浙中地区民用建筑屋顶节能研究——以义乌地区

　　摘 要：本论文对浙中地区民用建筑屋顶节能结构展开专题研究。针对浙中的地理位置、气候特征，以义乌地区为例探讨屋顶结构适宜的节能技术是本论文的中心任务。研究要点是建筑屋顶结构的主要形式，各结构形式节能的效果，重点及难点在于通过分析比较选出适合浙中地区气候特征、地理环境的节能屋顶构造。
　　关键词 浙中地区 能源消耗 民用建筑 屋顶节能
　　房屋在约100年左右的使用期间内，需要不断消耗大量的能源，用于采暖、空调、通风、热水供应、照明、炊事、家用电器等方面。随着社会生产力的发展和人民生活水平的提高，建筑中消耗的能量日益增加。
　　浙江省属于中亚热带季风气候，夏冬季长，气温变化幅度大。特别是浙中地区由于地处盆地夏热冬冷的特点更为明显。以义乌市区为例，其年绝对最高与最低温差近50℃，有时日温差接近20℃，夏季日照时间长，而且太阳辐射强度大，通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60～80℃，顶层室内温度比其下层室内温度要高出2～4℃。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是改善室内热环境，减少建筑耗能的一个重要措施。
　　据有关资料测算，室内环境温度每降低1℃，空调能耗减少10%，而温度每降低1℃就能节省5%的电力，人体舒适度也会大大提高。所以，加强屋顶保温隔热对建筑造价影响不大，而节能效益却十分的明显。
　　一、浙中地区屋顶节能调查
　　为研究何种屋面类型和屋面构造较适合浙中地区的气候特点，更符合该地区的居住建筑节能设计标准，笔者以义乌地区为例分别选取了四组不同类型的比较典型的节能屋顶，每一组节能屋顶分别选取三户居住建筑的屋顶作为样本，共计样本十二个，调查各季居民在指定时间段居住建筑内空调、采暖、照明等各种建筑能耗的使用情况，主要以夏季和冬季为主。
　　本次测量的周期为一年，主要针对不同类型节能屋顶下居住建筑室内的采暖年耗电量和空调年耗电量进行测量，得出一年内各个季度各种不同类型节能屋顶建筑能耗的总值以及一年内各种不同类型节能屋顶建筑能耗总消耗量进行对比，通过分析各种节能屋顶的构造形式，节能技术，节能效果能，最后得出结论。本次实测样本中的四类节能屋顶分别为：架空通风隔热屋顶、倒置式屋顶、绿化屋顶以及太阳能屋顶。
　　通过一年的实测，分别得到了四类不同节能屋顶在夏季空调、冬季采暖以及全年的采暖与空调耗电总量平均值，夏季选取的是义乌地区一年中温度最高的三个月，即7月～9月，而冬季则是一年中温度最低的三个月，即12月～2月。实测结果如下表所示。
表1 不同屋顶类型平均耗电量（kWh/m2）

屋顶类型	夏季空调	冬季采暖			全年
架空通风隔热屋顶	101.6		109.3	95.3
倒置式屋顶	97.4		105.4	89.8
绿化屋顶	94.5		102.3	88.1
太阳能屋顶	91.6		99.1	86.1

屋顶类型	夏季		冬季		全年
架空通风隔热屋顶	49.51	26.11		37.21
倒置式屋顶	49.49	26.09		37.19
绿化屋顶	49.48	26.08		37.18
太阳能屋顶	49.50	26.10		37.20

