綠色建筑屋面系統技術面面觀

　　綠色屋面系統技術是綠色建筑技術的一個重要組成部分。綠色建筑屋面系統具有節能、環保、生態、可循環、延長使用壽命和與自然和諧共存的功能。

　　據推算，目前我國城鎮各類既有房屋的屋面面積約有70多億平方米，農村各類既有房屋的屋面面積約有180億平方米。傳統屋面結構形式有平屋面和坡屋面，大多采用傳統的建筑材料。既有屋面系統僅考慮了建筑遮風避雨的基本功能。建筑的功能單一，舒適度差。長期以來，主要由于意識、技術和材料等方面的原因，各類屋面普遍存在耗能高、耗材多，屋面保溫隔熱效果差，滲漏嚴重，使用壽命短，缺乏循環利用、缺少環境保護與美化功能等問題，不能滿足可持續發展的需求。

　　屋面作為一種建筑物外圍護結構，其造成的室內外溫差傳熱耗熱量，大于同面積外墻或地面的耗熱量。在多層建筑的圍護結構中，屋面能耗約占建筑總能耗的8%~10%，而在單層大跨度建筑中，屋面能耗約占建筑總能耗的25%~40%。

　　綠色建筑屋面除保證建筑物的遮風避雨基本功能外，還兼顧了建筑節能、環保、生態和延長屋面使用壽命等新功能。采用綠色屋面系統技術對建筑造價影響不大，節能降耗、環保、節材卻很明顯。

　　綠色屋面包括了綠色屋面構造和綠色屋面材料。其中綠色屋面構造包括通風構造、熱反射構造等方面，綠色屋面構造有一定的地域局限性，主要適用于冬暖夏熱和部分冬冷夏熱地區。綠色屋面材料是采用具有綠色功能材料構成的屋面系統，如單層卷材屋面系統、種植屋面系統、光伏建筑一體化屋面系統等。這些屋面系統也是國外屋面系統的發展趨勢，目前國內也在開展相關的技術研究。主要包括種植屋面、熱反射屋面、單層屋面、通風瓦屋面、光伏建筑一體化屋面等系統技術，這些屋面系統相對于傳統的屋面系統都是各有特色的綠色建筑屋面系統。

　　綠色建筑屋面系統是綠色建筑的有機組成部分，具有提高建筑節能效果和緩解城市熱島效應的明顯作用，綠色屋面系統技術涉及相關建筑材料、試驗方法、建筑設計、施工、維護管理，以及評價體系、評價方法等方面，不僅適用于新建建筑，也適用于既有建筑的改造，具有廣泛的推廣前景。

　　種植屋面系統成為現代建筑發展趨勢

　　大規模的城市化開發，產生了城市熱島效應，改變了自然的氣候環境。而抑制城市熱島效應最有效的途徑是大面積綠化，但大城市建筑、街道擁擠，不可能提供大面積土地供城市綠化，大量裸露的建筑屋面為增加綠化種植面積帶來可能性。在許多國家和地區，由于對環保和溫室效應的充分認識，對局部小氣候的改善和現實生活中為緩解工作壓力而對居室的美觀和視覺要求，促成了種植屋面的出現和深入的研究，這樣就使得建筑種植綠化成為現代建筑發展的必然趨勢。

