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摘 要：本文主要论述了我国建筑节能设计现状,然后对屋面建筑节能设计措施进行了探讨.
关 键 词：建筑节能设计,屋面,保温隔热
前言
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,广大人民群众节能意识将逐步提高,屋面建筑节能技术必将呈现出多样性、经济性、高效性,从原先单一的屋面保温隔热做法演变为多种措施共存的局面.本文提及的几种做法是当前实现建筑节能目标的有效方法.
一、屋面生态节能措施
1.屋面空间绿化
屋面空间绿化指利用绿色植物具有的光合作用能力,在不同的地区,针对太阳辐射的差异,选择不同品种的植物进行屋面种植.绿色植物的种植不仅可以避免太阳光直接照射屋面,而且由于植物本身对太阳光的吸收利用、转化和蒸腾作用,大大降低了屋顶的室外综合温度.同时利用植物培植基质材料的热阻与热惰性,可以降低内表面温度,从而减轻了对顶楼的热传导.同时,屋面绿化若在城市中大量应用,可以使整个城市成为高低错落的大花园,降低噪声,提高节能率,改善生态环境.
针对屋面绿化荷重较地面绿化小的特点,宜采用轻质材料作为种植土,目前一般采用草炭腐殖土、珍珠岩、蛭石等.覆土层厚度必须严格按照设计执行,种植层容器材料也可采用竹、木、工程塑料、PVC等以减轻荷重,防止覆土荷重超过允许值使屋面钢筋混凝土板产生塑性变形裂缝,从而造成渗漏.由于屋面绿化的特殊性,种植层的厚度受到限制,植物的配植要求以耐热、抗风、耐旱、耐贫瘠且浅根系的多年生草本、匍匐类、矮生灌木植物为宜,如彩叶草、三色堇、假连翘、鸭跖草、麦冬草等.还要注意保护屋面防水层,一是选择根系不发达的植物,二是选择耐根系穿刺的防水层,如铝合金卷材高密度聚乙烯土工膜等.同时防水层应上翻超过土层15cm以上,且屋面应形成适当的坡度,以利于及时排除积水.高大的树木和水池等集中荷载应放在柱子或承重墙的位置上,有利于荷载的直接传递.有人认为屋面绿化会对抗渗防漏不利,实际上这种看法有失偏颇因为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,同时,覆土种植后,屋面可以免受夏季阳光的暴晒从而显著降低屋面温度,避免和减缓刚性防水层干缩开裂、柔性防水层和涂膜防水层老化.因此,只要处理得当,屋面绿化不仅不会对屋面的抗渗防漏造成不利,反而会承担起保护屋面防水层、延长其使用寿命和增强屋面防水性能的作用.
2.稻草板屋面
稻草板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,是节能建筑中良好的屋面材料.稻草板屋面有很多优点.最主要的是保温隔热性能良好,用其建造的住房冬暖夏凉.从生态方面来说,还具有变废为宝,保护土地资源,保护环境的优势.我国是农业大国,稻麦秸杆资源十分丰富,大量稻草无处堆放,很多地区采用焚烧的处理方式不仅浪费资源,而且污染环境.利用其生产建筑材料是一举多得的好事.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.
