对既有建筑屋顶节能改造的探讨

摘要：以屋顶节能改造为研究对象，从隔热、节能、绿化和利用等方面进行深入分析，消除部分市民对屋顶改造的疑虑，为屋顶节能改造提供可靠的理论基础和依据，使屋顶改造工作有序开展，达到城市建筑更为节能减排、绿色环保、净化心灵的目的。

关键词: 屋顶改造；节能减排，绿色建筑。

中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：

我国属于人口大国，建筑产品需求量大，而建筑能源的过渡消耗又是制约我国经济发展的重要因素，因此建筑节能对我国经济的发展有着重要意义。

建筑节能是指通过技术手段，将新型墙体材料与隔热保温材料应用在建筑内外以达到保温隔热的效果。建筑节能涉及材料、电气、施工等多个方面，基本方法是从采暖、制冷、通风和照明等方面实施。对既有建筑屋顶的节能改造主要从屋顶防水，屋顶绿化，增设保温层，平改坡等方面考虑。采用各种有效节能改造措施，不仅能降低建筑耗能，还有利于改善城市建筑的气候环境。

既有建筑现状

当前我国建筑节能工作较之国外相对落后，既有建筑节能改造的重点是提高建筑物保温隔热性能，减少建筑采暖制冷方面的能源消耗，从而使建筑的耗能达到国家标准。而对于屋顶改造，由于缺乏技术与政策的支持，该领域的研究进展缓慢。目前我国很多早期建筑由于技术与材料原因建筑耗能较大，一方面不管是住宅、办公楼还是工业区的屋顶，基本上都是简单的架空隔热层，现在不但起不到隔热保温的效果，而且是脏、差的代名词，严重影响城市的空中立体形象。另一方面是未达到使用年限，不具备整体拆迁条件，仍将在较长时期保持现状。长期存在的非节能建筑不仅耗能较大，而且不利于城市经济的发展。因此，对于既有建筑的节能改造已经迫在眉睫，而对于屋顶的节能改造势必成为建筑节能改造的重要一环。

屋顶节能改造的瓶颈

国内很早就提出了屋顶节能改造、屋顶绿化、屋顶利用的概念，但发展却相对缓慢。其主要原因体现在三个方面：技术、政策、认知。

技术问题

既有建筑屋顶节能改造的推行所面临的最大问题是技术问题。首先要考虑屋顶的承载，渗水漏水问题，其次要考虑绿化植物选取、管理维护的问题，最后要考虑平改坡的通风漏水问题。材料的选取，结构的设计都会影响建筑的使用寿命。

认识问题

目前屋顶节能改造宣传力度不够，市民并未完全参与到节能改造工作中，其主要原因有三个方面：第一是资金问题，老房子屋顶改造一方面需要进行防渗水处理，另一方面需要承重检测，同时保温隔热材料的使用更使得投入资金增大。由于政府并未专项补助政策，改造难度必然增大；第二是法律问题，屋顶属于公共配套设施，使用权属全体业主所有，若有少部分业主拒绝，节能改造就不能实施；第三是观念问题，业主对建筑节能认知不够，参与节能改造工作的积极性不高。

政策问题

目前尚无建筑屋顶节能与绿化政策出台，政策引导的缺乏也造成了改造工作滞后情况的发生。有关部门已开始着手制定屋顶节能改造方面的研究工作。出台的政策不仅包括改造旧楼，使屋顶能够承载改造的重量，还要求新建建筑强制推行节能绿化屋顶。

屋顶节能改造的途径

增加热阻

热阻值是反映材料阻止热量传递的能力大小的量。建筑屋顶的主要构造包括承重层以及防水层，同时还有一些辅助层。由于受经济、技术、材料的限制，一些建筑屋顶热阻相对较小，保温隔热性能差，造成室内环境无法满足舒适度需求。因此，可以使用增加热阻的途径来解决热阻小的问题。主要方法包括以下几个方面：

在防水层与承重层之间增设实体轻质材料层，这样可以增加屋顶热阻；

在防水层增设保温隔热材料，利用保温隔热材料的隔热作用蓄热，阻热。

增加热阻，提高屋顶结构的热惰性，进而降低屋顶内侧表面温度，同时缩小温度的波动范围。此种方式的改造不仅具有隔热特点，冬季还有蓄热保温的作用。

通风降温

改造屋顶为通风屋顶，一方面在屋面防水层上进行通风处理，另一方面在防水层下通风降温。这样能够保证屋顶白天隔热，夜晚散热。通风屋顶利用风压与热压作用，特别是自然风流动带走的夹层中的热量。同时屋顶通风间外层能够遮挡阳光，屋顶经过两次传热，避免了阳光直射在屋顶维护结构上，从而减少了室外对室内表面的影响。通风屋顶构造简单，不仅可以用于平屋顶降温，也能用在坡屋顶上。

