中国国际防水技术展 绿色屋面系统技术主题论坛

提要:2013年8月28日,第十一届中国国际屋面和建筑防水技术展览会在北京国家会议中心正式召开,多场有关建筑防水的技术论坛在展览会同期举办,29日,绿色屋面系统技术主题论坛也正式开幕,多位业内专家就绿色屋面系统、种植屋面和太阳能屋面等专业技术展开讲座。

  朱志远:我今天介绍一下绿色建筑面系统技术的简单情况介绍。刚才朱理事长也介绍了,绿色屋面系统是绿色建筑的一个组成部分。在这一块绿色建筑在建设部,我们现在也是大力推广的,指的在建筑的全寿命周期内,最大限度的节约资源,包括了节能、节地、节材,保护环境和污染,为人们提供健康实用和高效的使用空间,与自然和谐的建筑。这里强调了全生命周期,从原材料的选用,到施工,到建筑生命周期回收再利用等等,这样全过程的所谓绿色建筑概念。

中国建筑防水专家委员会委员、教授级高工 朱志远

  关于国家政策方面,2012年财政部《推出关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》,2020年,绿色建筑面积比例超过30%。

  2014年政府投资公益性建筑和直辖市、计划单列市及省会城市的保障性住房全面执行绿色建筑标准。

  2015年,新增绿色建筑面积10亿平方米以上。

  二星级绿色建筑45元/平方米。

  今年国务院也发布了《绿色建筑行动方案》,十二五期间要完成新建绿色建筑10亿平方米,2015年20%的城镇新建面积达到要求。

  在整个绿色建筑立面,做防水这一块,绿色建筑屋面可以做哪些东西,这一块也是我们的关注点。

  据推算,我国目前城镇各类房屋面积的屋面面积达到70亿平方米,农村各类房屋面积的屋面面积达到170亿平方米。屋面面积非常大,这一块怎么推动绿色建筑方面发展,也是我们这个重要工作。

  绿色屋面除了保障建筑的遮风避雨基本功能以外,还是兼顾了建筑、节能、环保、生态,以致城市热岛和延长屋面的绿色功能。

  这一块可以看到,整个维护结构里面,对建筑耗能的影响。在多层建筑里面,在北京地区差不多屋面对节能的影响是7.5%,对于单层厂房、大型建筑,影响力就更高了,达到41%。其实可以看到,在建筑节能里面,几大方面,窗户、屋顶、墙体,屋面这一块也是重要的组成部分。

  在建筑绿色屋面里面,它的作用重要的就是环保生态,抑制城市热岛效应,我们城市规模发展,城市热岛效应越来越严重,这成为热岛效应最重要的。但是在城市当中,因为土地资源越来越稀少,这一方面从屋顶面积就是非常好的绿化的地方。这一块有效提高城市绿化率。

  热反射屋面可以将平屋面上的太阳辐射热反射到太空。

  屋面也是兼硃重最适宜安装太阳能光伏电池组件的建筑部位,而光伏建筑一体化屋面系统则是光伏建筑最重要的发展方式之一。

  在建筑屋面里面,安装光伏组建,也是重要的发展方向。

  其次,建筑屋面,绿色屋面可以延长屋面使用寿命。无论哪一种绿色建筑屋面系统,都采用必要的隔热传导措施,抑制了热老化和紫外线老化。

  下面介绍一下目前主流的节能屋面系统,刚才朱冬青理事长也介绍了,绿色屋面系统主要几个方面。

  种植屋面系统技术,就是以绿化植物所主要覆盖物,配以植物生存所需要的种植土层,以及种植层面所需要的耐根穿刺层,蓄排水层、防水层、保温层等所共同组成的整个屋面系统。除了绿色以外,还有屋顶,还有立体绿化,但是效率最好的,在整个建筑里面是屋顶绿化的效率是最高的,投入的成本和得到的效应是最高的。

  立体绿化,当然有非常好的视觉效果,但是和屋面绿化比起来,成本高的很多,但是这也是建筑绿化的一些方面,但是在这里面我们认为更重要的应当是屋顶绿化。

  屋顶绿化在我们的建设部的工程规范,种植屋面,工作技术里面,把屋顶绿化分成两大部分,一个是建筑屋顶计划,还有设施顶板计划两部分。一个是放在水的顶板上面,看上去和平常地面连成一起,但是也是一种种植屋面。

  种植绿化是一种生态建筑。绿化建筑包括屋顶露台,包括地下广场等等,都属于种植屋面的部分。

  这是种植屋面示意图,这一块的图是一个典型的构造部分,基本是由从上往下,是由我们的植物像乔木、灌木、草坪等等,这里面还有大型的树木,有一些支撑物,防止风阶,还有种植土层,下面还有过滤层,一般用无纺布防止泥土流失。过多的雨水能够排放掉,排水层有的时候起到一些蓄水作用,就是说能够把一些雨水能够截留,防止天下无雨的时候能够储存一些水分,实际上还有耐根穿刺防水层。因为种植屋面的根有穿刺作用。