　　二、数据分析及结论
　　(一)从各屋顶耗电数据看，义乌地区传统屋顶的设计普遍存在热工性能差的缺陷，导致建筑能耗居高不下，缺少建筑与生态、自然有机结合的整体性设计的理念。
　　(二)架空通风隔热屋顶在所测的四种屋面中，不论是屋顶内表面平均温度还是夏冬季及全年的耗电量都是最高的，因此其节能效果不是很理想。
　　传统的架空通风屋顶在夏季的隔热效果比较好，架空板下空气层使得屋顶内外热量交换难以进行，提高了屋面的实际平均热阻;而且通风屋面还能够利用自然通风将夹层中的热量带走，从而减少室外热作用对内表面的影响，从而优化它在夏季优良的热工性能，但是冬天的保温性能较差，使得采暖能耗增加，且架空隔热板容易损坏，缩短了防水层的使用寿命。因此要提高架空通风屋顶的节能效果应对传统的通风隔热屋面进行改进，增设保温隔热材料等。
　　(三)倒置式屋顶相对于传统的架空通风隔热屋顶来说，因中间填充块体保温材料，其保温隔热性能比架空屋面有一定的改善。因此其夏季、冬季和全年屋顶内表面平均温度仅次于绿化屋顶，排在第2位，是目前来说浙江省在建筑节能50%的标准要求下节能效果较好、经济实用的一种节能屋顶类型。但倒置式屋顶夏冬季及全年的平均耗电量高于绿化屋顶和太阳能屋顶，说明其节能效果不明显，可推广性不强。
　　(四)绿化屋顶是集生态效益、节能效益和经济效益于一体的最佳的民用建筑节能屋顶类型之一，它较适宜于夏热冬冷地区的民用建筑屋顶。
　　屋顶种植层可以起到冬季保温、夏季隔热的作用。屋顶绿化如采用地毯式满铺地被植物，则地被植物及其下的轻质种植土组成的“毛毯”层甚至可以取代屋顶的保温层，可以大大减少室内的热损失，具有非常明显的热工优越性，起到冬季保温作用。植被茎叶的遮阳作用，有效降低了屋面的室外综合温度，减少了屋面的温差传热量，植物的光合作用消耗太阳能用于自身蒸腾作用，植被基层土壤或水体的蒸发也会消耗太阳能。绿化屋顶的植物通过光和作用吸收二氧化碳，释放氧气。1.5平方米草类植物每年光合作用释放的氧气足够满足普通人一年的消耗，它还可以用来净化空气，吸收热量，降低温度，增加湿度，形成一层“空气过滤网”。由于屋顶地势较高，阳光充足，空气新鲜，光合作用较强，同时，受紫外线的影响，枝繁叶茂，花色鲜艳、无污染，屋顶种植更有利于植物的生长。绿化屋顶的种植植物与屋顶在整体上统一协调考虑，不仅能丰富城市景观，又能改善城市环境，保护生态平衡，节能环保，对社会、环境、人类都有益处。
　　目前，屋顶绿化的承重、渗漏、排水等问题已经基本解决，绿化屋顶的实践效果也充分证明它是值得在义乌地区大力推广的一种节能屋顶形式。
　　(五)太阳能屋顶由于其构造同倒置式屋顶，但在屋顶又增加了太阳能热水器等能源转换设备，使得夏季和冬季耗电量均小于其他屋顶。
　　太阳能是自然界中最丰富的可再生能源之一，太阳能屋顶作为目前来讲最有效的太阳能收集和利用技术之一，原理简单、收集太阳能效率高、造价低、安装方便。
　　目前建筑对太阳能的利用方式基本上有两种，一种是被动式，即与房屋的结构体相结合，以建筑物本身作为蓄热体，白天吸收热空气，夜间依靠墙体放热采暖。另一种是主动式，即在建筑的屋顶上安装平板集热器，使其与太阳辐射成倾角吸热，然后以热水方式储存太阳能，利用太阳能供暖供热水等等。
　　除了以上的太阳能屋顶以外，目前较为先进的光伏电板与屋顶设计一体化的太阳能屋顶方式也在逐渐发展之中。光伏电板是太阳能电池组件组合而成的，重量比较轻，厚度比较小，只要在屋顶上预先设计支架便能有效地将太阳能光伏电板安装上去，建材化的太阳能光伏板可以减轻屋顶的荷载。
　　三、浙中地区屋顶节能建议
　　从目前的情况来看，浙中地区乃至全国地区现有太阳能利用设备的生产只考虑了自身的结构和功能，没有考虑作为建筑物的有机组成部分与建筑相结合，也不能与建筑设计整体很好地相协调，外观与造型难以适应现代居住建筑的要求。
　　通过以上数据的分析，我们可以看出，太阳能屋顶和绿化屋顶在平均耗电量及屋顶内表面平均温度上都较低，是比较理想的节能屋顶模式，可以作为今后浙中地区屋顶节能发展的重点方向。特别是太阳能屋顶，它可以大大的降低建筑能耗，减少常规能源的消耗，极大的节约能源和节省建筑费用，因此不论从调查的结果还是未来能源利用的趋势来看，太阳能节能屋顶对于浙中地区的都有相当大的可推广性。
　　参考文献
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