　　種植屋面主要構造為屋面板、保溫層、耐根穿刺防水層、蓄排水層、種植基質和種植植被。種植屋面技術既可以用于平屋面，也可以用于坡屋面。

　　在建筑綠化中，屋頂綠化是最主要部分之一。種植綠化是生態建筑、綠化建筑的直接形式。種植屋面作用是多方面的，不僅僅是節能，更能改善生態環境，其作用是綜合性的。

　　種植屋面一是可以改變環境景觀，種植屋面可以創造一個美好的活動環境，使人更加親近自然、溶于自然，更加心情愉悅；二是由于植物的折射、發散、吸收的作用，可以起到降低噪音的作用；三是植物的葉片莖可起到吸收塵埃顆粒的作用，由于種植植物的光合作用，可以減少粉塵的活動，吸收CO2，排出氧氣，是治理PM2.5等城市空氣污染的重要手段之一；四是種植屋面對高低溫氣候環境都有很好的調節作用，可抑制城市熱島效應；五是在夏天，種植屋面起到了隔熱降溫作用，在冬天，起到了保溫的效果，提高建筑頂層居住舒適性；六是種植屋面也可保持晝夜溫差均衡，所以種植屋面可以避免因溫度應力引起的屋面構造開裂損壞，因而也提高了屋面的防水層的效能和屋面系統的耐久性；七是由于種植屋面大幅度提高了建筑的隔熱保溫效果，因而節約了能源消耗；八是種植屋面中由于植物和種植土對雨水的截留和蒸發作用，使種植屋面的雨水排放量明顯減少和延遲。

　　在我國，種植屋面除了在干旱少雨地區外，大部分地區都適用，可供選擇的鄉土植物種類繁多。作為綠色建筑的技術之一，其涉及GB50378《綠色建筑評價標準》的節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用等方面。如合理設置綠化用地、場地內環境噪聲、緩解城市熱島效應、充分利用場地空間合理設置綠色雨水基礎設施、合理選擇綠化方式，合理配置綠化植物、合理規劃地表與屋面雨水徑流，對場地雨水實施徑流總量控制、圍護結構熱工性能、綠化灌溉采用高效節水灌溉方式、盡可能多地使用可再利用建筑材料、使用以廢棄物為原料生產的建筑材料、使用推薦的新材料等方面都有得分點。同樣，種植屋面在LEED評級中也有明顯的加分點。

　　種植屋面涉及到建筑安全性，其關鍵技術為建筑構造中必須具有耐根穿刺防水層，我國2007年已經建立了防水材料耐根穿刺性能檢測中心，通過兩年溫室種植試驗，來評價其耐根穿刺性能。

　　目前我國已經建立了種植屋面系統技術相關的產品標準、試驗方法、工程技術規范，國家和地方也出臺了一些推廣政策。

　　光伏建筑一體化屋面系統實現綠色節能

　　隨著能源危機和全球氣候環境變化的影響，促進了可再生能源發展，太陽能發電是無污染的取之不盡的的來源。隨著政府對清潔和可再生能源政策的支持，光伏發電產業快速發展。在光伏建筑一體化BIPV中，屋面無疑是建筑中最適宜安裝太陽能電池組件的建筑部位。現在常見的光伏建筑是光伏屋面形式，即將光伏系統設置在建筑物的屋頂。在整個光伏建筑中，光伏屋面發電量約占75%，因為在建筑中，屋面有更多的受光面積，同時也便于安裝。

　　我國目前的屋頂太陽能主要是安裝式BAPV，大量采用玻璃基板的單晶硅和多晶硅電池組件。采用支架安裝在屋面，并非真正實現光伏建筑一體化，BAPV只適用于小跨度的混凝土結構建筑屋面。

　　光伏建筑一體化BIPV是太陽能屋面的發展方向。柔性基板的薄膜太陽能光伏電池組件可能是首選材料。

　　柔性薄膜電池能夠與建筑的屋面完全貼合，安裝時屋面無穿孔，不會破壞原有屋面結構，不影響屋面的安全和使用功能。這樣既可以做建材，又可以發電，進一步降低了光伏發電的成本，也可以直接用電池組件做建筑材料。如將光伏電池組件封裝到瓦狀的電池板中，用來做光伏瓦，將薄膜電池與防水卷材結合作為光伏卷材，可以實現光伏和建筑更深層次的結合。光伏發電與建筑物結合不會給居民帶來任何不便，人們都比較樂意接受。另外，光伏與建筑相結合可以實現發出的電力自發自用或分布式上網，不用額外架設遠程輸電線路，可減少輸電線路的投資和損失，實現低能耗或零能耗建筑。作為分布式屋面光伏電站需要選擇大型工業廠房，其大部分為大跨度鋼結構屋面，無法承受晶體硅電池及玻璃基板的重量，這方面柔性薄膜電池具有先天性的優勢。