  按照屋面工程规范是一级屋面,按照规定就要有两大防水层,从刚才的穿刺防水层,还有另外一层防水层,下面还有保温层,还有一些屋面的排水设施等等,除此之外,还需要一些屋面的灌溉,还有许多时候做一些景观灯,这样共同组成一个种植屋面系统。

  这一块大家可以看到,有没有种植屋面,下面这两个热辐射的对比效果图完全不一样。有绿色植物的地方温度偏低,没有绿色植物的地方,特别是裸露的地皮,像地砖,这部分反射的效果,吸热就非常厉害,所以可以看到他的颜色完全是不一样的。

  下面我们介绍一下种植屋面在城市节能减排的作用,种植屋面首先就是对建筑具有稳定良好的保温隔热作用,可以节省建筑能耗,建筑屋面本身就是非常好的隔热保温层。当然大家会问,种植屋面,是不是还要做保温,要根据工程计算,热度来定,南方地区有的时候不需要来做,但是在北方地区还要做保温层,因为热阻还不够,所以这一块大家可能根据实际情况来确定,但是他本身就具有了一个比较好的保温隔热作用,可以降低建筑能耗。

  通过大量的实验证明,绿色屋面,屋顶夏季的平均气温,可以比温度低两到四度,冬季的时候平均高1到3度。为什么冬季,因为是有蓄热作用,也可以把温度,提高屋面的温度,降低屋面取暖费用,所以是双向的,不仅仅是在夏季可以起到降温的作用。

  另外可以有效的缓解城市热岛效应,建筑屋面减少,是城市热岛效用的主要因素。在美国他们做过一个实验和评价,屋面的热反射效果和墙体比较起来,墙体同样面积,相当于屋面的1/5左右,最重要因素影响还是屋面,建筑顶板吸收了太阳能辐射,有5%反射到屋面里面,还有95%是大气辐射的,种植屋面可以有辐射热。

  除此以外,我们知道城市里面现在这些pm2.5影响很大,这方面种植屋面有非常好的效果,可以大大改善城市空气质量,花园式屋顶绿化,每年自成量是12.3克,平均自成量是8.5克,种植屋面也非常好,自成效果,可以大幅度改善我们PM2.5或者是PM10,另外可以有效的截留雨水。花园式的屋顶绿化可节约雨水的64.4不惜,简单式屋顶绿化可以截留雨水的21.5%,种植屋面可以截留雨水43.1%。

  对于建筑结构和防水的保护作用,有了屋面以后,没有阳光直接照射,降低了温度,减少了热老化和紫外线老化的过程,这样可以起到保护作用,可以大幅度延长屋面系统的使用寿命。裸露屋顶年温差是一8.2%,绿化屋顶最大温差是29.2%。在国外是这样定的,同样有构造,一个有种植,一个没有种植,相差可以一倍。打一个比方,普通的PPC,单层屋面系统,作为普通的外露屋面如果是20年,如果是种植屋面以后,可以达到40年甚至更长。种植屋面系统可以提高屋面系统的使用寿命,这一块就是刚才说的,你提高了屋面使用寿命了,减少了重新翻修的成本,降低了浪费,也是节约资源能源,减少垃圾的一个过程。

  在《绿色建筑评价(送审稿)》里面,对于公共绿地采用复层绿化、垂直绿化、屋顶绿化方式可以得3分,有一些问题,实际上屋顶绿化和墙体绿化还是有差异的,效果不一样。这一块还可以进一步地细分。

  除此之外,种植屋面还有针对雨水的排放,实际上是对于雨水排放,也是得到加分。种植屋面加分点是很多的。

  下面介绍就是热反射的屋面系统,热反射在美国也叫做冷屋面,就是可以降低屋面系统的温度或者是减少城市热岛效应。热反射最基本的原理,作为一个热的传递过程,实际上一个是屋体被阳光照射以后,对热基本上是有几个部分,一部分热是被他吸收了,一部分热是反射了,还有一部分热是被辐射了,热反射屋面,作用是把阳光直接反射出去,除此以外,可以把吸收的数量再辐射出去。所以这一块热反射屋面,就是平常一般说讲反射,但是实际上严格说来,是热反射和热辐射双重效果。

