屋面節(jié)能技術(shù)新進(jìn)展

　　目前國內(nèi)屋面節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如何。本文就這個(gè)問題闡述了正置式屋面、倒置式屋面、保溫層與結(jié)構(gòu)層復(fù)合等屋面保溫技術(shù)，通風(fēng)絕熱屋面、蓄水絕熱屋面和綠化屋面絕熱措施，松散材料保溫層、整體現(xiàn)澆(噴)保溫層、板狀材料保溫層等屋面保溫層的種類以及國外屋面節(jié)能技術(shù)與發(fā)展情況。

　　屋面節(jié)能的意義和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　目前中國建筑節(jié)能技術(shù)與節(jié)能工作正處在發(fā)展期，建筑能耗高，而能源利用率低。2009年我國社會總能耗中建筑能耗約占28%，2012年該數(shù)據(jù)已經(jīng)超過30%，而且隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)比例有可能還會繼續(xù)增加。在城市，由于建筑采用多層或高層結(jié)構(gòu)，屋面相對面積較小，產(chǎn)生的能耗約占建筑總能耗的8％～10％。在屋面結(jié)構(gòu)中合理的設(shè)置保溫層與節(jié)能措施，可以大大提高建筑物的保溫隔熱效果，降低采暖、空調(diào)能源損耗，改善室內(nèi)舒適度，對建筑節(jié)能具有重要意義。

　　我國目前與屋面相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)有GB 50411-2007《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和GB 50207-2002《屋面工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等；另有一些標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境相關(guān)，如JGJ l34-2001《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、DBJ 41/062-2005《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(寒冷地區(qū))》和DBJ 41/071-2006《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(夏熱冬冷地區(qū))》；還有一些標(biāo)準(zhǔn)依行政區(qū)域制定，如DB 32/478-2001《江蘇省民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和DBJ 41/065-2005《河南省民用建筑節(jié)能檢測及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程》。這些標(biāo)準(zhǔn)對屋面節(jié)能技術(shù)有著良好的規(guī)范和引導(dǎo)效果。

　　按照屋面的坡度與形狀，可分為平屋面與坡屋面。本文主要研究平屋面保溫節(jié)能技術(shù)。

　　我國屋面節(jié)能技術(shù)與發(fā)展情況

　　1.屋面保溫絕熱技術(shù)

　　正置式屋面：目前我國屋面保溫的主要做法根據(jù)結(jié)構(gòu)層、防水層和保溫層所處的位置不同，可分為：正置式屋面、倒置式屋面、保溫層與結(jié)構(gòu)層復(fù)合屋面。

　　正置式屋面（圖1）是將保溫層做在結(jié)構(gòu)層之上、防水層之下而形成封閉式保溫層。這種屋面保溫形式是把保溫材料做在屋頂樓板的外側(cè)，讓屋頂?shù)臉前迨艿奖貙拥谋Ｗo(hù)而不至受到過大的溫度應(yīng)力。整個(gè)屋頂?shù)臒峁ば阅苣軌虻玫奖ＷC，能夠有效避免屋頂構(gòu)造層內(nèi)部的冷凝和結(jié)凍，屋面可供人使用。通常做法是在樓板上設(shè)置絕熱材料，在絕熱材料外側(cè)設(shè)置防水層和保護(hù)層。保溫材料的厚度通過熱工計(jì)算后應(yīng)符合所在建筑熱工分區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。按照民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范的要求確定的屋頂絕熱層，能夠保證冬季屋頂內(nèi)表面溫度和室內(nèi)采暖環(huán)境溫度的差值小于4℃。

圖1 正置式屋面

　　倒置式屋面：所謂倒置式屋面（圖2）就是將傳統(tǒng)屋面構(gòu)造中的保溫層與防水層顛倒，把保溫層放在防水層的上面，防水層做在保溫層和結(jié)構(gòu)屋中間，保溫層上部的保護(hù)層有良好的透水和透氣性能。這種屋面構(gòu)造仍屬于屋面外保溫和屋面外絕熱形式，能有效地避免內(nèi)部結(jié)露，也使防水層得到很好的保護(hù)，屋面構(gòu)造的耐久性也得到提高，但對保溫材料的憎水性能有較高的要求，保溫材料選擇時(shí)應(yīng)以保溫材料本身絕熱性能受雨水浸泡影響最小為原則。國內(nèi)可供用于倒置屋面做法的保溫材料主要有泡沫玻璃、擠塑聚苯乙烯泡沫板等。倒置式屋面適用于寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)的新建和改造住宅的屋頂保溫。按照民用建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范的要求確定的屋頂絕熱層，能夠保證冬季屋頂內(nèi)表面溫度和室內(nèi)采暖環(huán)境溫度的差值小于4℃，可使防水層的使用壽命延長2～4倍。

