节能建筑屋面的比较研究论文20495.doc

节能建筑屋面的比较研究摘要:能源的过度消耗逐渐被越来越多的人重视,节约能源已成为国家发展中不可或缺的一部分,而建筑节能则又是节能的重中之重.通过对建筑外部围护结构中最容易被人们忽视的屋顶结构的分析、对比,进而从中得出不同屋面形式在节能、构造上的优势与劣势,对今后建筑设计屋面形式的选择有因地制宜、取长补短之效.关键词:建筑屋面节能;屋面形式;适用范围;节能效果在影响建筑节能的各因素中,建筑围护结构的保温无疑是最重要的因素之一.建筑围护结构,是由包围空间的、将室内与室外隔开的结构材料和表面装饰材料构成,包括墙体、门窗和屋面.围护结构必须平衡通风和采光的需求,并提供适合于建造地点气候条件的热湿保护.1改善建筑围护结构的热工性能是保证室内热舒适条件的关键问题之一,对于建筑在运行中的能量消耗是一个主要因素,而屋面节能技术是其中的重要组成部分;屋面节能技术又与建筑屋顶的构造形式息息相关.屋面构造形式大致有构造式保温隔热屋面、建筑形式保温隔热屋面、生态覆盖式保温隔热屋面等.1构造式保温隔热屋面构造式保温隔热屋面,也就是我们常说的板材式保温隔热式屋面,这类建筑屋面多以在屋顶构造中增加保温材料层,通过低传热系数和大热惰的材料来阻挡外部热量的进入和内部能量的流失.这类形式的屋面大致分为传统保温隔热屋面和倒置式屋面,主要区别在于保温材料层在屋面构造中的位置不同.1.1传统保温隔热屋面传统屋面构造做法,即正置式屋面,其构造一般为隔热保温层在防水层的下面.因为传统屋面隔热保温层的选材一般为珍珠岩,水泥聚苯板,加气混凝土,陶粒混凝土,聚苯乙烯板(EPS)等材料.这些材料普遍存在吸水率大的通病,如果吸水,保温隔热性能大大降低,无法满足隔热的要求,所以一定要使防水层做在其上面,防止水分的渗入,保证隔热层的干燥,方能隔热保温.为了提高材料层的热绝缘性,最好选用导热性小、蓄热性大的材料,同时要考虑不宜选用容量过大的材料,防止屋面荷载过大.屋面保温隔热材料不宜选用吸水率较大的材料,以防止屋面湿作业时,保温隔热层大量吸水,降低热材料层内不易排除的水分,设计人员可根据建筑的热工设计计算确定其厚度.此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新建和改造住宅的屋顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4.1.2倒置式屋面图1倒置式屋面所谓倒置式屋面是外保温屋面形式的一个倒置形式(如图1),将保温层设计在防水层之上,大大减弱了防水层受大气,温差及太阳光紫外线照射的影响,使防水层不易老化,因而能长期保持其柔软性、延伸性等性能,有效延长使用年限.2据国外有关资料介绍,可延长防水层使用寿命24倍.倒置式屋面省去了传统屋面中的隔气层及保温层上的找平层,施工简化,更加经济.即使出现个别地方渗漏,只要揭开几块保温板,就可以进行处理,易于维修.同时倒置式屋面的构造要求保温隔热层应采用吸水率低的材料,如聚苯乙烯泡沫板、泡沫玻璃、挤塑聚苯乙烯泡沫板等.且在保温隔热层上应用混凝土、水泥砂浆或干铺卵石作为保护层,以免保温隔热材料受到破坏.在使用保护层混凝土板或地砖等材料时,可用水泥砂浆铺砌,卵石保护层,在卵石与保温隔热材料层间应铺一层耐穿刺且耐久性的防腐性能好的纤维织物.2此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新建和改造住宅的屋顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4;可使防水层的使用寿命延长24倍.2建筑形式保温隔热屋面通风屋顶就是一种典型的建筑形式保温隔热屋面,通风屋顶是屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的双层屋面结构形式,在我国夏热冬冷地区广泛地采用,尤其是在气候炎热多雨的夏季,这种屋面构造形式更显示出它的优越性.屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的结构,通过空气间层的空气流动带走太阳辐射热量,大大地提高了屋盖的隔热能力.3但在通风屋面的设计施工中应根据基层的承载能力,简化构造形式,通风屋面和风道长度不宜大于15 m,空气间层以200 mm左右为宜;架空隔热板与山墙间应留出250 mm的距离;同时在架空隔热层施工过程中,要做好完工防水的保护工作.带可通风阁楼层的住宅,其原理与通风屋面相同,所不同的是阁楼的空间高大,通风效果比架空阶砖的通风屋顶更好,且阁楼有良好的防雨防晒功能,能有效改善住宅顶部的热工质量,如图2所示.