■張 博，王海鵬，閆沛祺，劉秋兵，張廣平 ■吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130117

1 高效能屋頂?shù)母拍?/h2>

研究課題旨在提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，改善人們生活質(zhì)量，為建筑節(jié)能提供新的研究方向。因此我們提出的高效能屋頂?shù)募夹g(shù)，希望能夠結(jié)合多方面的綠色節(jié)能技術(shù)，來(lái)突破傳統(tǒng)的“綠色屋頂”的模糊概念，從而根據(jù)北方嚴(yán)寒地區(qū)特有的建筑形式、建筑構(gòu)造、氣候特性來(lái)提出具體的解決方案。

針對(duì)北方嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)，“高效能屋頂”力求從屋頂植被、利用太陽(yáng)能以及屋頂節(jié)能保溫構(gòu)造三方面對(duì)目前嚴(yán)寒地區(qū)屋頂技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合生態(tài)需要對(duì)屋頂構(gòu)造進(jìn)行創(chuàng)新，使其達(dá)到經(jīng)濟(jì)、美觀、合理三大要求。通過(guò)對(duì)屋頂植被層的研究討論其與建筑屋頂結(jié)合的可能性，為城市綠化發(fā)展尋找新方式;通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能利用的研究為將來(lái)形成一套完整的建筑節(jié)能系統(tǒng)打下基礎(chǔ);利用屋頂保溫節(jié)能技術(shù)對(duì)現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)和材料進(jìn)行改進(jìn)。

2 屋頂防水保溫構(gòu)造與植被結(jié)合的技術(shù)策略

屋頂綠化是解決地區(qū)環(huán)境問(wèn)題很好的方法。當(dāng)今地球上許多人口稠密、工業(yè)集中的地區(qū)，存在著非常嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。屋頂綠化是解決這些地區(qū)環(huán)境問(wèn)題的有效途徑。在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家屋頂綠化已經(jīng)很普遍，我國(guó)的屋頂綠化經(jīng)過(guò)多年的研究實(shí)踐，已在部分南方城市成功開(kāi)展，取得了一定的景觀和生態(tài)效果。而在東北等嚴(yán)寒地區(qū)，由于受到氣候等因素的制約，屋頂綠化的實(shí)踐不是很廣泛。

充分考慮到嚴(yán)寒地區(qū)大風(fēng)天氣，采取含有防風(fēng)措施系統(tǒng)的種植土層，可以很好地穩(wěn)固植被;土層下方設(shè)有排水板，引導(dǎo)多余的水流入中水處理系統(tǒng)，增加雨水利用率;高分子防水層的設(shè)置，能夠確保屋面嚴(yán)密的防水;保溫層采用聚氨酯保溫材料，噴涂的施工方式使得保溫材料無(wú)縫連接，加大防水力度;蒸汽阻攔層，是隔絕水蒸氣侵入結(jié)構(gòu)的最后防線，避免結(jié)構(gòu)層受潮。多種處理方式充分考慮到北方嚴(yán)寒地區(qū)的氣候和構(gòu)造需求。

種植屋面系統(tǒng)可以分為雙層種植土層和單層種植土層兩大類，一般做法有以下幾種:

圖片來(lái)源:VEDAG GmbH

(1)含有防風(fēng)措施系統(tǒng)的雙層種植土層，有兩層瀝青根阻防水材料，適應(yīng)于灌木植物;

(2)上面一層為較厚的土層，下面一層為輕質(zhì)土層，下面鋪有耐壓的保溫層，一般種植樹(shù)木等較重的植物;

(3)單層種植土層，單層防水，主要針對(duì)斜屋面和流水長(zhǎng)度不超過(guò)10m的屋面;

(4)單層種植土層，多層防水，比較適應(yīng)于種植景天屬類植物。

屋頂不再只是單純地作為防水保溫的單一建筑構(gòu)造部分，而是在充分考慮到地域氣候因素之后參與建筑節(jié)能以及城市綠化的重要建造手段和城市美化方式。以防水保溫構(gòu)造為基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上圍繞植物綠化方式和太陽(yáng)能構(gòu)件進(jìn)行改造，將三者有機(jī)結(jié)合，將屋頂打造成為城市居住建筑的另一道風(fēng)景線和建筑節(jié)能的一大標(biāo)志，同時(shí)也為人們提供了另一種活動(dòng)休閑場(chǎng)所，其實(shí)施的積極意義巨大。

3 季節(jié)性互補(bǔ)的自然能源利用與高效能屋頂構(gòu)造結(jié)合的技術(shù)策略

自然能源主要包括三大類:太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋Ｆ淅梅绞椒譃橹鲃?dòng)式和被動(dòng)式兩種。根據(jù)北方嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)，主要影響高效能屋頂保溫節(jié)能效率的因素是氣溫、太陽(yáng)輻射和風(fēng)。