圖2 倒置式屋面

　　保溫層與結(jié)構(gòu)層復(fù)合屋面：保溫層與結(jié)構(gòu)層復(fù)合既是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，又是保溫構(gòu)件。一般有兩種做法：一是為槽板內(nèi)設(shè)置保溫層（圖3），這種做法可減少施工工序，提高工業(yè)化施工水平，但成本偏高；另一種為保溫材料與結(jié)構(gòu)層融為一體，如加氣的配筋混凝土屋面板（圖4），這種構(gòu)件既能承重，又能達(dá)到保溫效果，簡化施工，降低成本，但其板的承載力較小，耐久性較差，僅適用于標(biāo)準(zhǔn)較低且不上人的屋頂。

圖3 槽板內(nèi)設(shè)置保溫層

圖4 加氣配筋混凝土屋面板

　　2.屋面節(jié)能措施

　　通風(fēng)屋面：在屋頂中設(shè)置通風(fēng)間層，使上層表面起著遮擋陽光的作用，利用風(fēng)壓和熱壓作用把間層中的熱空氣不斷帶走，以減少傳到室內(nèi)的熱量，從而達(dá)到絕熱降溫的目的。一般有架空通風(fēng)絕熱板屋面和頂棚通風(fēng)絕熱屋面兩種做法。這也是老式建筑屋面用的最多的保溫絕熱措施。

　　蓄水屋面：在屋頂蓄積一層水，利用水蒸發(fā)時(shí)需要大量的汽化熱，從而大量消耗曬到屋面的太陽輻射熱，以減少屋頂吸收的熱能，從而達(dá)到降溫絕熱的目的。蓄水屋面構(gòu)造與剛性防水屋面基本相同，主要區(qū)別是增加了一壁三孔，即蓄水分倉壁、溢水水孔、泄水孔和過水孔。雖然利用水蒸發(fā)可帶走大量熱量，但是并不利于水資源的節(jié)約，加上屋面滲水是一個(gè)大難問題，所以這個(gè)措施應(yīng)用的比較少。

　　綠化屋面：綠化屋面在國際上的通俗定義是一切脫離了地氣的種植技術(shù)，它涵蓋面不單單是屋頂種植，還包括露臺、天臺、陽臺、墻體、地下車庫頂部、立交橋等一切不與地面自然土壤相連接的各類建筑物和構(gòu)筑物的特殊空間的綠化。筆者認(rèn)為綠化屋面是今后發(fā)展的一個(gè)大趨勢，所以在此稍做詳細(xì)介紹。

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　　一般綠化屋面分為3類：只為解決城市生態(tài)效益的綠色植被，既重生態(tài)又供觀賞的屋頂草坪以及觀賞、休憩、活動于一體的屋頂綠化。其中觀賞、休憩、活動于一體的屋頂綠化從建筑荷載允許度和屋頂生態(tài)環(huán)境及功能的實(shí)際出發(fā)，其綠化又分為兩種形式：一是簡式輕型的綠化，以草坪為主，配置多種地被和花灌木等植物，講求景觀色彩。用不同品種植物配置出圖案，結(jié)合步道磚鋪裝出圖案。二是花園式復(fù)合型綠化，近似地面園林綠地。采用國際上通行的防水根阻材料、蓄排水新工藝，新設(shè)備，新技術(shù)，喬灌花草、山石水、亭廊榭合理搭配組合，可以點(diǎn)綴園藝小品，但硬鋪裝要少，且要嚴(yán)守建筑設(shè)計(jì)荷載、支撐允許的原則。但是目前在技術(shù)上還面臨一些問題：既要考慮屋頂?shù)耐饧雍奢d，又要解決好防水材料、保溫、排蓄水材料、種植基層材料、植物營養(yǎng)土、植物種類及給水設(shè)施等一系列問題；經(jīng)濟(jì)上，初始成本較高；此外，還需要日常的維護(hù)管理，這些都增加了推廣的難度。

　　其他新型屋面：

　　目前比較多的是利用智能技術(shù)、生態(tài)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的愿望，如可控制的通風(fēng)屋面和太陽能集熱屋面等。

　　3．屋面保溫層的種類

　　根據(jù)保溫材料的種類和施工方式的不同，屋面保溫層可分為松散材料保溫層、整體現(xiàn)澆(噴)保溫層、板狀材料保溫層。

　　松散材料保溫層：

　　松散材料保溫層是將粒徑為5～40mm的松散保溫材料（見圖5），如膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的厚度分層鋪設(shè)在基層上，適當(dāng)壓實(shí)。松散材料保溫層的主要缺點(diǎn)是：這是一種干做法施工的方法，必須嚴(yán)格控制材料的含水率；雨期施工要遮蓋防雨，并在鋪完后及時(shí)做找平層和防水層覆蓋；保溫層鋪壓不實(shí)或過分壓實(shí)均會影響使用功能，必須進(jìn)行試驗(yàn)確定壓實(shí)程度；不宜用于有振動的建筑工程上。