此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的新建和改造住宅的屋顶保温.图2阁楼屋面通风屋面的降温效果明显,在自然通风条件下,实砌屋面和通风屋面的隔热效果如表1所示.表1通风屋面和实砌屋面隔热效果比较通风屋面实砌屋面差值内表面平均温度29. 9 34. 9 5内表面最高温度31. 1 39. 4 8. 3室温平均值29. 7 31. 3 1. 6室温最高值30. 2 32. 7 2. 53生态覆盖式保温隔热屋面生态覆盖式保温隔热屋面是通过生态材料覆盖于建筑屋顶,利用覆盖物自身对周围环境变化而产生的相应反应,来弥补建筑本身不利的能源损耗,其中以种植屋面和蓄水屋面较为典型.3.1种植屋面过去就有很多“蓄土种植”屋面的应用实例,通常被称为种植屋面.目前在建筑中此种屋顶的应用更为广泛,利用屋顶种草栽花,甚至种灌木、堆假山、设喷泉,形成了“操场屋顶”或屋顶花园,是一种生态型图3种植屋面构造的节能屋面.种植屋面是利用屋面上种植的植物阻隔太阳能防止房间过热的一项隔热措施(如图3).其隔热原理有3个方面.一是植被茎叶的遮阳作用,可以有效地降低屋面的室外综合温度,减少屋面的温差传热量;二是植物的光合作用消耗太阳能用于自身的蒸腾;三是植被基层的土壤或水体的蒸发消耗太阳能.因此,种植屋面是一种十分有效的隔热节能屋面,如果植被种类属于灌木,则还可以有利于固化CO2,释放氧气,净化空气,能够发挥出良好的生态功效.3种植屋面相对施工要求较为复杂,结构层采用整体浇筑或预制装配的钢筋混凝土屋面板;防水层应选用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土刚性防水层两道防线的复合防水设防的做法,以确保其防水质量;在结构层上做找平层,找平层宜采用13水泥砂浆,其厚度根据屋面基层种类(按照屋面工程技术规范)规定为1530 mm,找平层应坚实平整.找平层宜留设阁缝,缝宽为20 mm,并嵌填密封材料,分隔缝最大间距为6 m;种植屋面栽培的植物宜选择浅根植物如各种花卉、草等,一般不宜种植根深的植物;种植屋面坡度不宜大于3%,以免种植介质流失.此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.种植屋面的节能效果如表2所示.表2种植屋面的热工效果比较种植屋面无种植屋面差值外表面最高温度/29 61. 6 32. 6外表面温度波幅/1. 6 24 22. 4内表面最高温度/30. 2 32. 2 2内表面温度波幅/1. 2 1. 3 0. 1内表面最大热流/(W /m2) 2. 2 15. 3 13. 1内表面平均热流/(W /m2) -5. 27 9. 1 14. 4室外最高温度/36. 4 36. 4 0室外平均温度/29. 1 29. 1 0最大太阳辐射照度/(W /m2) 862 862 0平均太阳辐射照度/(W /m2) 215. 2 215. 2 03.2蓄水屋面蓄水屋面就是在屋面上储一薄层水用来提高屋顶的隔热能力,其构造如图4.水在屋顶上能起到隔热作用的原因,主要是水在蒸发时要吸收大量的汽化热,而这些热量大部分从屋面所吸收的太阳辐射中摄取,所以大大减少了经屋顶传入室内的热量,相应地降低了屋面的内表面温度.图4蓄水屋面构造用水隔热是利用水的蒸发耗热作用,而蒸发量的大小与室外空气的相对湿度和风速之间的关系非常密切.其中相对湿度的蒸发作用最强烈,从屋面吸收而用于蒸发的热量最多.而这个时刻内的屋顶室外综合温度恰恰最高,即适逢屋面传热最强烈的时刻.这时就是在一般的屋顶上喷水、淋水,亦会起到蒸发耗热而削弱屋顶的传热作用.因此在夏季气候干燥、白天多风的地区,用水隔热的效果必然显著.4蓄水屋顶也存在一些缺点,在夜里屋顶蓄水后外表面温度始终高于无水屋面,这时很难利用屋顶散热.且屋顶蓄水也增加了屋顶静荷重,以及为防止渗水还要加强屋面的防水措施.防水层的做法是采用40 mm厚、200#细石混凝土加水泥用量0. 05%的三乙醇胺或水泥用量1%的氯化铁, 1%的亚硝酸钠(体积浓度98% ),内设4 mm、200 mm×200 mm的钢筋网,防渗漏性能最好.混凝土防水层应依次浇筑完毕,不得留施工缝,立面与平面的防水层应一次做好,防水层施工气温宜为535,应避免在负温或烈日暴晒下施工,刚性防水层完工后应及时养护,蓄水后不得断水.5此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.不同厚度蓄水层面热工测定数值如表3.4结束语综上所述,从现有主要几种屋面的保温形式的比较中不难看出,屋面保温节能屋面是建筑物上部与外界直接接触的重点部位,其保温与隔热对建筑节能具有重要意义.