零能耗建筑屋面

1“零能耗”建筑屋顶设计蒋宗和(深圳市清华苑建筑设计有限公司，广东深圳518052)摘要：建筑能耗在我国社会商品能源总消耗量中所占的比例越来越大，随着城市化进程的不断发展，建筑能耗己逐步超过能源总消耗量的30％。显然，建筑节能的问题已成为我国提高能源使用效率的迫切问题。在大量的建筑中，屋顶是建筑物外围护结构表面所占面积较小的部分，但其所造成的室内外温差传热耗热量却大于任何一面外墙，其表面积建筑能耗也高居整幢建筑物表面积建筑能耗比值的榜首。同时，建筑屋顶覆盖大量绿地，成为影响城市生态以及产生“热岛效应”的重要因素。如何在建筑设计中寻找出解决上述问题的切实可行的方法，结合实际工程“武汉汤逊湖1号”的建筑设计体会，探讨“零能耗”建筑屋顶设计的可行性。关键词：零能耗；节能屋顶；生态设计中图分类号：TU201.5文献标志码：A文章编号：1673-7237(2008)10-0017-04DesignofBuildingRoofsofZeroEnergyConsumptionJIANGZong-he(ShenzhenTsinghuaYuanArchitecturalDesignCo.,Ltd.,Shenzhen518052,Guangdong,China)Abstract:BuildingenergyconsumptionhaslargerproportioninthetotalenergyconsumptionoftheChina'ssocialgoods.Withthedevelopmentofurbanization,buildingenergyconsumptionhavegraduallybeenover30percentofthetotalenergyconsumption.Obviously,energyefficiencyofbuildingshasbecomeanimpendentproblemofenhancingenergy-efficiencyofutilizationinChina.Inalargenumberofbuildings,buildingroofstakeupsmallerareasoftheouterbuildingenvelopesurface,butheattransferconsumptioncausedbytemperaturedifferencebetweentheindoorandtheoutdoorisgreaterthanthatofanyexteriorwall.Itssurfacebuildingenergyconsumptionisthehighestinthetotalsurfacebuildingenergyconsumption.Meanwhile,urbanbuildingroofscoveredlotsofgreenlandswhichbecomesimportantfactorstoinfluenceurbanecologyandcauseheatislandeffect.Howtofindfeasiblemethodstosolvetheaboveproblems,thedesignexperienceofWuhanTangxunhuNo.1projectweresummarized,andthefeasibilityofbuildingroofsofzeroenergyconsumptionwasdiscussed.Keywords:zeroenergyconsumption;energyefficiencyroofs;eco-design0引言面对全球能源与环境问题，不少全新的设计理念应运而生。例如在建筑设计领域，就有低能耗建筑、零能耗建筑和绿色建筑等设计与实践。然而，因专业的局限性，多数设计师不能从整体综合节能设计概念出发，没有采取与环境专家、设备工程师和结构工程师紧密配合设计的协作方式，故其能真正产生节能效果的建筑设计还差强人意。