屋面节能技术：屋面保温设计及保温屋面选择

随着建筑层数的增加，屋顶在建筑围护结构中所占面积的比例逐渐减少，加强屋顶保温及隔热对建筑造价影响不大，但屋顶保温节能设计，能减少屋顶的热能损失，改善顶层的热环境。因此，屋顶节能设计是建筑节能设计的重要方面。屋顶节能设计主要包括保温设计、通风隔热设计、种植屋顶设计及太阳能集热屋顶设计等。

（一）屋面保温设计

1.常用屋面保温材料

屋面保温材料应具有吸水率低、导热系数较小的特点。常用的有：

（1）松散保温材料。如膨胀蛭石（粒径3～15mm，堆积密度小于300kN/m3；导热系数应小于0.14W/（m·K））、膨胀珍珠岩、炉渣和水渣（粒径为5～40mm）、矿棉等。松散保温材料的保温层做法，是在散料内部掺入少量水泥或石灰等胶结材料，形成轻混凝土层；待散料保温层铺设完成后，上部应先做水泥砂浆找平，再做防水层。

（2）板块保温材料。如加气混凝土板、泡沫混凝土板、膨胀珍珠岩板、膨胀蛭石板、矿棉板、岩棉板、泡沫塑料板、木丝板、刨花板、甘蔗板等，其中最常用的是加气混凝土板和泡沫混凝土板。泡沫塑料板价格较贵，只在高级工程中采用；挤塑聚苯板，因其卓越的耐水气渗透能力和隔热保温功能，是倒置式屋面（保温层在防水层之上）的理想建材，也是应用在单层金属屋面的最佳选择；植物纤维板只有在通风条件良好、不易腐烂的情况下采用才比较适宜。板块保温材料的保温层做法，应注意在板块中间的缝隙处用膨胀珍珠岩填实，以防形成冷桥；待板块保温层铺设完成后，上部先用水泥砂浆找平，再做防水层。

（3）保温涂料。如常用的节能隔热保温涂料，这种涂料采用陶瓷空心颗粒为填料，由中空陶粒多组合排列制得的涂膜构成，导热系数为0.03W/（m·K），对室内热量可保持70%不散失。

2.平屋面的保温设计

在冬冷夏热地区的民用建筑、装有空调设备及寒冷地区的建筑中，屋顶应做保温设计。在屋顶中设置能提高热阻的保温层，能降低屋顶的热传导，提高屋顶的节能水平。

（1）按保温层与屋面板的位置关系分类。

分为屋面外保温、屋面内保温、保温层与结构层组合复合板材三种。

① 屋面外保温。即将保温层铺设在屋面板结构层之上的做法。

② 屋面内保温。即将保温层铺设在屋面板结构层之下的做法。

③ 保温层与结构层组合成复合板材。这种板材既是结构构件又是保温构件。一般有两种做法：

a.在槽板内设置保温层。这种做法可以减少施工工序，提高工业化施工水平，但成本偏高。

b.保温材料与结构层融为一体。如加气的配筋混凝土屋面板，这种复合板材构件既能承重，又能达到保温效果，简化施工，降低成本。但其板的承载力较小，耐久性较差，因此适用于标准较低且不上人的屋顶中。

（2）按结构层、保温层与防水层的位置关系分类。

分为正置式、倒置式和设有空气间层的保温屋面，其中，正置式和倒置式屋面应用最广泛。

① 正置式保温屋面。这是一种传统平屋面的保温做法，即将保温层放在屋面防水层之下、结构层以上的做法。大部分不具备自防水性能的保温材料都可以用这种构造做法。其所用的保温材料，如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛭石、矿棉、岩棉等非憎水性材料。这种做法易吸湿导致导热系数大增，所以需要在保温层上下分别做防水层和隔气层来防水。正置式保温屋面容易出现屋面开裂、起鼓、保温效果差等问题。

② 倒置式保温屋面。即保温层设在防水层之上，其构造层次自上而下为保温层、防水层、结构层。该屋面不可使用普通的模塑聚苯板，应使用如挤塑聚苯板和硬质聚氨酯泡沫塑料板等，这些保温材料一般自带防水层。该屋面的优点是工艺简单，施工方便，保温和防水性好，不需设排气孔，抗老化性能好。