如今建筑节能工作已在全国启动,节能住宅也是一项正在兴起的崭新事业,体现了建筑节能的发展方向.为达到节能目的,必须跟随世界和中国筑节能发展的大趋势和大潮流,抓住机遇、迎接挑战、开拓进取,尝试使用多种屋面的建筑手法、生态形式搞好建筑节能,改善室内热环境,促进建筑技术和建筑产业的发展,为合理利用资源、保护生态环境、提高人民生活质量而努力.表3不同厚度蓄水层面热工测定数值测试项目蓄水层厚度/mm510 100 150 200外表面最高温度/43. 63 42. 90 42. 90 41. 58外表面温度波幅/8. 63 7. 92 7. 60 5. 68内表面最高温度/41. 51 40. 65 39. 12 38. 91内表面温度波幅/6. 41 5. 45 3. 92 3. 89内表面最低温度/30. 72 31. 19 31. 51 32. 42室外最高温度/38. 00 38. 00 38. 00 38. 00室外温度波幅/4. 40 4. 40 4. 40 4. 40内表面热流最高值/(W /m2) 21. 92 17. 23 14. 46 14. 39内表面热流最低值/(W /m2) 15. 56 12. 25 11. 77 7. 76内表面热流平均值/(W /m2) 0. 5 0. 4 0. 73 2. 49参考文献:1沈致和.住宅节能原理与设计M.合肥:安徽科学技术出版社, 2006: 1.2王建胜,王军.倒置式屋面在今后住宅中的地位J.四川建筑科学研究, 2001(1): 75-76.3许家涌,李振宇.浅谈生态家住屋面与建筑节能J.山西建筑, 2008, 34: 81-82.4唐鸣放,孟庆林.蓄水屋面强化隔热研究J.建筑技术开发, 2000(6): 36.5刘少斌.蓄水屋面的设计与施工J.湖南城建高等专科学校学报, 2000(4): 21-22.补充： 已赞过 47其他回答(1)论长江中下游地区住宅建筑节能设计及应用摘 要： 气候是影响建筑设计的一个重要因素，在不同的区域条件下，应有不同的建筑形态空间布局，即适应气候的地域技术。本文将针对长江中下游地区气候特征，从建筑布局、建筑遮阳、空气间层的保温隔热、室内空间组织、围护结构等来探讨该地区住宅建筑节能设计。力图降低建筑能耗，创造建筑微气候，并从地域技术，构造设计上来创作适应该地区气候的住宅建筑。   关键字：住宅建筑；构造设计；地域技术；节能。      1、长江中下游地区气候特征      长江中下游地区地理纬度大致在北纬30°32°，属于气候过渡地区，这一地区的气候特点夏季气温较高，持续时间长达34个月，太阳辐射强度大；冬季较冷，时间长达23个月，相对湿度较大，季节风旺盛。该地区住宅建筑的保温隔热还没有一个可参考的理论依据，住宅室内热环境质量普遍较差，冬季室内阴冷潮湿，最冷月份室内平均气温只有46；夏季闷热，最热月份室内气温高达32左右，特别是在顶层及西晒房间显得十分闷热难受。   在正常情况下，相同体积、相同材质、相同质量的物体，在同一环境条件下，所吸收的太阳辐射热相等，其根本的区别只在于热量在形体中分布情况。建筑并不同于一般的形体，它已经有一个普通的形体转化为了有生命力的空间形态，需要有采光与通风，这就必然需要有门窗，而太阳热辐射就会通过门窗传入室内，怎样既保证室内采光通风，又能够尽可能的有效阻止热辐射。这就需要在设计中就必须知道该地区一年四季太阳的运行规律，分析该地区生物气候特征，采用合适的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮阳措施。       2、生物气候地方主义理论      气候和地域是紧密相连的两个概念，从上个世纪二三十年代就开始对建筑与气候、建筑与地域关系的研究。随着科技的进步，研究的不断深入，建筑节能也取得了一定的成效。   1963年，V·奥戈雅所著的设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究，概括了60年代以前的建筑设计与气候、地域关系研究的各种成果，提出"生物气候地方主义"的设计理论，将满足人体的生物舒适感觉（冷、热、干、湿等）作为设计的出发点，注重研究气候、地域和人体生物感觉之间的关系，认为建筑设计应遵循气候生物技术建筑的过程。生物气候地方主义理论较大地影响了以后的建筑设计，例如70年代德国适应气候节能建筑研究。印度的柯里亚提出了"形式追随气候的设计方法论。从生物气候学角度出发，结合地域气候条件进行设计设计者用来表达地方主义文化特征的重要手段，也是为了满足当前社会发展需求。   