建筑屋顶设计

浅谈建筑屋顶节能设计

【摘要】本文通过几个方面浅谈了建筑屋顶的几种节能设计，建筑屋顶的节能将是未来建筑节能发展的一种的趋势，希望能够重视，屋顶采用节能可以有很多好处。

随着社会的发展，城市化水平已经成为世界各国现代化发展的一个重要标志，人类的生产与生活越来越向城市集中，城市生态平衡被严重破坏，日趋恶化的生存环境阻碍着城市的进一步发展。现在我们国家的建筑物的屋顶对于天气，对于各种环境因素还觉得建筑物的屋顶缺乏很多，所以我们现在应该对于建筑物的屋顶应该多改善下。屋顶绿化是我国城市建设的一个崭新亮点 ,它既有增加城市绿地面积、发挥生态林业的作用 ,又有美化城市、为居民提供活动场所的功能。发展屋顶绿化应注意的若干问题

一、屋顶的基本功能

屋顶是住宅建筑的重要组成部分，是住宅最上层覆盖的外围护结构，其基本功能是抵御自然界的不利因素，使下部空间有一个良好的使用环境。首先，屋顶应具有良好的抵御风、霜、雨、雪侵袭功能，防止雨水渗漏；其次，屋顶应具有良好的保温隔热功能；最后，屋顶应具有良好的通风采光功能。

二、屋顶在建筑节能中的地位

节约能源是实现可持续发展战略的重要措施，对建筑物而言，节约能源的本质是：在建筑设计中充分利用太阳能辐射、自然风、雨、绿化等自然力，来达到舒适的室内环境，而不再是过分依赖于机械系统，消耗不可再生能源。

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然而，屋顶处于建筑物最上面的维护结构，是建筑物接受太阳光最多的地方。开发和利用屋顶空间，使屋顶不仅仅具有维护承重结构功能，而且通过采用新技术、新材料、新的建筑构造设计方法，使更多的太阳能转变为热能和光能，供室内取暖、照明等；同时在夏季尽量减少直接作用于屋顶表面的太阳辐射热量，降低室内温度，通过储存雨水、自然通风、屋顶绿化等多种措施，达到舒适的室内空间环境，保证屋顶的节能效果。因此，屋顶的开发利用在建筑节能中有着举足轻重的作用。

三、屋顶的节能概念和节能措施

通过屋顶而产生的能耗主要受两类因素影响。一类是外界因素，它主要包括室外的气候条件，如温度、湿度、空气流速等;另一类是屋顶本身的原因。屋顶本身的耗能由两方面造成，第一是传热耗能，包括屋顶的传导、辐射散热或得热;第二是通过冬季冷风渗透耗能(主要出现在带有天窗的屋顶中)。其中影响屋顶传热耗能的因素主要有屋顶的表面积，屋面不同材料的热工性能等。

在对待能源的态度方面，以前都采用“被动”的方式。传统的屋顶技术改进策略主要还是提高其保温、隔热性能，采用这种方式，可以减少冬季通过屋顶而散失的热量和夏季通过屋顶而得到的热量，从而达到降低采暖能耗和空调能耗的作用。这种方式从根本上说是采用了“防”的手段，即防止热量的传递和能量的损失，因而是一种“被动式”的。这种方法现在也在进一步改进，也能对节能起到良好的效果。但是，今天的技术手段己经不仅仅局限于此了，而是要化不利为有利，不仅仅自身防止能量损失，还要产生能源，为建筑物的使用提供能量，这种自生能源的方式是节能的更高境界，是一种“主动式”节能措施。光电玻璃，太阳能集热装置与屋顶的结合都属于这一范畴。

近来产生的屋顶设计的另一个新概念就是系统观的概念。它是由屋顶材料之间有效组

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合而形成的系统，如屋顶节水与屋顶绿化相结合所形成的屋顶花园雨水利用系统。

四、屋顶节能设计

屋顶节能设计对城市环境带来的正面影响——在日趋混乱的城市环境中，人们渴望寻找一片净土，远离城市的喧嚣。屋顶位于城市的顶端，相对于周边环境具有一定的隐蔽性和私密性，加之它居高临下，可以俯瞰城市，视野开阔，是整幢建筑中接受日照最充沛的地方，人们可以在这里尽情的沐浴阳光。随着人们对城市环境品质要求的日益提高和对屋顶空间的再认识，人们逐渐开始注重屋顶开放空间对于改善城市生活环境和丰富城市生活的重要作用，屋顶空间得到越来越多的重视。城市屋顶空间加以利用的需求，并且期望这片被广泛忽视的用地资源可以缓解各种危机甚至改善城市生活品质。

此外，屋顶是一个具有极大使用潜力的城市剩余空间。而长期以来，屋顶的功能在人们的意识里只是围护作用或是充当了堆放杂物的“后院”和堆积广告的场所，这种围护功能的错误导向，使使用者望而却步。因此，建筑师开始逐渐重视起了屋顶功能的再开发，比如日本的早川邦彦，他认为城市景观的设计中，顶部环境和地面应处于同样重要的地位。

