屋面建筑节能设计研究

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一、降低建筑热量损耗节能设计对策

（一）植被生态化屋面节能设计

城镇化不断发展导致了城市环境问题日益恶化，尤其是城市热岛效应，针对裸露的屋面进行植被绿化，可以有效提高城市绿地覆盖率，改善城市气候，同样也适用于建筑节能设计范畴。植被的首要作用便是遮阳降温，寻常的遮阳构件只是通过反射的方式防止室内得热，而植被可以进一步减少夏季外层空气与建筑内部的热交换，同时利用光合作用吸收太阳辐射，从而降低周围环境温度，提升室内空调的节能效果；植被的蒸腾作用可以将屋顶存留的雨水散发到空气，降低周边环境的干燥程度，植被可以吸收CO2和部分有毒气体，净化空气指数，同时还有一定的降噪效果；秋冬季节植被枯萎，屋顶土壤层干燥，保温效果明显，而常绿植被有阻热功能，防止建筑内部热量不外散。但是，屋面绿化相较于地面绿化有着更高的技术要求，屋顶荷重决定了土壤层厚度，所以适宜选择轻质材料，而植物容器也可以用木竹或者塑料来代替。而植被以浅根系的植物为宜，同时要求耐热抗风耐贫瘠。

（二）科学蓄水层屋顶节能设计

植被生态化屋面需要一定的经济支出，而蓄水层屋顶节能设计会更加实惠。水作为液体中比热容最大的物质，有着热稳定性的特点，同时隔热散热效果明显。屋顶蓄水层设计可以消耗太阳的辐射热量从而直接降低屋面温度间接影响建筑周边温度，减少夏季室内降温的电量支出。防水建筑屋面蓄水不仅隔热降温同时又可以改善屋面混凝土使用条件，比如避免暴热骤冷引发的急剧伸缩，混凝土浸水有利于强度增加等。蓄水层设计可以和植被生态设计同时使用，以水生植物来避免蚊虫来避免蚊虫滋生。由于蓄水层蓄水管理将为繁琐，所以建议采用天然雨水，但须在一定高度设置排水孔，以防蓄水太高超过建筑荷重，而雨水收集除了用以做建筑蓄水层外还有着更为科学积极的意义，比如将雨水收集进行清洁用水，减少水资源的浪费提高水资源使用率。

（三）叠合防水层式屋面节能设计

当前屋面从刚性防水设计到柔性防水设计，依旧没有根本解决建筑渗、漏、滴的现象，这与屋面防水材料选择与施工方法有着直接联系。通过实践观察，将单一刚性防水层或者柔性防水层做成叠合防水层，既能达到防水效果同时又可以保温隔热。传统的建筑工艺要求基面必须干燥，但是受露天作业下的潮湿雨水等因素影响，使作业效果大打折扣。而现在所讲的叠合防水层是将刚性防水和柔性防水综合使用，使刚性防水层成为第一层防水层，同时用成为柔性防水层的保护层。虽然工艺操作相对复杂，但是实际效果尤为明显。实践证明，叠合防水层在使用一定年数后油毡依旧如新，而暴露在空气下的油毡已经非常老化，最终失去保护效果。

二、提升自然资源使用率的节能设计对策

（一）窗户科技材料使用节能设计

基于采光通风需要和现代建筑特点，建筑物的窗户面积占有更高的比率，甚至有全玻璃式的落地窗设计。以至于通过窗户而消耗的热占屋面热能耗的四成左右，窗户节能设计成为屋面节能设计的关键之一，而窗户节能设计主要途径是改善现有材料隔热保温性能和综合封闭性能。当下科技含量较高的节能产品有铝木复合型材、铝合金断热型材、钢塑整体挤出型材以及UPVC塑料型材等，尤其是以原料为硬质聚氯乙烯的UPVC塑料型材使用较为广泛。而将镀膜玻璃、中空玻璃替代普通玻璃可以在一定程度上解决大面积玻璃热能损耗的问题。经过测算，防阳光双层中空玻璃和热反射中空玻璃的传热系数只有普通玻璃的四分之一左右。

（二）自然通风式屋面节能设计

传统通风设计主要是开窗后的空气对流或者空调系统的运行，而开窗后通风效果不明显和空调设备运行所消耗的能源和带来的环境污染问题都是无可避免。所以自然通风式的屋面节能设计成为环保新理念。自然通风是以风压，热压或两者结合形成的，可以根据区域性差异选择不同的手段。翼型屋顶可以独立形成自然风的低压区和高压区，也可以结合烟囱，天窗的气流进出形成一个更为科学的通风系统。或者当建筑周围受其他建筑的影响无法形成通风系统时，可以建筑机械辅助组织气流，虽然将消耗一定的能源，但是相比空调的使用效果会更加明显，也更为健康环保。

（三）太阳能光热电一体化屋面节能设计

我国屋面建筑节能设计目前应用最为广泛的是太阳能热水器，它的显著特点是环保，节能，安装便捷，加热迅速等。但当下人们使用太阳能热水器多是在建筑完工后独立安置，集热板，管道杂乱安置，甚至破坏了原本屋面设计的防水层保温层。随着人们对其优势的重视，太阳能热水器的普及将会持续发展，同时也会更加安全节能。单单太阳能热水器并不能将太阳光的优势充分利用。德国推广普及的太阳能建筑，将其分为集热系统，蓄热系统，分配系统，辅助热源和控制系统。其中集热系统和屋面设计紧密相连共成一体。太阳能建筑可以通过介质在夏天将屋内的热气排出，作为调节气温的冷源，在冬季吸收热能经过循环作为供暖的热源。同时，通过太阳能集热系统和屋面建筑设计的结合储存的热能还可以满足不同温度的热水需求。太阳能屋面发电系统的建立使太阳能还可以转化为人们日常所需的电能。河南财税高等专科学校新校区七栋宿舍楼楼顶布满了太阳能光伏板，据悉依靠这些光伏板产生的发电可以满足学校80%的正常用电量，在夏季光能比较充足的时候，满足学校用电的同时还可以将剩余电量卖给国家电网。目前国内部分地区正在开始推广住宅屋面设计结合太阳能发电系统，相信这是继太阳能热水器之后对太阳光能的又一次重大利用，而太阳能光热电一体化屋面节能设计，也将在不远的将来得到全面广泛的普及使用。

综上所述，通过实施屋面建筑节能设计，不仅可以有效节省建筑资源，同时也能进一步保护环境，有效改善建筑居住条件提高居住者的生活质量，成为当前建筑设计范畴的一项根本创新，值得在后续建筑屋面节能设计工作中，作出进一步应用。

作者:王锡玉 单位:广元方园建筑设计有限公司