长江中下游地区住宅建筑设计中的地域技术   为适应长江中下游地区的气候特征，必然要产生一系列适应性的空间形态。   围护结构的隔热性能   在自然通风的情况下，要使室内气温低于室外气温的有效方法是加强外墙及窗户的隔热性能。根据建筑的隔热机理，太阳辐射投射到建筑外表面时一部分立刻被反射出去，另一部分被吸收。被建筑外表面吸收的热量一部分向室内传递，另一部分以长波辐射和空气对流的形式向室外散发。 建筑论文,工学论文,免费论文,中国论文网->   投射到建筑外表的太阳辐射最终散发到室内和室外。显然，散发到室外的热量越多，传递到的热量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于减少传向室内的热量。因此对于夏季高温时间长的长江中下游地区建筑外墙体通常采用白色粉刷或浅色饰面来达到外墙反射隔热的效果。从图上还可以看到，最终要使得传向室内的热量少还应该减少建筑外围护结构的传热系数，即在外围护结构中设置隔热层，隔离室外热量向室内传递，这样一来建筑外表吸收的热量将大量聚集在外表面，促使建筑外表面温度升高，进一步提高了建筑外表面与环境之间的温差，有利于向室外散热。   窗户的隔热性能问题一直是外围护结构设计中最为重要的一个因素主要是怎样改善及防止空气渗透。对于长江中下游地区而言，要解决的是窗户隔热的问题。在夏季满足自然采光的同时，能够尽可能的使阳光滞留在户外，目前最常用的方法是采用双层玻璃窗，使用中空、隔热和反射玻璃等，但空气间层一般只在20mm左右，并不能有效的达到隔热的目的，要达到40mm才有一定的效果，这就使得空气间层的压力变得更小，采用的玻璃就必须有更大的强度，这就势必提高造价。如果在空气间层填充反光材料，会达到更好的效果。      3、建筑布局及内部空间的组织与划分      在长江中下游地区，为舒缓夏季酷热的气温。建筑的总体布局上就应该紧密的围绕这一问题展开。在建筑的布局上应舒展开敞，有较大的窗洞开口，有利于自然通风。采用较深的门廊和遮阳板有助于导风与降温。   随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，人民群众对住宅建筑的各个方面的要求越来越高，对生活的空间环境更加的重视，住宅设计中的"大厅小卧"的概念为适应现代住宅观的变化应运而生，它反映了住宅建筑的发展趋势，是住宅设计进步的一个象征。      4、构造设计学在长江中下游地区住宅建筑设计中的运用      根据不同的地域气候特征，构建一套相应的建筑构造设计，是建筑领域在不断追求的目标。其基本的思想是：不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间布局和构造上采取措施，以改善建筑环境，实现微气候建构。印度建筑师柯里亚的作品对该设计思想作了有利的注释。为解决干热气候的建筑和通风，柯里亚提出了"开敞空间"和"管式住宅"前者体现了有影阴的户外或半户外空间更适合于干热地区公共活动的信念；后者把烟囱抽风原理应用于剖面设计中，在底层高密度的住宅群体中，既可创造小型化的阴影户外空间，又有效的解决了室内空气流通问题，并直接产生了直接反映气候特征的建筑形象。   根据冬季与夏季太阳的不同高度角来制定有效的利用阳光和遮阳措施。在住宅建筑中设置阳光间和中心温室，冬季阳光间和中心温室可以充分吸收太阳辐射热量，为住宅提供一定的热量，此时将遮阳百叶拉起，通风屋顶进风口和出风口封闭。夏季阳光间和中心温室的百叶都是开放的可以遮挡阳光，双层屋顶的进风口和出风口的百叶在夜间和白天某些时刻是开启的，以带走空气间层中受热的空气避免室内温度过高。此外，利用地下风管系统，冷却室外空气，并将其导入中心庭院。   在建筑设计中应该在气候环境设计上寻找到一种继承文脉的理念思路，因为气候不只是影响建筑的一个自然环境，还与文化息息相关，应该贯彻"形式追随气候的"思想。尽可能的对该地区的建筑文化进行深层次的追求与思考。      结束语      对人居环境的探讨，一直以来都是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能，降低建筑能耗，还是在提高人居舒适度，创造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面对这个庞大的建筑领域，建筑能耗是显而易见的，微小的能耗变化，都将决定对能源的如何分配。   在不同区位下，采取的节能措施也不尽相同，对地域技术的研究同样是首要面临的关健性问题。本文所提到的几点建议，是微不足道的一小部分，要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界同仁们不懈的努力。