降低外部综合温度

建筑屋顶受太阳直射与室外气温的影响，屋顶表面温度较周围空气温度会高出很多。通过改造屋顶表面，在屋顶表面喷涂高反射性材料以降低对外部综合热量吸收的能力。日光中的可见光以及红外线、紫外线大部分可被反射材料反射出去。研究表明，高反射涂料反射率最高可达80%以上。改造后的屋顶与改造前屋顶相比，节能提高了20%到30%。同时屋顶表面颜色的选取也是影响屋顶吸收周围热量的主要因素。颜色越深，屋顶吸收太阳辐射的能力就越强，屋顶的隔热性能也就越差。

降低外部综合温度的另一种途径是屋顶绿化。借助于屋顶种植的植被进行光合作用以及阻挡日光直射的双重作用，屋顶降温隔热的性能得到大大提高。当然将屋顶改造成可以蓄水或遮阳的屋面也是降低外部综合温度的有效途径。

辐射能利用

利用辐射能是减少建筑耗能的重要发展方向。城市建筑中辐射能主要是指太阳的辐射能。

目前太阳辐射能利用有两种方式：主动式与被动式。

主动式：利用太阳能替代传统驱动空调的热源，使用特殊装置将收集的热源转化为有效热能或电能；

被动式：利用太阳辐射、空气流动与热传导有效结合的方式使热能自然地通过建筑，并通过建筑中的控制系统引导热能流向，达到制冷与供暖的效果。

太阳能利用的常见方案是在屋顶加装太阳能热水器与太阳能电池板等，目前该方式已普遍应用在新型节能住宅建筑上。

屋顶节能改造的方法

平改坡

平改坡运用了增加热阻与通风降温的原理，在建筑结构以及地基承载能力允许的情况下将平面屋顶改为坡屋顶，这样能达到保温隔热的效果，且还能改善建筑外观。

某建筑屋顶面积为4602m2的砖混结构，改造前如图1(a)没有节能措施，顶楼室内夏季温度高，冬季保温效果差，漏雨状况严重。后期改造过程中降低屋顶墙的高度，并对墙进行内部分割。坡屋顶使用普通钢结构，加设可开闭的通风口，在屋面铺设防水材料。改造后该建筑夏季室内温度可比室外温度低3-4℃，暴雨或连续降雨都不会出现漏水现象。改造后如图1(b)所示。

图1 某建筑屋顶

增设保温隔热层

对既有建筑改造，结合防水要求，对屋顶增设隔热层，提高建筑护机构的热阻是建筑节能的有效方式之一。

某办公楼建筑面积为1939m2，屋面采用100mm厚珍珠岩板保温，墙角内表面温度与外墙主体表面温度相比低5-6℃。在不超过屋面承载能力的前提下，在屋顶加装30mm厚XPS挤塑聚苯板。改造后屋顶传热系数由1.08W/m2·K降为0.51W/m2·K，隔热性能得到大大提高，满足建筑节能65%的要求。

屋顶绿化

在既有建筑屋顶绿化过程中，首先要考虑建筑屋顶的承载能力，其次要避免植物根系破坏屋顶的防水层结构。改造过程中可使用盆栽箱技术，将栽培基质与植物置于箱体中。可组合式盆栽箱底部有十字型通风道，配有四个储水箱，箱体强度可有效阻止植物根系下扎。除此之外，屋顶种植耐寒耐旱的佛甲草也是建筑节能改造的有效途径。

太阳能利用

屋顶加装太阳能热水器是一种有效利用太阳能的方法，一般采用陈列式布置。安装时考虑承重与安全问题，在屋面附加钢梁，设备支架固定在钢梁上，避免负荷集中。太阳能热水设备可以很好的结合坡屋顶进行安装，储水箱、管线安装在隐蔽位置，可保护设备不受风雨侵蚀。

某建筑采用一台燃煤炉提供热水，储水箱置于锅炉旁的另一设备间，每年锅炉设备维护与运行费用较高。经过改造采用太阳能热水系统，改造后节省了大量能源与资金。达到建筑节能的标准，改造前后对比如表1所示：

表1 耗热量与采暖耗煤量对比

总结

通过以上的分析和探讨，笔者认为对既有建筑的改造：首先需要政府的政策引导，甚致有些还需要強制措施，才能得以顺利推行。第二、当今社会科学和技术发达，只要合理采用新材料、新技术、新工艺，基本上都可以解决屋顶改造的技术问题。第三、通过屋顶改造，达到保温隔热、延长建筑寿命、绿色环保、空间利用和美化环境等目的。因此，既有建筑节能改造在全球能源日益匮乏的情况下，具有极其重要的经济与社会效益。

参考文献

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作者简介：梁柳浪，男，1988年华南理工大学毕业后，先后从事工业与民用建筑的工程质量检测、质量监督和建筑施工工作至今。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。