倒置式保温屋面常见构造做法类型有：a.采用挤塑聚苯乙烯保温隔热板直接铺设在防水层上，再在其上做配筋细石混凝土，如需美观效果，还可做水泥砂浆粉光、粘贴缸砖或广场砖。此做法适用于住人屋面，经久耐用；缺点是施工不当易组成防水层破坏，且屋面漏水时不易维修。B.采用现场喷涂硬质发泡聚氨酯保温层，然后抹20厚1：20水泥砂浆或涂刷一层防水、耐紫外线的涂料。优点是施工简便，经久耐用，方便维修。c.采用憎水性膨胀珍珠岩板块直接铺设在防水层上，其他做法同a，但缺点是不易维修。

（二）平屋面的通风、隔热设计

在南方炎热地区，屋顶的通风隔热层可以起到为屋顶降温的作用。通风屋顶是指在屋顶设置通风的空气间层，利用间层中空气的流动带走热量，降低屋顶表面温度的屋顶；隔热屋顶主要是在屋顶铺设或粉刷各种保温绝热及反射材料来达到保温节能效果的屋顶。

通风、隔热屋顶的类型有以下几种。

1.架空屋面

架空屋面，是采用防止直接照射屋面上表面的隔热措施的一种平屋面。其基本构造做法是在卷材、涂膜防水屋面或倒置式屋面上做支墩（或支架）和架空板。架空屋面宜在通风条件较好的建筑物上使用，适用于夏季炎热和较炎热的地区。

架空屋面的构造层次。架空屋面自上而下的基本构造层次是：架空隔热层、保护层、防水层、找平层、找坡层、保温层和结构层。

架空屋面的构造要点包括：① 架空屋面的屋面坡度不宜大于5%，一般在2%～5%。② 架空层的层间高度一般为180～300mm，可视屋面的宽度和坡度大小由工程设计确定。一般混凝土砌块架空190mm；砖墩架空240mm或180mm；纤维水泥架空板凳架空200mm。③ 当屋面深度方向宽度大于10m时，在架空隔热层的中部应设通风屋脊（即通风桥）。④ 架空屋面的架空层应有无阻滞的通风进出口，架空层的进风口应设置在当地炎热季节最大频率风向的正压区并应设置带通风篦子的格栅板，出风口应设置在负压区。⑤ 架空板与女儿墙之间应留出不小于架空层空间高度的空隙，一般不小于250mm；考虑到靠近女儿墙处的屋面排水反坡与清扫，建议架空板与女儿墙之间空隙加大至450～550mm。⑥ 支墩、架空板等架空隔热制品的质量应符合有关材料标准要求。(www.xing528.com)

2.通风顶棚隔热屋顶

通风顶棚隔热屋顶，即在结构层下做吊顶棚，利用顶棚与结构层之间的空气作通风隔热层，并在檐墙上设一定数量的通风孔来换气、散热。

3.反射隔热降温屋顶

在太阳辐射最强的中午时间，深暗色平屋面仅反射30%的日照，而非金属浅色的坡屋面至少能反射65%的日照。据有关资料提供，反射率高的屋面节省20%～30%的能源消耗。反射隔热降温屋顶，又称为“冷屋顶”“白色反光屋顶”，是指日射反射率高的屋顶，即通过对普通屋顶涂上浅色的、高反射率的涂料，提高屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷、控制“热岛”现象、保护“臭氧层”的作用。其常见类型包括：① 屋顶反射降温隔热屋顶。屋顶刷铝银粉或采用表面带有铝箔的卷材。② 绝热反射膜屋顶。屋顶铺设铝钛合金气垫膜，可阻止80%以上的可见光。③ 降温涂料屋顶。通过热塑性树脂或热固性树脂与高反射率的透明无机材料制成热反射涂料来降温。

（三）种植屋面

建筑绿化包括屋顶绿化与墙面垂直绿化。资料表明，植物可以吸收60%的太阳辐射能，反射27%的阳光，13%则通过基质传到屋面中。绿化屋面对空气的平均增温量的总量为普通屋面的1/4左右。

在城市建筑实行屋顶绿化和种植屋面，可增加建筑的绿地面积，既美观又可改善城市气候环境。在夏季极端气候下，改善顶层房间室内热环境，缓解城市的空气温度热岛效应，大幅度降低建筑能耗。另外，屋面在其建筑表面用植物覆盖可以减轻阳光曝晒引起的材料热胀冷缩，对柔性防水层和涂膜防水层减缓老化、延长寿命十分有利，同时也有效避免刚性防水干缩开裂。

