桂益君 朱 吟

（浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310052）

當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，建筑工程項(xiàng)目迅猛發(fā)展，建筑數(shù)量和建設(shè)規(guī)模有明顯增大，建筑工程施工設(shè)計(jì)中，人們?cè)絹?lái)越重視節(jié)能材料和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。建筑屋頂設(shè)計(jì)在建筑工程設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵，當(dāng)前人們?cè)诮ㄖ蓓斣O(shè)計(jì)中越來(lái)越重視“零能耗”理念的應(yīng)用，“零能耗”建筑屋頂重視從設(shè)計(jì)方面出發(fā)，對(duì)建筑形體、建筑構(gòu)造以及外部環(huán)境等有充分考慮，提高建筑綜合節(jié)能效果，取得理想能源使用效益。當(dāng)前我國(guó)“零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)逐漸成熟，本文就此展開(kāi)了研究分析。

1 “零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)需要考慮的要素

1.1 在環(huán)境方面

建筑屋頂設(shè)計(jì)需要利用場(chǎng)地規(guī)劃、建筑朝向、建設(shè)材料、建筑構(gòu)造、建筑形體等方面內(nèi)容減少不必要的常規(guī)能源消耗，這些方面設(shè)計(jì)在技術(shù)要求方面相對(duì)較低，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案時(shí)需要對(duì)此有足夠重視，注意自然采光、建筑空間組織通風(fēng)等方面內(nèi)容。

1.2 被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中注意利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等替代常規(guī)能源，提高節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

1.3 主動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)

利用機(jī)械設(shè)備等為建筑提供能源供應(yīng)，如應(yīng)用智能采光通風(fēng)系統(tǒng)等。

“零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)首先要對(duì)節(jié)能和減排方面問(wèn)題有足夠重視度，從環(huán)境方面出發(fā)綜合分析考慮，利用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)和主動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化和調(diào)節(jié)，更好地實(shí)現(xiàn)建筑“零能耗”。

2 “零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)的概念和原則

2.1 “零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)概念

“零能耗”建筑主要是利用節(jié)能設(shè)計(jì)方式使建筑物以及設(shè)備的節(jié)能效果和能源利用效率得到提升，同時(shí)充分利用可再生資源，降低建筑在能源方面消耗，最終實(shí)現(xiàn)“零能耗”目標(biāo)。

“零能耗”建筑本質(zhì)上而言是減少建筑在能源方面需求，根據(jù)不同環(huán)境相應(yīng)設(shè)計(jì)以及智能系統(tǒng)，營(yíng)造出一個(gè)舒適和良好的建筑環(huán)境，使建筑物能源利用效率有明顯提升，減少不必要的能耗。另外，充分發(fā)揮出風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源的價(jià)值，替代建筑物所消耗的電能和燃料能耗，促使建筑物不利用外界能源供滿足自身舒適獨(dú)立運(yùn)行需要。

當(dāng)前世界范圍內(nèi)對(duì)“零能耗”建筑的研究和推廣有非常高重視度，美國(guó)已經(jīng)完成建設(shè)一定數(shù)量的“零能耗”建筑，在“零能耗”建筑推廣方面獲得了政策方面支撐。同時(shí)日本、德國(guó)等國(guó)家在“零能耗”研究方面同樣有非常高重視度。我國(guó)“零能耗”建筑研究相對(duì)較晚，近年在“零能耗”建筑研究方面投入了大量人力和精力，已經(jīng)取得了一定的成效。

2.2 “零能耗”建筑設(shè)計(jì)原則

“零能耗”屋頂指的是屋頂熱傳遞能量與屋頂可再生能源利用達(dá)到基本平衡狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)能耗在整個(gè)建筑總能耗中占1%～3.2%，當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑在可再生能源利用方面利用率不足1%。也就是說(shuō)，現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)建筑為純能耗建筑，在這種情況下，若要實(shí)現(xiàn)“零能耗”目標(biāo)，必須要堅(jiān)持以下兩個(gè)原則：

第一，降低熱傳遞過(guò)程中能量消耗，在建筑工程投資花費(fèi)中，選擇新型維護(hù)結(jié)構(gòu)，其成本占總成本3%～6%，能夠提升約20%～40%的節(jié)能效果。通過(guò)對(duì)建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的改善和優(yōu)化，降低夏季室外熱量向室內(nèi)傳導(dǎo)，減少冬季室內(nèi)溫度的損失，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳遞消耗有效控制。

第二，提高可再生資源利用率，建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中可應(yīng)用自然通風(fēng)、自然采光、太陽(yáng)能等各類節(jié)能技術(shù)措施，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，與建設(shè)單位發(fā)展要求相結(jié)合，在建筑建設(shè)中提高可再生資源利用有效性。通過(guò)對(duì)可再生資源的綜合性利用，能夠在提高建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的同時(shí)減少建筑不必要能耗。研究發(fā)現(xiàn)，建筑充分利用可再生資源，能夠降低建筑能耗35%～40%。