　　太陽能光伏建筑一體化屋面系統具有很多持點：源源不絕的綠色能源，不會污染環境；光伏陣列一般安裝在閑置的屋面上，不占用土地；用電高峰的夏天，也是日照量最大、光伏系統發電量最多的時期，對電網可以起到調峰作用；采用分布式并網光伏系統，不需要配備蓄電池，既節省投資，又不受蓄電池污染環境的限制，建筑本身可以充分消化光伏系統所發出的電力；光伏陣列吸收太陽能轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了屋面傳熱和室內空調冷負荷，可以起到建筑節能作用；光伏卷材利用了薄膜電池的特性，將光伏發電和卷材防水結合在一起，無需增加任何措施，可以用于任何屋面。不需要額外的支撐系統，重量輕，僅為玻璃基板太陽能電池組件的1/5~1/10。不占空間，整體性好，降低了安裝成本。

　　光伏建筑屋面一體化系統適用于我國大部分地區的屋面，包括既有屋面的改造。當然，光伏屋面也可以和種植屋面相結合運用。我國目前正在開發相關的產品，工程技術規范也在逐步建立。

　　單層屋面系統方便、快捷、造價低

　　單層屋面系統是指使用單層TPO、PVC、EPDM等防水卷材外露使用，用機械固定或滿粘或空鋪壓頂方式施工防水卷材的屋面系統，通常是防水保溫一體化施工。

　　單層屋面的主要構造為屋面板、保溫層和單層防水卷材層，構造簡單，主要用于大跨度輕型屋面，體現了重量輕、節能、環保和節約資源等優勢。

　　相對于傳統的屋面構造系統，具有明顯的特點：單層屋面系統施工方便，安全可靠，節能、防水功能完善，是一種節能環保的屋面系統；單層屋面除了常見的機械固定方式，還有兩種無穿孔機械固定方式，防水效果更好；屋面工程系統材料相容配套，易于設計施工；屋面工程系統承包，防水保溫施工一體化包括屋面基層以上的防水、隔熱保溫、防潮、隔氣、排水落水等屋面系統工程；減少屋面構造層次，節約資源，提高工效，減少成本，體現節能減排；施工簡便，以機械固定為主，沒有明火作業，安全環保，節約能源；荷載輕，只有傳統構造形式的1/4~1/10，可以大量減少圍護支撐材料，節省大量混凝土即節省大量礦石、煤，減少CO2排放用量，真正做到節材；工程責任分明，易于實施屋面工程質量保證保險制度。

　　單層屋面系統技術廣泛用于工商業屋面和民用屋面，公共建筑，適應范圍廣，施工方便快速，造價省。作為綠色建筑的技術之一，其涉及GB50378《綠色建筑評價標準》的：圍護結構熱工性能、對結構體系進行優化設計，達到節材效果，選用工廠化預制生產的建筑構、配件，土建與裝修工程一體化設計，盡可能多地使用可再利用建筑材料、使用推薦的新材料等方面都有得分點。我國已經建立了基本的產品標準、試驗方法、工程技術規范，便于大面積推廣。

　　熱反射屋面系統推廣價值高

　　熱反射屋面也稱冷屋面CoolRoof，是一種隔熱節能屋面。在美國，有冷屋面認證體系，冷屋面在LEED綠色建筑評級中有加分。

　　屋面熱損失是建筑熱損失的重要組成部分之一，且嚴重影響建筑頂層室內舒適性，在夏熱冬暖和溫和地區以及部分夏熱冬冷地區，夏季的空調能耗很高，占建筑能耗的70%以上，其中一個重要的方面是由屋面熱傳導引起的。

