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建筑屋面節(jié)能技術(shù)
建筑屋面節(jié)能技術(shù) 注:USD工法——將絕熱層放在防水層上方的工法。(UP—SIDEDOWN)
BUR工法——將絕熱層放在防水層下方的傳統(tǒng)工法。
XPS——擠塑式聚苯乙烯保溫板
2、屋面綠化
隨著我國城市化進(jìn)程的高速發(fā)展和建筑面積的急劇增加,建筑能耗將更加巨大,“城市熱島”現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。城市建筑實(shí)行屋面綠化,可以大幅度降低建筑能耗、減少溫室氣體的排放,同時可增加城市綠地面積、美化城市、改善城市氣候環(huán)境。
2.1屋面綠化的保溫隔熱性能
當(dāng)平屋面上的找坡層平均厚100mm,再加上覆土厚度為80mm的屋面,其傳熱系數(shù)K<1.5W/m2.k,若覆土厚度大于200mm時,其傳熱系數(shù)K<1.0W/m2.k.夏季綠化屋面與普通隔熱屋面比較,表面溫度平均要低6.3℃,屋面下的室內(nèi)溫度相比要低2.6℃。因此,屋頂綠化作為夏季隔熱有著顯著效果,可以節(jié)省大量空調(diào)用電量。例如,上海夏季空調(diào)的負(fù)荷最高值1048萬KVA(最高氣溫時),一般負(fù)荷600萬KVA(11月份),而上海的發(fā)電能力約為800萬KVA,電力谷峰差的缺口要靠外地輸入。
提高建筑物的隔熱功能,可以節(jié)省電能耗20%.對于屋面冬季保溫,采用輕質(zhì)種植土,如80%的珍珠巖與20%的原土,再摻入營養(yǎng)劑等,其密度小于650kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)取值為0.24W/m.k,基本覆土厚度為220mm,可計(jì)算出k值<1.由于我國地域廣闊,冬季溫度的差別很大,因此可結(jié)合各地的實(shí)際情況作不同的工藝處理。
2.2屋面綠化對周圍環(huán)境的影響
建筑屋頂綠化可明顯降低建筑物周圍環(huán)境溫度(0.5℃—4.0℃),而建筑物周圍環(huán)境的溫度每降低,建筑物內(nèi)部空調(diào)的容量可降低6%,對低層大面積的建筑物,由于屋面面積比墻面面積大,夏季從屋面進(jìn)入室內(nèi)的熱量占總圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量的70%以上,綠化的屋面外表面最高溫度比不綠化的屋面外表面最高溫度(可達(dá)60℃以上)可低20℃以上。而且城市中心地區(qū)熱氣流上升時,能得到綠化地帶比較涼爽空氣流的自然補(bǔ)充,以調(diào)節(jié)城市氣候。種植屋面保溫效果很明顯。不論北方或南方都有保溫作用。特別干旱地區(qū),入冬后草木枯死,土壤干燥,保溫性能更佳。保溫效果隨土層厚增加而增加。
種植屋頂有很好的熱惰性,不隨大氣氣溫驟然升高或驟然下降而大幅波動。冰島和斯堪的那維亞半島的種植屋面,已有百年歷史,證實(shí)上述情況。綠色植物可吸收周圍的熱量,其中大部分用于蒸發(fā)作用和光合作用,所以綠地溫度增加并不強(qiáng)烈,一般綠地中的地溫要比空曠廣場低10—17.8℃。另外屋面綠化可使城市中的灰塵降低40%左右;可吸收諸如SO2、HF、CL2、NH3等有害氣體;對噪聲有吸附作用,最大減噪量可達(dá)10分貝;綠色植物可殺滅空氣中散布著的各種細(xì)菌,使空氣新鮮清潔,增進(jìn)人體健康。
2.3綠化屋面的防水
不少人認(rèn)為屋頂綠化對抗?jié)B防漏不利,這是一種比較片面的看法。實(shí)際上土壤在吸水飽和后會自然形成一層憎水膜,可起到滯阻水的作用,從這個角度看對防水有利。并且覆土種植后,可以起到保護(hù)作用:使屋面免受夏季陽光的曝曬、烘烤而顯著降低溫度,這對剛性防水層避免干縮開裂、緩解屋面震動影響,柔性防水層和涂膜防水層減緩老化、延長壽命十分有利。
