屋面节能技术新进展

目前国内屋面节能技术的现状和发展、相关标准如何。本文就这个问题阐述了正置式屋面、倒置式屋面、保温层与结构层复合等屋面保温技术，通风绝热屋面、蓄水绝热屋面和绿化屋面绝热措施，松散材料保温层、整体现浇(喷)保温层、板状材料保温层等屋面保温层的种类以及国外屋面节能技术与发展情况。

　　屋面节能的意义和相关标准

　　目前中国建筑节能技术与节能工作正处在发展期，建筑能耗高，而能源利用率低。2009年我国社会总能耗中建筑能耗约占28%，2012年该数据已经超过30%，而且随着国民经济的发展，这个比例有可能还会继续增加。在城市，由于建筑采用多层或高层结构，屋面相对面积较小，产生的能耗约占建筑总能耗的8％～10％。在屋面结构中合理的设置保温层与节能措施，可以大大提高建筑物的保温隔热效果，降低采暖、空调能源损耗，改善室内舒适度，对建筑节能具有重要意义。

　　我国目前与屋面相关的国家标准有GB 50411-2007《建筑节能工程施工质量验收规范》和GB 50207-2002《屋面工程质量验收规范》等；另有一些标准与当地的气候环境相关，如JGJ l34-2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、DBJ 41/062-2005《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区)》和DBJ 41/071-2006《河南省居住建筑节能设计标准(夏热冬冷地区)》；还有一些标准依行政区域制定，如DB 32/478-2001《江苏省民用建筑热环境与节能设计标准》和DBJ 41/065-2005《河南省民用建筑节能检测及验收技术规程》。这些标准对屋面节能技术有着良好的规范和引导效果。

　　按照屋面的坡度与形状，可分为平屋面与坡屋面。本文主要研究平屋面保温节能技术。

　　我国屋面节能技术与发展情况

　　1.屋面保温绝热技术

　　正置式屋面：目前我国屋面保温的主要做法根据结构层、防水层和保温层所处的位置不同，可分为：正置式屋面、倒置式屋面、保温层与结构层复合屋面。

　　正置式屋面（图1）是将保温层做在结构层之上、防水层之下而形成封闭式保温层。这种屋面保温形式是把保温材料做在屋顶楼板的外侧，让屋顶的楼板受到保温层的保护而不至受到过大的温度应力。整个屋顶的热工性能能够得到保证，能够有效避免屋顶构造层内部的冷凝和结冻，屋面可供人使用。通常做法是在楼板上设置绝热材料，在绝热材料外侧设置防水层和保护层。保温材料的厚度通过热工计算后应符合所在建筑热工分区节能设计标准。按照民用建筑节能设计标准和民用建筑热工设计规范的要求确定的屋顶绝热层，能够保证冬季屋顶内表面温度和室内采暖环境温度的差值小于4℃。

图1 正置式屋面

　　倒置式屋面：所谓倒置式屋面（图2）就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面，防水层做在保温层和结构屋中间，保温层上部的保护层有良好的透水和透气性能。这种屋面构造仍属于屋面外保温和屋面外绝热形式，能有效地避免内部结露，也使防水层得到很好的保护，屋面构造的耐久性也得到提高，但对保温材料的憎水性能有较高的要求，保温材料选择时应以保温材料本身绝热性能受雨水浸泡影响最小为原则。国内可供用于倒置屋面做法的保温材料主要有泡沫玻璃、挤塑聚苯乙烯泡沫板等。倒置式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。按照民用建筑节能标准和民用建筑热工设计规范的要求确定的屋顶绝热层，能够保证冬季屋顶内表面温度和室内采暖环境温度的差值小于4℃，可使防水层的使用寿命延长2～4倍。

图2 倒置式屋面

　　保温层与结构层复合屋面：保温层与结构层复合既是结构构件，又是保温构件。一般有两种做法：一是为槽板内设置保温层（图3），这种做法可减少施工工序，提高工业化施工水平，但成本偏高；另一种为保温材料与结构层融为一体，如加气的配筋混凝土屋面板（图4），这种构件既能承重，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，仅适用于标准较低且不上人的屋顶。

图3 槽板内设置保温层

图4 加气配筋混凝土屋面板

　　2.屋面节能措施

　　通风屋面：在屋顶中设置通风间层，使上层表面起着遮挡阳光的作用，利用风压和热压作用把间层中的热空气不断带走，以减少传到室内的热量，从而达到绝热降温的目的。一般有架空通风绝热板屋面和顶棚通风绝热屋面两种做法。这也是老式建筑屋面用的最多的保温绝热措施。