“武汉汤逊湖1号”项目，位于华中地区武汉市汤逊湖畔。其地区所属湿热性气候，全年气温变化幅度大，干湿交变频繁。在武汉市区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℃以上，同时建筑顶层室内温度比其下层室内温度平均还高出2~4℃。“武汉汤逊湖1号”项目(图1：“武汉汤逊湖1号”建筑设计)，又属于同类产品在当地市场的超前性高端产品。故此，项目的节能设计特别是屋顶的节能设计，成为本项目设计创新2的重要课题。本项目设计师与环境专家、设备工程师和结构工程师紧密配合，采取合理的外部环境设计、合理的建筑形体设计以及合理的建筑构造设计，达到了建筑综合节能和提高能源使用效益预期效果。特别值得提出的是其建筑屋顶的综合节能设计，正迈向真正“零能耗”屋顶设计的目标，受到一致好评。建筑屋顶绿化最关键的技术要求是轻质排水性、保水耐风性、人工土壤的生态性以及经营管理的便利性。“武汉汤逊湖1号”项目工程设计中，除采用倒置式综合节能屋顶构造外，在室内有卧房的屋顶上均设计了屋顶绿化种植区，其面积约建筑屋顶面积的50%。另外，建筑构造设计也从过往的经验中进行提升，一方面采用较为新型的屋面材料，如GT-DP-M28型轻质薄层架空排水板；另一方面建议使用便于植物生成和后期管理的1:2泥炭种植土，同时，在建筑防水、屋面排水、排水组织等方面强化设计(图3：综合节能屋顶檐口示意图)。根据设计数据显示：当平屋面找坡层平均厚为100mm，再加上种植覆土厚度为80mm的屋面，其传热系数K1.5W/(m2·K)，若种植覆土厚度＞200mm时，其传热系数K1.0W/(m2·K)。本项目结合建筑立面设计和屋顶构造设计，种植覆土厚度设计取值为300~500mm，最终计算时所得的K值为0.404W/(m2·K)(见表1)，远远低于K≤1W/(m2·K)的标准。既有显著的保温隔热效果，又将可再生资源的利用结合到建筑中去，使建筑本身也成为生态载体。参考文献：[1](法)SERGESALAT.可持续发展设计指南———高环境质量的建筑[M].清华大学出版社,2006-06-01.[2]薛志峰.超低能耗建筑设计技术及应用[M].中国建筑工业出版社,2005-03.[3](英)TerryGalloway.太阳房———太阳能建筑设计手册[K].机械工业出版社,2007-12.[4]曾祥才,朱冬生.浅谈建筑节能技术[J].建筑节能,2007,35(1):15-19.[5]扬子江.建筑屋面节能技术[J].工业建筑,2005,35(2):40-44.[6]张允.现在建筑屋顶与建筑的自然通风[J],2005,31(3):107.[7]殷丽峰、李树华.日本屋顶花园技术[J].中国园林,2005,21(5):62-66.[8]付国良,王艳丽.佛甲草用于屋顶绿化———绿色建筑新技术[J],中国园林,2005,21(5):67-70.[9]孙伟.浅谈屋顶绿化的植物选择[J].科技信息,2007(12):23.屋顶绿化作者：深圳嘉德环境科技开发有限公司大规模的城市化进程，城市规模不断扩大和城市人口不断增加，建筑物越来越高，密度越来越大，形成大量高密度的“钢筋水泥的森林”，而起着调节城市生态环境的绿化和水面则不断被蚕食，结果导致城市生态环境的恶化，出现了“热岛效应”、“温室效应”、大气环境和水环境被严重污染等诸多环境问题。被称为建筑的第五立面的屋顶，却仍然是都市中的尚待开垦的“处女地”，处于一种被忽略、被遗忘的地位。一方面是城市绿化面积和水面面积被越来越多的高密度建筑物逐步蚕食，另一方面大量的屋顶却仍然素面朝天，未被有效利用，这就是目前在城市建设上存在的一对矛盾。而被众多生态环境专家、城市规划专家，建筑设计专家所推崇的“屋顶绿化”则是一种既能兼顾到城市经济建设发展的需要，同时又能很好地解决城市生态环境问题的双赢甚至多赢的解决方案。