圖5 膨脹珍珠巖

　　整體現(xiàn)澆(噴)保溫層：保溫材料在現(xiàn)場人工拌和澆筑或噴涂而成，需要分層、分段鋪設(shè)。

　　水泥珍珠巖、水泥蛭石屋面保溫：

　　水泥珍珠巖、水泥蛭石屋面保溫是以水泥或建筑石膏為膠凝材料，以膨脹珍珠巖、膨脹蛭石為集料，并加入少量助劑配制成保溫料漿現(xiàn)澆在基層上形成整體保溫層?，F(xiàn)澆水泥珍珠巖、水泥蛭石整體保溫是前些年我國寒冷地區(qū)應(yīng)用比較廣泛的屋面保溫形式，這種保溫做法存在以下通?。核嗾渲閹r、水泥蛭石施工后，其含水率可高達(dá)100％以上，且吸水率也很大；由于保溫層含水率過高，當(dāng)氣溫增高時(shí)，保溫層中的水分汽化，體積膨脹，使卷材防水層空鼓或破裂，造成屋面滲漏；工程中常采用排氣式屋面來處理，需要在屋面上留出大量排氣孔，一方面人為破壞了防水層的整體性，容易使雨水順排氣孔進(jìn)入保溫層；另一方面，容易造成寒季時(shí)保溫層中出現(xiàn)“冷橋”及“冷道”，致使室內(nèi)屋面產(chǎn)生結(jié)露。由于工程質(zhì)量和保溫效果難以保證，目前，我國一些地區(qū)已經(jīng)開始禁止在民用建筑中使用這種保溫做法。

　　屋頂發(fā)泡保溫板：屋頂發(fā)泡保溫板（見圖6）以粉煤灰為主要原料，加入石灰、水泥及膨脹珍珠巖(或膨脹蛭石、廢舊聚苯乙烯泡沫塑料顆粒)，經(jīng)發(fā)泡成型。這種保溫板利用了工業(yè)廢料，具有質(zhì)輕、熱導(dǎo)率小、成本低、施工簡便等特點(diǎn)。

圖6 發(fā)泡保溫板

　　聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料屋面：聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料是由二元或多元有機(jī)異氰酸酯與多元化合物，加上其他助劑，相互發(fā)生反應(yīng)而成的高分子聚合物。PU硬泡層有優(yōu)異的耐油、耐磨、耐臭氧及一定的耐堿腐蝕性能，柔軟、富于彈性，對基層伸縮和開裂的適應(yīng)性強(qiáng)。施工采用分層噴涂，每一層均為完整獨(dú)立的防水層，提高了保溫效果，而且施工方便、效率高。但是，PU硬泡屋面投資較高，在室外環(huán)境中易老化，導(dǎo)致保溫層與房屋結(jié)構(gòu)層使用壽命不同步。

　　現(xiàn)澆（噴）整體式泡沫混凝土屋面保溫：泡沫混凝土（見圖7）是用機(jī)械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到水泥膠凝鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌澆筑、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔材料。由于泡沫混凝土中含有大量封閉的孔隙，使其具有輕質(zhì)、保溫隔熱、施工過程中可操作性好等特點(diǎn)，并且降低造價(jià)、施工快捷、干整潔凈，因此，目前屋面保溫隔熱層大量采用這種混凝土。但是比起聚苯板、聚氨酯等材料，泡沫混凝土自重較大，且在混凝土澆筑成型后需要3天養(yǎng)護(hù)期，才能繼續(xù)施工，如養(yǎng)護(hù)不良，由于干縮可能引起裂縫，造成屋面防水性能下降。

圖7 現(xiàn)澆（噴）整體式泡沫混凝土屋面保溫

　　整體現(xiàn)澆(噴)保溫層的突出優(yōu)點(diǎn)是：整體性好，保溫效果好，施工簡單；缺點(diǎn)是：施工時(shí)受環(huán)境影響較大，材料浪費(fèi)率高，澆筑或噴涂厚度及平整度不易控制。

　　板狀材料保溫層：板狀材料保溫層采用的是工廠預(yù)制好的板、塊狀保溫產(chǎn)品（圖8），具體鋪設(shè)方法分為干鋪和粘結(jié)鋪設(shè)：干鋪是將保溫板、保溫塊直接鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)層或隔氣層上；粘結(jié)鋪設(shè)是將板、塊狀保溫材料用粘結(jié)材料平粘在屋面基層上。板狀保溫材料一般是聚苯乙烯泡沫塑料板和巖棉板，聚苯乙烯泡沫塑料板可用于倒置屋面，巖棉板由于良好的防火性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性目前被廣泛采用。