　　蓄水屋面：在屋顶蓄积一层水，利用水蒸发时需要大量的汽化热，从而大量消耗晒到屋面的太阳辐射热，以减少屋顶吸收的热能，从而达到降温绝热的目的。蓄水屋面构造与刚性防水屋面基本相同，主要区别是增加了一壁三孔，即蓄水分仓壁、溢水水孔、泄水孔和过水孔。虽然利用水蒸发可带走大量热量，但是并不利于水资源的节约，加上屋面渗水是一个大难问题，所以这个措施应用的比较少。

　　绿化屋面：绿化屋面在国际上的通俗定义是一切脱离了地气的种植技术，它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。笔者认为绿化屋面是今后发展的一个大趋势，所以在此稍做详细介绍。

一般绿化屋面分为3类：只为解决城市生态效益的绿色植被，既重生态又供观赏的屋顶草坪以及观赏、休憩、活动于一体的屋顶绿化。其中观赏、休憩、活动于一体的屋顶绿化从建筑荷载允许度和屋顶生态环境及功能的实际出发，其绿化又分为两种形式：一是简式轻型的绿化，以草坪为主，配置多种地被和花灌木等植物，讲求景观色彩。用不同品种植物配置出图案，结合步道砖铺装出图案。二是花园式复合型绿化，近似地面园林绿地。采用国际上通行的防水根阻材料、蓄排水新工艺，新设备，新技术，乔灌花草、山石水、亭廊榭合理搭配组合，可以点缀园艺小品，但硬铺装要少，且要严守建筑设计荷载、支撑允许的原则。但是目前在技术上还面临一些问题：既要考虑屋顶的外加荷载，又要解决好防水材料、保温、排蓄水材料、种植基层材料、植物营养土、植物种类及给水设施等一系列问题；经济上，初始成本较高；此外，还需要日常的维护管理，这些都增加了推广的难度。

　　其他新型屋面：

　　目前比较多的是利用智能技术、生态技术来实现建筑节能的愿望，如可控制的通风屋面和太阳能集热屋面等。

　　3．屋面保温层的种类

　　根据保温材料的种类和施工方式的不同，屋面保温层可分为松散材料保温层、整体现浇(喷)保温层、板状材料保温层。

　　松散材料保温层：

　　松散材料保温层是将粒径为5～40mm的松散保温材料（见图5），如膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等，根据设计规定的厚度分层铺设在基层上，适当压实。松散材料保温层的主要缺点是：这是一种干做法施工的方法，必须严格控制材料的含水率；雨期施工要遮盖防雨，并在铺完后及时做找平层和防水层覆盖；保温层铺压不实或过分压实均会影响使用功能，必须进行试验确定压实程度；不宜用于有振动的建筑工程上。

图5 膨胀珍珠岩

　　整体现浇(喷)保温层：保温材料在现场人工拌和浇筑或喷涂而成，需要分层、分段铺设。

　　水泥珍珠岩、水泥蛭石屋面保温：

　　水泥珍珠岩、水泥蛭石屋面保温是以水泥或建筑石膏为胶凝材料，以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石为集料，并加入少量助剂配制成保温料浆现浇在基层上形成整体保温层。现浇水泥珍珠岩、水泥蛭石整体保温是前些年我国寒冷地区应用比较广泛的屋面保温形式，这种保温做法存在以下通病：水泥珍珠岩、水泥蛭石施工后，其含水率可高达100％以上，且吸水率也很大；由于保温层含水率过高，当气温增高时，保温层中的水分汽化，体积膨胀，使卷材防水层空鼓或破裂，造成屋面渗漏；工程中常采用排气式屋面来处理，需要在屋面上留出大量排气孔，一方面人为破坏了防水层的整体性，容易使雨水顺排气孔进入保温层；另一方面，容易造成寒季时保温层中出现“冷桥”及“冷道”，致使室内屋面产生结露。由于工程质量和保温效果难以保证，目前，我国一些地区已经开始禁止在民用建筑中使用这种保温做法。

　　屋顶发泡保温板：屋顶发泡保温板（见图6）以粉煤灰为主要原料，加入石灰、水泥及膨胀珍珠岩(或膨胀蛭石、废旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒)，经发泡成型。这种保温板利用了工业废料，具有质轻、热导率小、成本低、施工简便等特点。

图6 发泡保温板

　　聚氨酯硬质泡沫塑料屋面：聚氨酯硬质泡沫塑料是由二元或多元有机异氰酸酯与多元化合物，加上其他助剂，相互发生反应而成的高分子聚合物。PU硬泡层有优异的耐油、耐磨、耐臭氧及一定的耐碱腐蚀性能，柔软、富于弹性，对基层伸缩和开裂的适应性强。施工采用分层喷涂，每一层均为完整独立的防水层，提高了保温效果，而且施工方便、效率高。但是，PU硬泡屋面投资较高，在室外环境中易老化，导致保温层与房屋结构层使用寿命不同步。