當(dāng)然也有不利影響:當(dāng)澆灌植物用的水肥呈一定的酸堿性時,會對屋面防水層產(chǎn)生腐蝕作用,從而降低屋面防水性能。克服的辦法是:在原防水層上加抹一層厚1.5—2.0cm的火山灰硅酸鹽水泥砂漿后再覆土種植。同普通硅酸鹽水泥砂漿相比,火山灰硅酸鹽水泥砂漿具有耐水性、耐腐蝕性、抗?jié)B性好及喜濕潤等顯著優(yōu)點(diǎn),平常多用于液體池壁的防水上。將它用于屋頂覆土層下的防水處理,正好物盡其用,恰到好處。在它與覆土層的共同作用下,屋頂?shù)姆浪Ч麑⒏语@著。
2.4綠化屋面的荷重及植被
屋頂綠化與地面綠化的一個重要區(qū)別就是種植層荷重限制。應(yīng)根據(jù)屋頂?shù)牟煌芍匾约爸参锱渲靡?制定出種植層高度。種植土宜采用輕質(zhì)材料(如珍珠巖、蛭石、草炭腐殖土等)。種植層容器材料也可采用竹、木、工程塑料、PVC等以減輕荷重。若屋頂覆土厚度超過允許值時,也會導(dǎo)致屋頂鋼筋砼板產(chǎn)生塑性變形裂縫,從而造成滲漏。所以必須嚴(yán)格按照前面所述,確定覆土層厚度。由于層頂綠化的特殊性,種植層厚度的限制,植物配植以淺根系的多年生草本、匍匐類、矮生灌木植物為宜。要求耐熱、抗風(fēng)、耐旱、耐貧瘠,如彩葉草、三色堇、假連翹、鴨跖草、麥冬草等。
屋面綠化的造價為70——120元/m2,與普通隔熱屋面相似,從使用角度分析,改造一個上人活動的綠化屋面每平方米只需增加100元左右�？傊�,屋面綠化的普及和實(shí)施是有利于環(huán)境、有利于城市、有利于居民的綜合性好事,應(yīng)積極推廣。
3、蓄水屋面
蓄水屋面就是在剛性防水屋面上蓄一層水,其目的是利用水蒸發(fā)時,帶走大量水層中的熱量,大量消耗曬到屋面的太陽輻射熱,從而有效地減弱了屋面的傳熱量和降低屋面溫度,是一種較好的隔熱措施,是改善屋面熱工性能的有效途徑。
3.1蓄水屋面的隔熱性能
在相同的條件下,蓄水屋面比非蓄水屋面使屋頂內(nèi)表面的溫度輸出和熱流響應(yīng)要降低得更多,且受室外擾動的干擾較小,具有很好的隔熱和節(jié)能效果。對于蓄水屋面,由于一般是在混凝土剛性防水層上蓄水,既可利用水層隔熱降溫,又改善了混凝土的使用條件:避免了直接暴曬和冰雪雨水引起的急劇伸縮;長期浸泡在水中有利于混凝土后期強(qiáng)度的增長;又由于混凝土有的成分在水中繼續(xù)水化產(chǎn)生濕漲,因而水中的混凝土有更好的防滲水性能。同時蓄水的蒸發(fā)和流動能及時地將熱量帶走,減緩了整個屋面的溫度變化;另外,由于在屋面上蓄上一定厚度的水,增大了整個屋面的熱阻和溫度的衰減倍數(shù),從而降低了屋面內(nèi)表面的最高溫度。經(jīng)實(shí)測,深蓄水屋面的頂層住戶的夏日溫度比普通屋面要低2~5℃。因此,由于上述優(yōu)點(diǎn),蓄水屋面現(xiàn)在已經(jīng)被大面積推廣采用頂層保溫、隔熱問題蓄水屋面和種植屋面。
3.2蓄水屋面的水深
但是,要設(shè)計(jì)一個隔熱性能好,又節(jié)能的蓄水屋面,必須對它的傳熱特性進(jìn)行動態(tài)分析和計(jì)算,以確定蓄水的深度究竟取為多大才比較合適。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頂供水,以維持一定的水面高度。深蓄水屋面則可利用降雨量來補(bǔ)償水面的蒸發(fā),基本上不需要人為供水。不同水深與屋面外表和內(nèi)表的最高溫度如圖1所示。由圖可知當(dāng)水深H=0時,即屋面僅作防水處理時其屋頂外表面及屋頂內(nèi)表面的最高溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高氣溫。水深為50mm時,屋頂外表面及頂棚面最高溫度比不蓄水時降低了許多。由水深曲線可知,單純增加水深對降溫效果不很明顯。氣象資料表明,華中地區(qū)由于夏天天氣炎熱,蒸發(fā)量較大,日平均蒸發(fā)量在9mm左右,若無降水期長達(dá)30—50天,水太淺無人看管時,可蒸發(fā)掉水深270—450mm水,一般說來水深400mm較適宜。蓄水深度超過一定程度則降溫效果不明顯,且蓄水過深,使屋面靜荷載增加,將會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。
3.3蓄水屋面的防水