目前，国内几个主要大中城市已经开始意识到城市生态环境建设的紧迫性，从政府的层面到市民的层面已经开始关注屋顶绿化的发展，如上海、北京、广州、深圳、杭州、武汉、厦门等地政府都在研究屋顶绿化的建设和普及推广工作。广州市在2002年9月，由市建委、绿化委员会、市政园林局等单位出台了关于屋顶绿化发展的政策，要求今后所有的新建建筑都必须进行屋顶的绿化美化，而且屋顶绿化与主体建筑的设计、施工、验收同时进行，这使得广州成为国内各城市中第一个推出屋顶绿化强制性政策的城市。据了解，广州市的屋顶绿化工作目前处于试验阶段，通过部分试点工作，进行总结提高，最终形成规范性的3屋顶绿化标准，然后在广州市大规模推广。上海绿化管理部门准备在今年修改有关绿化管理条例，将屋顶绿化纳入管理条例的条款之中，通过强制立法大力推广屋顶绿化；深圳市的有关部门也在酝酿类似的屋顶绿化政策。相信今后会有更多的城市陆续开展屋顶绿化的发展和普及推广工作。屋顶绿化的特殊性：屋顶绿化不同于地面上的一般绿化，其特殊性可以归结为以下5点：1）屋顶绿化需要考虑建筑物的承重能力：在建筑物上种植植物，种植层的重量必须在建筑物的可容许荷载以内，否则的话，建筑物可能出现裂纹并引起屋顶漏水，严重的还可能会造成坍塌事故。2）屋顶绿化需要考虑快速排水：建筑结构层为非渗透层，雨水和绿化洒水必须尽快排出，如果屋面长期积水，轻则会造成植物烂根枯萎，重则可能会导致屋顶漏水。3）屋顶绿化需要保护建筑屋面和防水层：植物根系具有很强的穿透能力，如果不设法阻止植物根系破坏建筑屋面和防水层，就可能会造成防水层受损而影响其使用寿命，还可能造成屋顶漏水。4）屋顶绿化需要考虑项目完成后的日常维护保养：屋顶绿化不同于地面绿化，可能建在数层高楼房的屋顶，所以必须考虑后期的维护保养的问题，如定期浇水、修剪、除虫和施肥等，例如较高楼层的屋顶绿化面积较大时，建议采用自动喷洒装置或自动地中滴灌装置；考虑到城市缺水的问题，还可以将屋顶绿化浇水系统与建筑物的中水系统或者雨水收集处理系统相连，用中水或者收集的雨水作为绿化浇灌用水，可以起到节约优质饮用水的作用。5）屋顶的种植环境比较恶劣：由于屋顶上日晒、风吹、水分过快蒸发、干旱等种植环境不同于地面，所以选择植物品种时需要选择喜日照、抗风性强、耐旱等耐候性强的植物品种。屋顶薄层绿化方法：由屋面开始，分别是防根系穿透层（简称防根层或隔根层）、架空排水板、过滤层、轻质人工培养土层和表面覆盖层。屋顶薄层绿化技术体系充分考虑了屋顶绿化的特点，一方面大大减轻绿化种植层的重量和厚度，另一方面又很好地解决了绿化层排水、基质层的保水保肥、植物根系的呼吸和生长、屋顶防水层和屋面层保护等诸多困扰屋顶绿化发展的问题，是代表屋顶绿化未来发展方向的综合性技术解决方案。该项技术是我们追踪国际上屋顶绿化的最新技术潮流研究开发的、具有自主知识产权的屋顶绿化新技术。屋顶薄层绿化技术1．种植层薄层化轻量化技术为了设法降低屋顶绿化种植层的重量和厚度，我们从两方面进行了技术开发：1）开发屋顶绿化专用人工轻质培养土（GT-I型）分析了大量天然质料的特性，从中筛选出数种以最佳比例、经现代科学方法配制完成，富含植物生长所需的有机质和各种微量元素，不含任何普通土壤和牲畜粪便成分，是一种新型的、优质的无土栽培基质。经广东省农业科学院土壤肥料研究所检测，其干容重不到普通土壤（对比土样）的四分之一（24%），湿容重也不到普通土壤（对比土样）的一半（43%），是一种优良的轻质培养土；经检测其持水量和阳离子代换量分别为57.31%和7.16cmol/kg，是普通土壤（对比土样）的3.2倍（18.14%）和2.1倍（3.34cmol/kg），所以是一种保水能力和保肥能力极好的无土栽培基质。GT-I型人工培养土中无机质天然质料占到70%以上（体积比），不会像以有机质为主的无土栽培基质随着有机质的分解和吸收，种植层出现逐渐变薄导致根系裸露的现象，根系裸露会影响到花卉植物的生长。其质地疏松、不宜板结、具有优良的排水和透气性能。可以作为屋顶绿