1、屋顶绿化的节能设计——保温隔热

在钢筋混凝土屋面板上铺上一层土，再在上面种植作物，即为铺土种植屋顶。铺土种植屋顶是利用植物的光合作用、叶面的蒸腾作用及对太阳辐射热的遮挡作用，来减少太阳辐射热对屋面的影响。此外，土层也具有一定的畜热能力，并能保持一定水分，通过水分的蒸发吸热也能提高隔热效果。种植屋顶不仅是保温隔热的理想方案，而且在城市绿化，调节小气候，净化空气，降低噪声，美化环境等方面都有作用，是一项值得推广应用的措施。而且，屋顶绿化对缓解城市“热岛效应”、增强城市生物多样性有着积极地作用。

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2、屋顶天窗的节能设计—— 采光通风

要保持天窗采光和集热作用的平衡;尽可能利用天窗协助建筑自然通风。通过自然采光来减少人工照明能耗的建筑经验会遇到的问题是在晴朗的天气里，建筑内部过热，空调负担加重。所以，在天窗设计过程中，很重要的一点是保持天窗采光和集热作用的平衡。

为了保持天窗采光和集热作用的平衡，可以借鉴的两个基本的策略有:一是开尽可能小的窗，然后借助特殊设计的装置将光线传播到室内的各个角落。因为通常室内理想的照度只是室外的百分之几；二是窗的大小适中，在窗口设遮阳装置，采用特殊的透光材料，或者控制窗口的朝向，避免直射阳光进入室内，只允许反射光线进入室内。

利用天窗引入光线，能够减少建筑照明消耗的能源；同时，它还有助于实现建筑的自然通风，从而减少建筑中机械通风、制冷所消耗的能源。用天窗协助自然通风往往利用的是烟囱效应。当外界有风和室外的温度低于室内的温度时，水平的穿堂风可以起到很好的降温作用。然而，在无风的时候或有障碍物阻挡的情况下，利用烟囱效应通风，可以起到类似的降温效果。如前文提到的柯里亚的“管式住宅”就是利用这一原理的佳作。

此外，在节能效果公认比较好的覆土建筑中，采用大或小、形式多样的天窗往往是解决建筑采光和通风的有效途径。

五、屋顶设计的新材料及新技术

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。然而，建筑屋顶的合理运用和合理开发，对建筑节能的发展

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有着重大意义。面对全球能源与环境问题，不少全新的设计理念应运而生。

1、倒置式屋面——倒置式屋面是与传统屋面相对而言的。所谓倒置式屋面，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。传统的屋面设计将防水材料暴露于最上层，加速其老化，缩短了防水层的使用寿命，通常做法是在防水层上再加保护层，这又将增加额外的投资。倒置式屋面具有极佳的保温隔热性能，且施工方便、耐久性好、维护简便、屋顶可利用性高等优点，大大节省了施工费用与运行费用，减少了建筑能耗，也为屋顶绿化创造一个良好的平台

2、屋面遮阳构造设计——建筑遮阳系统是直接遮挡阳光，减少外围护结构的直接照射，从而减少太阳热辐射，达到节能效果的。遮阳对防止室内温度上升有明显作用。根据试验：在闭窗的情况下，有无遮阳的室温最大差值达2℃，平均差值1.4℃，而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。这种建筑构造既有利于建筑风格的体现，也有利于减少夏季到达外墙的太阳热辐射，同时，结合上人屋顶的功能需要，在屋顶无绿化种植区域设计了架空遮阳钢花架和架空遮阳屋面平板也有效地减少到达屋面的太阳热辐射，为居住者屋面活动创造出良好的遮阴效果空间。

3、屋顶太阳能的综合利用——太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭的自然资源。我国具有丰富的太阳能资源，年日照时数在2 200 h以上地区约占国土面积的2/3以上。目前，太阳能利用较为成熟的技术是太阳能热水技术、太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术以及太阳能热电联发技术。目前，国内建筑设计对太阳能综合利用较多的主要是太阳能热水器。

4、竖向采光通风井与综合节能屋顶设计——通过此贯穿建筑的“竖井”空间，极其有效地利用了上下两端“温差—热压—通风”的原理来加速气流，带动了整个室内自然通

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风。特别是中庭玻璃屋顶，设计了可开启透气的天窗与可伸缩的金属遮阳百叶。该构造根据不同季节进行调整，夏季打开天窗，通过伸缩遮阳百叶调节入射太阳辐射量，使中庭内产生上下温差，进而产生拔风效果，带动建筑室内空气的全面流动，产生最佳自然通风效果。冬季关闭天窗，全开遮阳百叶，使尽可能多的阳光透过玻璃屋顶直射进来，使中庭成为一个巨大的“暖房”。通风采光中庭和中庭玻璃屋顶有效的减低冬夏两季冷暖空调的使用，从而达到综合节能的良好效果。

本文通过对建筑屋顶设计的分析，来考虑建筑节能领域的发展将对我们的生活所带来的积极影响。希望能通过本次学习，在增加我在建筑屋顶方面的知识。在今后对自己在专业领域方面的学习起到促进的作用。

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