北方嚴(yán)寒地區(qū)由于其獨(dú)特的地理位置，冬季長(zhǎng)春夏秋季短，冬季從11 月到次年4 月左右，冬季平均氣溫在零度以下，太陽(yáng)輻射較弱，不利于植被生長(zhǎng)。冬季來(lái)自西伯利亞和蒙古等中高緯度內(nèi)陸的西北風(fēng)風(fēng)速大風(fēng)力強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方大部分地區(qū)(黑龍江、吉林東部、遼東半島)的有效風(fēng)能密度在200W/m2以上，全年中風(fēng)速大于和等于3m/s 的時(shí)數(shù)為5000h，全年中風(fēng)速大于和等于6m/s 的時(shí)數(shù)為3000h。夏季時(shí)盛行東風(fēng)和東南風(fēng)，風(fēng)速較小，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，且雨水較豐富，適合植被生長(zhǎng)。根據(jù)北方地區(qū)的氣候特點(diǎn)，結(jié)合高效能屋頂和光伏玻璃得到一種復(fù)合的節(jié)能裝置。主要由可開(kāi)合的光伏玻璃頂板和四周玻璃圍合而成。其通過(guò)主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種方式達(dá)到節(jié)能目的(參見(jiàn)圖1)。

圖1

冬季時(shí)風(fēng)大氣溫低不利于植被生長(zhǎng)，此時(shí)可以關(guān)閉光伏玻璃頂蓋，形成溫室，同時(shí)防風(fēng)。既為植物生長(zhǎng)提供了光環(huán)境和適宜的溫度，也為冬季時(shí)期人們使用屋頂綠化提供了舒適的環(huán)境。提供遮擋的同時(shí)，頂面的光伏玻璃可以吸收太陽(yáng)輻射并將其轉(zhuǎn)化成為電能。夏季時(shí)可將光伏玻璃板打開(kāi)，使植被吸收降水，同時(shí)可以打開(kāi)側(cè)面的玻璃板，形成拔風(fēng)效應(yīng)，降低屋面板溫度。

北方嚴(yán)寒地區(qū)的特殊氣候——冬季時(shí)間長(zhǎng)、日照充足，以及微氣候——早晚溫差大決定了屋頂?shù)母脑鞈?yīng)當(dāng)是多方面的，季節(jié)性的節(jié)能互補(bǔ)，早晚的節(jié)能利用，讓不同的節(jié)能技術(shù)得到高效能地發(fā)揮。冬季以太陽(yáng)能的利用為主，其生成的電能和熱能，可融化光伏電池板和屋面上的積雪;融化的積雪可作為中水加以處理利用;解決屋面和排水管道的凍脹問(wèn)題;同時(shí)能夠?yàn)榻ㄖ幼≌咛峁崴碗娔?。夏季以綠化屋頂?shù)睦脼橹鳎蓓斨匦陆Y(jié)合防水保溫構(gòu)造添加一定的步道系統(tǒng)和景觀植物，打造屋頂娛樂(lè)休閑空間;可吸收降雨雨水，降低屋面徑流，減緩城市排水系統(tǒng)壓力，防止城市出現(xiàn)洪澇的現(xiàn)象;調(diào)節(jié)建筑屋面的微氣候，降低屋面溫度;吸收二氧化碳，為居住環(huán)境輸入新鮮氧氣。冬季與夏季的節(jié)能方式互補(bǔ)，利用自然界的光能、雨水以及植物結(jié)合氣候特性充分發(fā)揮高效能屋頂?shù)膬r(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

高效能屋頂可以緩解溫室效應(yīng)和城市熱島效應(yīng)，屋頂綠化植物還能吸收有害氣體，吸收PM2.5 粉塵顆粒，起到凈化空氣、減少城市霧霾天氣和風(fēng)沙天氣頻繁出現(xiàn)的作用，且能夠隔音降噪［1］。希望通過(guò)有效利用光能和管理水資源，充分提高建筑屋頂?shù)男埽蛟旄鼮榫G色、更為健康的城市環(huán)境?！霸O(shè)計(jì)結(jié)合自然”，運(yùn)用高效能屋頂從多方面對(duì)自然資源進(jìn)行利用和管理，解決城市問(wèn)題，在增加城市綠化面積的同時(shí)，為建筑內(nèi)部的使用者提供更多的資源和能源。北方嚴(yán)寒地區(qū)高效能屋頂技術(shù)策略旨在有助于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，提高自然資源利用率，優(yōu)化城市上空風(fēng)景線。推動(dòng)屋頂保溫節(jié)能模式工業(yè)化，方便推進(jìn)實(shí)現(xiàn)城市建筑大規(guī)模的節(jié)能減排。通過(guò)對(duì)自然陽(yáng)光，雨水的利用研究，使其轉(zhuǎn)化為可利用的資源，從而進(jìn)行屋頂效能最大化的利用。

［1］李海霞，曹敏，論夏熱冬冷地區(qū)屋頂花園的隔熱保溫節(jié)能措施［J］，現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011(21).