圖8 板狀材料保溫層

　　用預(yù)制保溫板作為屋面保溫層是目前應(yīng)用比較廣泛的一種屋面保溫做法，其主要優(yōu)勢在于：產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)，保證保溫層設(shè)計(jì)厚度和平整度要求；可以通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能復(fù)合，提高屋面的整體性能；減少現(xiàn)場濕作業(yè)環(huán)節(jié)，保證材料(尤其是巖棉等無機(jī)保溫材料)的保溫性能；施工靈活，可控性強(qiáng)，可根據(jù)需要調(diào)整施工進(jìn)度；技術(shù)簡單，不需要專業(yè)的施工隊(duì)伍和大型施工機(jī)械，降低屋面綜合造價(jià)。

　　4．存在的問題

　　目前屋面開裂、起皮、起灰、起砂、滲水的問題時(shí)有發(fā)生，是困擾用戶和設(shè)計(jì)師的難題。

　　國外屋面節(jié)能技術(shù)與發(fā)展情況

　　國外在屋面節(jié)能方面更加重視對屋面節(jié)能功能的開發(fā)與應(yīng)用。屋面的節(jié)能可以通過各種途徑加以實(shí)現(xiàn)。下面對各種屋面節(jié)能的情況作簡單介紹。

　　1．“冷”屋面

　　“冷”屋面是指日射反射率高的屋頂,它通過對普通屋頂涂上高反射率的涂料,提高屋頂?shù)娜丈浞瓷渎?減少太陽熱量的吸收,從而達(dá)到減少空調(diào)冷負(fù)荷和空調(diào)節(jié)能的目的。研究表明:采用冷屋面節(jié)能可使空調(diào)負(fù)荷減少約10%～50%。據(jù)勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，采用“冷”屋面可使美國全國每年公用事業(yè)消費(fèi)節(jié)省75億美元。“冷”屋面推廣中最頭疼的是高反射性與不惹人喜愛的白色之間的矛盾。為此，2002年加利福尼亞能源委員會邀請勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室及由16家制造商組成的集團(tuán)，共同研制非白色“冷”屋面產(chǎn)品，通過研究各種顏料的光學(xué)特性找出吸收不可見近紅外線少的材料。目前，市售的深色屋面產(chǎn)品的反射率已經(jīng)從0.05～0.25提高到0.25～0.45。

　　2．太陽能屋面

　　太陽能屋面通常是指安裝有太陽能發(fā)電系統(tǒng)的屋面。美國在屋頂上安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)的大型建筑物越來越多，這種趨勢幾乎擴(kuò)展到全美各州。如今，屋面太陽能利用的目標(biāo)是追求性價(jià)比更佳、質(zhì)輕、耐久的建筑一體化太陽能系統(tǒng)(簡稱BIPV系統(tǒng))。但是太陽能屋面技術(shù)區(qū)別最大的還是在支架安裝方式還有太陽能利用效率的高低上。

　　3.綠色屋面：

　　綠色屋面在國內(nèi)部分已經(jīng)介紹，目前國外和國內(nèi)都面臨相同的技術(shù)難題。

　　幾年前，由美國綠色建筑委員會提出的綠色建筑物標(biāo)準(zhǔn)(LEED)認(rèn)證用評分的方法評估建筑物對各項(xiàng)環(huán)境因素的影響，包括節(jié)能、再生能源、熱島效應(yīng)、再生材料利用等。一些州規(guī)定，只有通過LEED認(rèn)證的建筑物才能獲得信用貸款。美國聯(lián)邦政府的中央管理部門已經(jīng)要求，自2003財(cái)政年度起其所有的建筑物都必須通過LEED認(rèn)證。隨著越來越多的州和地方政府將各種優(yōu)惠政策與可持續(xù)發(fā)展掛鉤，LEED認(rèn)證已經(jīng)深入人心，從而促進(jìn)了節(jié)能屋面的發(fā)展。

　　當(dāng)前，我國政府正積極倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，各行各業(yè)正積極行動起來為實(shí)現(xiàn)這一利在當(dāng)代、功在千秋的事業(yè)做出貢獻(xiàn)。雖然我國的屋面節(jié)能工作有了一些進(jìn)展，但此項(xiàng)工作還剛剛起步，有些基本上還是空白，相關(guān)的科研工作還十分薄弱。我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮相關(guān)行業(yè)協(xié)會和企業(yè)的作用，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室、研究所及高等學(xué)校的作用。湖北工業(yè)大學(xué)已率先在國內(nèi)招收防水專業(yè)學(xué)生，為行業(yè)人才的培養(yǎng)帶了個(gè)好頭。我們有理由相信，在不久的將來節(jié)能屋面之花必將在我國盛開。