1.屋顶绿化与种植屋面的概念

（1）屋顶绿化：国际上的通俗定义是一切脱离了地面的种植技术，它的涵盖面不单单是屋顶种植，还包括露台、天台、阳台、墙体、地下车库顶部、立交桥等一切不与地面自然土壤相连接的各类建筑物和构筑物的特殊空间的绿化。这种通过一定技艺，在建筑物顶部及一切特殊空间建造绿色景观的形式，是当代园林发展的新亮点、新阶段。

（2）种植屋面：特指人们根据建筑屋顶的结构特点、荷载和屋顶上的生态环境条件，选择生长习性与之相适应的绿色植被或花草，种植或覆盖在屋面防水层上，并配有排水设施，起到隔热及保护环境作用的屋面。它既可使屋面具备冬季保温、夏季隔热的作用，又可净化空气、阻噪吸尘、增加氧气，还可以营造出休闲娱乐、高雅舒适的休闲空间，提高人居生活品质。

2.种植屋面的分类

（1）按种植介质，分为有土种植和无土种植（蛭石、珍珠岩、锯末）。

（2）按种植的植物种类与复合层次，分为简单式种植屋面和花园式种植屋面两大类。

① 简单式种植屋面。也叫草坪式屋顶绿化或轻型屋顶绿化，是以草坪为主，配置多种地被和花、灌木等植物，结合步道砖铺装出图案。轻型屋顶绿化对屋顶负荷要求低、管理简便、养护费用低廉；讲求景观色彩，能同时达到生态和景观两个效果；没有渗水烦恼，对原有防水层起到保护和延长使用寿命的作用，因而是目前采用面积最大的屋顶绿化方式。

简单式种植屋面以草毯种植屋面为多。草毯种植屋面，是利用带有草籽和营养土的草毯覆盖在屋面上形成生态植被的一种种植屋面。草毯是以稻、麦秸、椰纤维、棕榈纤维为原料制成的循环经济产品，用于屋面绿化具有重量轻，蓄水力强，可降解，施工方便等特点。

② 花园式种植屋面。种植以乔灌花草、地被植物绿化、假山石水，并与亭台廊榭合理搭配组合，点缀以园艺小品、园路和水池、小溪等。它是近似地面园林绿地的复合型屋顶绿化，可提供人们进行休闲活动。花园式种植屋面应采用先进的防水阻隔根、蓄排水新技术，使用较少的硬铺装，且要严守建筑设计荷载的允许原则。

（四）种植坡屋顶

坡屋顶建筑包括从屋顶延伸到地面的倾斜式屋面建筑和传统坡屋顶建筑。相对于平屋顶种植屋面，坡屋顶种植屋面具有增大绿化面积、延伸景观、丰富建筑形态、美化城市环境等特点。坡屋面绿化还可以与平屋顶绿化一样，调节屋顶温度和空气湿度、提高建筑保温效能、降低能耗、减尘降噪、缓解城市热岛效应。

（五）“太阳能与建筑一体化”节能屋顶

目前，利用智能技术、生态技术来实现建筑节能的愿望，向屋顶要能源已成为趋势，太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向，从多层建筑到高层建筑，从整体式、分体式到联集式，太阳能技术与建筑的完美结合逐步趋于成熟，应用范围逐步增大。

1.“太阳能与建筑一体化”的概念

“太阳能与建筑一体化”属于一项综合性技术，其实施方式主要有：（1）太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化；（2）光伏组件与市政供电系统并网；（3）太阳能热泵集热装置与建筑屋顶一体化；（4）太阳能一体化设计中与之相配合的建筑保温设计。

太阳能建筑一体化光热技术之一“太阳能集热屋顶”，是利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。可用于平屋顶或斜屋顶，一般对平屋顶用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式。

2.“太阳能集热屋顶”的常用材料

“太阳能集热屋顶”一般采用以下两种太阳电池组件：

（1）普通太阳电池组件。可以在普通流水线上大批量生产，成本低、价格便宜，既可以同建筑结合起来使用，又可以安装在大型支架上形成大规模太阳能发电站。施工时通过装配件把它同周围建筑材料结合起来，组件之间和组件与建材之间的间隙需要另行处理。其缺点是无法直接代替建筑材料使用，太阳电池组件与建材重叠使用造成浪费，施工成本高。

（2）建材型太阳电池组件。是生产厂把太阳电池芯片直接封装在特殊建材上的组件，设计有防雨结构，施工时按模块方式拼装，集发电功能与建材功能于一体，施工成本低。但由于须适应不同的建筑尺寸，很难在同一条流水线上大规模生产，有时甚至需要手工操作生产，以至于生产成本较高。