等优点,在建筑围护结构中获得了大量应用;在众多的吸湿材料中,氯化钙具有吸湿性能优越且价格便宜、来源广泛的优点,屋面的吸湿多孔材料就以氯化钙为掺合料、水泥为粘结剂、膨胀珍珠岩为骨料复合而成。为保证吸湿多孔材料能始终与室外大气之间进行质交换,施工操作方便、有利于屋面节能改造。
  吸湿被动蒸发隔热屋而的施工过程基木上与传统的架空通风屋而相同。在对我国夏热冬冷地区大量使用的传统平屋顶进行节能改造时。仅需在现有的平屋顶上铺一层吸湿多孔材料层。其上再做架空保护层即可。节能改造方案简单易行。有利于我国建筑节能工作的推广和应用。
  另外利用稻草原料制作的稻草板屋面,在有些地区也可以作为节能屋面。它是以洁净的天然稻草或麦草为主要原料,经加热挤压成形,外表粘贴面纸而成的。具有轻质高强、保温隔热的特点,用其建造的住房冬暖夏凉。稻草板屋面房屋重量轻,具有良好的抗震性能。从生态方而来说,还具有变废为宝,保护上地资源,稻草板原料丰富,价格便宜,可以降低建筑成本,还有利于生态节能,具有良好的社会和经济效益。目前主要应用于东北农村地区。
  本文提及的几种屋面节能措施,是当前实现建筑节能目标的有效方法及未来建筑节能的发展方向,供有关人员参考。与发达国家相比,我国建筑节能还有很大的差距,随着建筑节能技术的发展,我国的建筑节能目标将会进一步提高。随着国家有关节约能源、环境保护的法规和政策贯彻力度的加强,以及国家居住建筑节能设计标准的强制执行,屋面建筑节能技术必将呈现出多样性、经济性、高效性的良好局面。
  参考文献
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