　　對于平屋面，熱反射屋面采用耐候性好的淺色熱反射高分子卷材，或在屋面材料表面涂刷隔熱反射涂料。在美國，平屋面熱反射屋面材料的反射率在75%~80%左右。對于坡屋面，采用具有熱反射功能的礦物顆粒制備的瀝青瓦等方式，其熱反射率也要求在25%~40%。熱反射屋面可以明顯降低屋面對陽光中熱量的吸收，可降低屋面溫度3~7℃，減少空調能耗20%~40%，提高建筑頂層居住者的熱舒適性，同時，可以抑制城市熱島效應。

　　熱反射屋面的主要特點包括：

　　1.重量輕，屋面荷載增加少，具有熱反射功能的卷材沒有增加防水層的重量，涂覆熱反射涂料每平方米重量增加小于1kg。

　　2.施工周期短，不需要特殊處理，熱反射防水卷材和普通防水卷材一樣施工，未增加工序，熱反射涂料可以噴涂、滾涂等方式施工，快速便捷。

　　3.施工無污染，安全環保，熱反射卷材不添加對環境人體有害的物質，熱反射涂料是環保安全的水乳型涂料。

　　4.節能效果好，熱反射屋面能夠有效降低屋面溫度，特別是平屋面，可以將熱反射回太空層，減少了城市熱島效應。

　　5.防水層壽命長，熱反射材料降低了屋面防水層的溫度，延緩了防水材料老化。

　　6.熱反射屋面施工方便，荷載輕，既可以用于新建建筑，也可用于舊屋面改造。

　　熱反射屋面在我國廣泛的地區具有使用推廣價值，包括民用、工業和公共建筑的平屋面，村鎮建筑的坡屋面等類型。作為綠色建筑的技術之一，其涉及GB50378《綠色建筑評價標準》的：緩解城市熱島效應、圍護結構熱工性能、盡可能多地使用可再利用建筑材料、使用以廢棄物為原料生產的建筑材料、使用推薦的新材料等方面都有得分點。

　　對抑制城市熱島效應，建筑屋面熱反射作用遠比建筑非屋面熱反射作用的效能大，在LEED中對建筑屋面熱反射的加分遠高于建筑非屋面熱反射的加分。

　　我國已經制定了相關的試驗方法及部分產品標準，還有一些耐久性評價方法需要研究。當然，熱反射屋面的認證也是重要環節。

　　通風瓦屋面系統是結構節能好方法

　　通風屋面是在瓦屋面中增加通風和熱反射間層構造，將瓦材與屋面板用掛瓦條隔開形成間層，從而大大減少瓦材直接熱傳導，再增設通風檐口和通風屋脊，在屋面板上增設具有熱反射功能的防水墊層，將瓦材的輻射熱通過熱反射防水墊層反射到間層，通過熱空氣的自然對流，將屋面間層中的熱空氣排出，降低屋面板的溫度，從而降低建筑頂層室內的溫度。

　　該系統僅在普通坡屋面中增加掛瓦條通風檐口和通風屋脊，在墊層中采用隔熱反射墊層，形成空氣間層。系統安全、環保，節能效果好，成本低，建筑頂層室內降溫可達2~4℃，降低空調能耗可達10%~20%。

　　通風瓦屋面的主要特點為：重量輕，屋面荷載少，將瓦干掛在掛瓦條上，大量減少水泥砂漿等膠結材料；隔熱墊層重量輕，小于0.5kg/m2。某些屋面構造可采用雙面熱反射墊層，上面反射屋面瓦材的輻射熱，下面反射室內空調制冷的輻射熱，節能效果倍增；施工周期短，不增加工序，不需要特殊處理，增加的附加部件少，主要是檐口和屋脊配件；施工無污染，安全環保，所有的材料都是無土干作業；節能效果好，通過構造節能降低了屋面溫度。

　　通風屋面綠色系統技術主要適用于炎熱和夏熱冬暖地區的瓦屋面系統中。作為綠色建筑的技術之一，其涉及GB50378《綠色建筑評價標準》的圍護結構熱工性能、對結構體系進行優化設計，達到節材效果。目前我國已經制定相關的產品標準、工程技術規范。

來源：新浪地產　　作者：朱冬青 朱志遠

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