二、蓄水屋面
蓄水屋面就是在刚性防水屋面上蓄一层水,水的热稳定性和蒸发散热性较好且比热较大,对太阳辐射有一定反射作用,蒸发时带走大量水中的热量,直接消耗晒到屋面的太阳辐射热,从而有效地减弱屋面的传热量和降低屋面温度,是一种较好的隔热措施.水是所有液体中比热最大的,每kg水降低(或升高)一摄氏度所释放(或吸收)的热量就有4.2kJ.在相同的条件下,与非蓄水屋面相比,在屋面上蓄一定厚度的水,增大了整个屋面的热阻和温度的衰减倍数,大大降低了屋顶内表面的温度输出和热流效应,降低了屋面内表面的最高温度,从而可以一定程度地降低室内温度,节约夏季降温所需的电能.在整个城市的夏季热环境当中,若大量采用这种具有隔热和节能效果的蓄水屋面可以在一定程度上缓解城市“热岛”效应,改善整个城市的生态环境.蓄水屋面避免了太阳直接暴晒和冰雪雨水直接作用引起的急剧伸缩.长期浸泡在水中有利于混凝土后期强度的增长,又由于混凝土中的一些成分在水中继续水化产生湿涨,使水中的混凝土有更好的防渗水性能.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.尽管屋面蓄水既有利于改善城市生态环境,又有利于节能,但同时也存在一些问题.当屋面蓄水较浅时需要不定期的供水或换水,管理麻烦,蓄水时最好采用自然雨水.当屋面蓄水较深时,由于水的荷重对于建筑物本身是不可忽视的,且影响建筑物的抗震性能,如果防水处理不当,还可能引起漏水、渗水,因此需要在设计时进行综合考虑.设计一个隔热性能好,又节能的蓄水屋面,必须对它的传热特性进行动态分析和计算,以确定蓄水的深度.
三、太阳能屋面
太阳能热水器(1)建筑设计要考虑太阳能热水器的安装位置等问题,结构设计要考虑太阳能热水器对屋面结构承载能力的要求.
(2)开发商可以在房屋交付住户之前统一安装太阳能热水器,使屋面整洁有序,安全可靠,方便住户,这样,不仅有利于进行规范化管理而且还能促进房屋的销售.
太阳能屋面发电系统(1)太阳能瓦式电池组件,一般选用6个太阳能晶体硅电池片,串联或并联之后,配以玻璃表面和铝箔底面经特殊工艺压片制成面板,再将这种面板与高强水泥压力板黏合制成太阳能屋面平板瓦,
(2)双层玻璃面板式组件,即两层玻璃之间夹硅片组成的太阳能板,这种玻璃太阳能板安放在金属托架和支架上,具有透光性好等特点,适用于作幕墙、天窗或窗玻,
(3)薄膜式电池组件,即薄膜无定形硅光电板,可以做成质轻、柔软、像常见的卷材那样,使用时将这种材料直接粘贴到屋面上,不需要支架或托架.
目前与建筑结合最为紧密的光电新型建材是太阳能瓦式电池组件,即太阳能屋面平板瓦.用该产品组成的发电系统大大改变了过去在屋顶上装一些又厚又重太阳能电池板且很难普及的局面,首次将太阳能电池与房屋的屋面瓦结合在一起.该系统无需在屋顶上安装支架,也不用在屋顶上凿洞安装太阳能电池板,而是像瓦片一样平铺直放就能完成太阳能屋面发电系统的安装和使用.这种装置可以将白天太阳能所发的电输入电网,晚上再从电网输入电能供给家庭使用,目前国内已有不少厂家在生产.屋面太阳能发电系统的投资大,要求高,对于建筑结构的要求更高,太阳能屋面平板瓦的设置会给屋面增加不小的外加荷载,同时由于受到光电转换效率的限制,屋面面积必须足够大才能产生足够的电能,而我们利用太阳能的目标是追求性价比更佳、质轻、耐久的建筑一体化太阳能系统(简称BIPV系统).因此,设计人员必须熟悉设备的型号、尺寸、荷重及屋面防水构造等,包括预埋管线等都应视为建筑施工图设计内容的一部分,在设计时全盘考虑,同时要求结构、设备、暖通、给排水、电等各专业设计人员及时参与到方案设计中去,通力合作、互相沟通,才能设计出既经济合理又技术可行,符合产品构件化、标准化的产品,使屋面与太阳能设备完美结合.
四、结语
在建筑节能设计中,提高围护结构的保温性能是降低建筑能耗的关键.由于室内外温差,屋面的传热、耗热量远大于其它任何一面外墙或地面.因此,提高屋面的保温隔热性能,是提高抵抗夏季室外热作用的能力、减少空调耗能和改善室内热环境的有效措施.