　　现浇（喷）整体式泡沫混凝土屋面保温：泡沫混凝土（见图7）是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到水泥胶凝钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌浇筑、养护而成的一种多孔材料。由于泡沫混凝土中含有大量封闭的孔隙，使其具有轻质、保温隔热、施工过程中可操作性好等特点，并且降低造价、施工快捷、干整洁净，因此，目前屋面保温隔热层大量采用这种混凝土。但是比起聚苯板、聚氨酯等材料，泡沫混凝土自重较大，且在混凝土浇筑成型后需要3天养护期，才能继续施工，如养护不良，由于干缩可能引起裂缝，造成屋面防水性能下降。

图7 现浇（喷）整体式泡沫混凝土屋面保温

　　整体现浇(喷)保温层的突出优点是：整体性好，保温效果好，施工简单；缺点是：施工时受环境影响较大，材料浪费率高，浇筑或喷涂厚度及平整度不易控制。

　　板状材料保温层：板状材料保温层采用的是工厂预制好的板、块状保温产品（图8），具体铺设方法分为干铺和粘结铺设：干铺是将保温板、保温块直接铺设在结构层或隔气层上；粘结铺设是将板、块状保温材料用粘结材料平粘在屋面基层上。板状保温材料一般是聚苯乙烯泡沫塑料板和岩棉板，聚苯乙烯泡沫塑料板可用于倒置屋面，岩棉板由于良好的防火性和良好的化学稳定性目前被广泛采用。

图8 板状材料保温层

　　用预制保温板作为屋面保温层是目前应用比较广泛的一种屋面保温做法，其主要优势在于：产品工厂化生产，保证保温层设计厚度和平整度要求；可以通过产品设计实现功能复合，提高屋面的整体性能；减少现场湿作业环节，保证材料(尤其是岩棉等无机保温材料)的保温性能；施工灵活，可控性强，可根据需要调整施工进度；技术简单，不需要专业的施工队伍和大型施工机械，降低屋面综合造价。

　　4．存在的问题

　　目前屋面开裂、起皮、起灰、起砂、渗水的问题时有发生，是困扰用户和设计师的难题。

　　国外屋面节能技术与发展情况

　　国外在屋面节能方面更加重视对屋面节能功能的开发与应用。屋面的节能可以通过各种途径加以实现。下面对各种屋面节能的情况作简单介绍。

　　1．“冷”屋面

　　“冷”屋面是指日射反射率高的屋顶,它通过对普通屋顶涂上高反射率的涂料,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和空调节能的目的。研究表明:采用冷屋面节能可使空调负荷减少约10%～50%。据劳伦斯国家实验室估计，采用“冷”屋面可使美国全国每年公用事业消费节省75亿美元。“冷”屋面推广中最头疼的是高反射性与不惹人喜爱的白色之间的矛盾。为此，2002年加利福尼亚能源委员会邀请劳伦斯伯克利国家实验室和橡树岭国家实验室及由16家制造商组成的集团，共同研制非白色“冷”屋面产品，通过研究各种颜料的光学特性找出吸收不可见近红外线少的材料。目前，市售的深色屋面产品的反射率已经从0.05～0.25提高到0.25～0.45。

　　2．太阳能屋面

　　太阳能屋面通常是指安装有太阳能发电系统的屋面。美国在屋顶上安装太阳能发电系统的大型建筑物越来越多，这种趋势几乎扩展到全美各州。如今，屋面太阳能利用的目标是追求性价比更佳、质轻、耐久的建筑一体化太阳能系统(简称BIPV系统)。但是太阳能屋面技术区别最大的还是在支架安装方式还有太阳能利用效率的高低上。

　　3.绿色屋面：

　　绿色屋面在国内部分已经介绍，目前国外和国内都面临相同的技术难题。

　　几年前，由美国绿色建筑委员会提出的绿色建筑物标准(LEED)认证用评分的方法评估建筑物对各项环境因素的影响，包括节能、再生能源、热岛效应、再生材料利用等。一些州规定，只有通过LEED认证的建筑物才能获得信用贷款。美国联邦政府的中央管理部门已经要求，自2003财政年度起其所有的建筑物都必须通过LEED认证。随着越来越多的州和地方政府将各种优惠政策与可持续发展挂钩，LEED认证已经深入人心，从而促进了节能屋面的发展。

　　当前，我国政府正积极倡导建设节约型社会，促进可持续发展，各行各业正积极行动起来为实现这一利在当代、功在千秋的事业做出贡献。虽然我国的屋面节能工作有了一些进展，但此项工作还刚刚起步，有些基本上还是空白，相关的科研工作还十分薄弱。我们要认真学习国外的经验，充分发挥相关行业协会和企业的作用，发挥实验室、研究所及高等学校的作用。湖北工业大学已率先在国内招收防水专业学生，为行业人才的培养带了个好头。我们有理由相信，在不久的将来节能屋面之花必将在我国盛开。