蓄水屋面除增加結(jié)構(gòu)的荷載外,如果其防水處理不當(dāng),還可能漏水、滲水。因此,蓄水屋面既可用于剛性防水屋面,也可用于卷材防水屋面。采用剛性防水層時也應(yīng)按規(guī)定做好分格縫,防水層做好后應(yīng)及時養(yǎng)護(hù),蓄水后不得斷水。采用卷材防水層時,其做法與卷材防水屋面相同,應(yīng)注意避免在潮濕條件下施工。例如,可設(shè)置一個細(xì)石混凝土防水層,但同時也可在細(xì)石混凝土中摻入占水泥重量0.05%的三乙醇胺或1%的氧化鐵,使其成為防水混凝土,提高混凝土的抗?jié)B能力,防止屋面滲漏。為了避免池壁裂縫,應(yīng)采用鋼筋混凝土池壁或半磚、半鋼筋混凝土池壁。前者用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面,后者適應(yīng)于預(yù)制板屋面。采用磚砌池墻時,靠近池底應(yīng)做60—100mm高混凝土反邊,且磚池壁應(yīng)適當(dāng)配置水平鋼筋。以上幾種做法,均避免了池墻滲漏現(xiàn)象。不再出現(xiàn)池壁裂縫,池壁內(nèi)抹灰可同池底。
4、淺色坡屋面
目前,大多數(shù)住宅仍采用平屋頂,在太陽輻射最強(qiáng)的中午時間,太陽光線對于坡屋面是斜射的,而對于平屋面是正射的,深暗色的平屋面僅反射不到30%的日照,而非金屬淺暗色的坡屋面至少反射65%的日照,反射率高的屋面大約節(jié)省20%——30%的能源消耗,美國外境保護(hù)署U.S.EnvironmentalProtectionAgence(EPA)和弗羅里達(dá)太陽能中心FloridaSolarEnergyCenter的研究表明使用聚氯乙烯膜或其他單層材料制成的反光屋面,確實(shí)能減少至少50%的空調(diào)能源消耗。在夏季高溫酷暑季節(jié)節(jié)能減少10%——15%的能源消耗。因此,隔熱效果不如坡屋面。而且平屋面的防水較為困難,且耗能較多。若將平屋面改為坡屋面,并內(nèi)置保溫隔熱材料,不僅可提高屋面的熱工性能,還有可能提供新的使用空間(頂層面積可增加約60%),也有利于防水,并有檢修維護(hù)費(fèi)用低、耐久之優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著建筑材料技術(shù)的發(fā)展,用于坡屋面的坡瓦材料形式多,色彩選擇廣,對改變建筑千篇一律的平屋面單調(diào)風(fēng)格,豐富建筑藝術(shù)造型,點(diǎn)綴建筑空間有很好的裝飾作用。在中小型建筑如居住、別墅及城市大量平改坡屋面中被廣泛應(yīng)用。但坡屋面若設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理、施工質(zhì)量不好,也可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。因此坡屋面的設(shè)計(jì)必須搞好屋面細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì),保溫層的熱工設(shè)計(jì),使其能真正達(dá)到防水、節(jié)能的要求。限于篇幅,本文對其細(xì)部構(gòu)造及保溫層熱工設(shè)計(jì)不作探討。
5、結(jié)語
如今建筑節(jié)能工作已在全國啟動,節(jié)能住宅也是一項(xiàng)正在興起的嶄新事業(yè),體現(xiàn)了建筑節(jié)能的前進(jìn)方向。我們必須跟隨世界和中國建筑節(jié)能發(fā)展的大趨勢和大潮流,抓住機(jī)遇,迎接挑戰(zhàn)、開拓進(jìn)取,搞好建筑屋面的節(jié)能,改善市內(nèi)熱環(huán)境,促進(jìn)建筑技術(shù)和建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為合理利用資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高人民生活質(zhì)量而努力。
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