3 屋面遮陽(yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)指的是遮擋陽(yáng)光，避免陽(yáng)光對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的直接照射，最大限度減少太陽(yáng)熱輻射，取得理想節(jié)能效果。遮陽(yáng)在控制室內(nèi)溫度方面有非常好的效果，研究表明，在閉窗情況下，有遮陽(yáng)室內(nèi)溫度與無(wú)遮陽(yáng)室內(nèi)溫度差2 ℃，平均溫度差可控制在1.4 ℃左右，在有遮陽(yáng)情況下，房間溫度波動(dòng)范圍不是很大，整個(gè)室內(nèi)溫度場(chǎng)相對(duì)較為均勻，能夠很大程度上延遲室內(nèi)溫度最高值出現(xiàn)時(shí)間。

建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)不僅可以設(shè)置在建筑立面，同時(shí)還可以應(yīng)用在建筑屋頂設(shè)計(jì)中，計(jì)算地區(qū)日照角，在屋面結(jié)構(gòu)板設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)深挑檐。采取這種建筑構(gòu)造方式不僅能夠優(yōu)化建筑風(fēng)格，同時(shí)還能夠有效降低夏季外墻方面的太陽(yáng)熱輻射。另外，屋面遮陽(yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合屋頂功能方面需要，在屋頂無(wú)綠化區(qū)域設(shè)計(jì)遮陽(yáng)屋面平板和鋼花架等，在減少屋面太陽(yáng)熱輻射的同時(shí)為住戶營(yíng)造一個(gè)良好的遮陰效果。

4 “零能耗”建筑屋頂設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

建筑屋頂綠化設(shè)計(jì)能夠使建筑室內(nèi)和周圍環(huán)境溫度明顯下降，最高下降溫度可達(dá)4 ℃。有數(shù)據(jù)研究顯示，建筑環(huán)境溫度每下降1 ℃，建筑內(nèi)部空調(diào)在容量方面要求可減少6%。建筑屋頂種植綠化后可以取得非常好保溫效果，能夠保證室內(nèi)溫度不隨外界環(huán)境溫度變化出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)，可避免外界環(huán)境溫度突變?cè)诮ㄖ?nèi)部舒適性等方面影響。尤其在夏季，相比較普通隔熱屋面，綠化屋頂表面平均溫度可降低6.3 ℃，室內(nèi)溫度可下降2.6 ℃。屋頂綠化后建筑隔熱功能明顯提高，能夠節(jié)約20%空調(diào)所消耗的電能。通過(guò)屋頂綠化還能夠使建筑維護(hù)構(gòu)造保溫效果有明顯提升和改善。

“零能耗”建筑屋頂綠化設(shè)計(jì)中需要確保有輕質(zhì)排水、保稅耐風(fēng)、生態(tài)性等特點(diǎn)，在選擇倒置式綜合節(jié)能屋頂結(jié)構(gòu)的同時(shí)可在建筑有臥室屋頂設(shè)計(jì)綠化種植區(qū)，在面積方面占屋頂50%左右。在建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方面總結(jié)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一方面選擇新的屋面材料，比如輕質(zhì)薄層架空排水板；另一方面，選擇1：2泥炭土種植，加強(qiáng)建筑防水、屋面排水等方面設(shè)計(jì)。有數(shù)據(jù)顯示，屋面找坡層厚度控制在100 mm，種植覆土厚度控制在80 mm，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可控制在1.5 W/（m2·K），如果種植覆土厚度超過(guò)200 mm，傳熱系數(shù)為1.0 W（/m2·K）。與建筑立面設(shè)計(jì)和屋頂構(gòu)造設(shè)計(jì)相結(jié)合，控制種植覆土厚度在300～500 mm，傳熱系數(shù)0.404 W（/m2·K）。不僅可以取得較好保溫隔熱效果，同時(shí)還能夠在建筑中利用可再生資源。

5 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，在建筑建設(shè)方面要求也更為嚴(yán)格。尤其在能源危機(jī)不斷加重情況下，對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)有迫切需要。當(dāng)前我國(guó)“零耗能”建筑屋頂設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中取得了一定的成果，但是未來(lái)發(fā)展過(guò)程中還需要注意借鑒和總結(jié)各類先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，重視建筑節(jié)能減排方面研究，加大新材料和技術(shù)開(kāi)發(fā)力度，推廣使用高效節(jié)能環(huán)保材料，更好地滿足“零耗能”建筑屋頂設(shè)計(jì)需要，提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)有效性，更好地滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展過(guò)程中人們?cè)诮ㄖ?jié)能方面需要。