  在美国论证里面,用了另外一个指标,是ISI,包括了热反射和热辐射两大部分组成部分的。

  这一块就是热反射屋面系统,基本上常见的比较多的可能就是一个白射面,白射是常见的热反射屋面形式,并不是热反射屋面一定是白色的,热反射技术原理,一个是把阳光直接反射,还有一个热的辐射,所以其他一些彩色屋面,通过一些技术改进,实际上也是能够具有所谓热反射屋面效果。

  在50378绿色建筑评价标准里面,缓解成热岛效应,围护结构热工性能,尽可能多地使用可再利用建筑材料。

  在50378提到,关于城市热岛效应,平分规则如下:

  1,夏季典型日室外日平均热岛强度不高于1.5度,度4分。

  2,不便于按第1款评判时,若采取下列措施中的至少2项,得4分。

  这4分包含了热反射这一块。

  热反射这一块,一般有两种情况,一种是白色屋面系统,一般来说在我们下面也会介绍到,这里面有两大措施,一种是本身材料,就是热反射的,现在TPV,TPU都可以做成热反射作用。还有一些在现有屋面上面,我们加了一层热反射材料上面,做法最多的就是热反射的涂料,加上涂料以后,可以大幅度提高热反射效果,这部分大部分是白色的。

  还有我们用瓦屋面,不可能是白色的,非常难看,瓦屋面也可以在屋面的材料里面加进去一些热反射材料,提高瓦屋面热反射效果。在LEED瓦屋面可以达到0.29,认为也是一种热反射系统,这里面大量加入一些红外的热辐射材料,加到屋面瓦里面去,这一块同样可以起到热反射效果。

  下面介绍通风结构的屋面系统。昨天下午在公共演示区就做了演示,就是关于红土瓦的屋面系统。传统瓦屋面,实际上瓦材,在混凝土的屋面摆设上面,进而使屋顶的能耗增加,舒适度降低,在屋面系统里面做成一个通风层,还有一个热反射的建设构造,是通过瓦材屋面之间,形成一个空间的间层,加入一些热反射的电成,减少一些瓦材这些热传导。

  我们知道热空间的比重比较小,冷空气比较大,在檐口和屋脊部分形成一个通道,使冷空气从檐口部分吸进去,然后加热,力度变小,自然往上升,通过屋脊排出去,形成这样一个自然排风。从而降低屋面板的温度,从而达到节能效果。

  该系统不仅在普通的坡屋面里增加了隔热反射垫层,可以达到很好的效果,屋面温度可以是2到4度,所以效果还是非常明显的。我们传统瓦屋面系统构造,上面就是混凝土和沙浆。

  对于通风的屋面系统,里面形成一个空间间层,里面加了一个隔热反射,隔热反射成了反射垫层,一般是现在常用都是铝箔的,有非常好的效果,一种是双面热反射,一种是单面的,双面的是用于北方地区的,单面一般适用于南方地区的。因为北方地区夏季需要降低屋面温度,冬季需要防止室内的采暖的辐射热被排放出去,所以做成双面的热反射。而在南方地区主要是考虑夏季的空调降温的效果,所以说单面的,把热直接反射就行了,不要让热传递到屋面里面去,所以实际上屋面多少选择热反射膜,也是两种形式,根据不同构造选择的。

  昨天演示部分,有一个通风檐口,下面是一个可以让空气流动进去的,为了防止鸟和老鼠等等这些虫类进去,有一个檐口把它作为一个阻挡作用,上面是一个脊瓦,下面从屋脊和通风口排出。这样实测以后,屋面温度不一样。

  通风瓦屋面的主要特点,第一,重量轻,隔热垫层重量轻,每平方米的重量只有0.5千米,这一块节能效果就可以,虽然很轻的材料,但是可以大幅度提高效果,因为和原有的瓦屋面比较起来更方便,因为是一个施工过程,所有的现场都是一个作业,所以节能效果非常明显。这一块就是一些另外一种形式,透气防水垫层的做法,把屋面的湿气,保温层的湿气排放掉,使保温层节能效果得到更好的保证。

  这就是一个通风的一个檐口部位,让他有一个进风道这种做法,在最上面这一块,就是一个檐口,这也是一个檐口部位,不同的通风做法,这是脊瓦部位排风的通道。这是热反射的屋面垫层,实际上在里面地方空气垫层起到一个节能的效果。

  在50378里面,在自然通风条件下,屋面,房间屋顶和隔热冷板,从50176的要求,或者屋顶和东西外墙加权平均传热系数及热惰性指标不低于国家、行业和地区的要求。

  下面介绍一下单层屋面系统,这两年来,在一些大型的公共建筑,还有工业场合等等,大量使用的屋面系统技术,所有的单层屋面,是一个英文简称,在中文里面现在称呼它叫做单层卷材屋面,这样跟我们的习惯更加相近,所以我们新编的建设部的功能规范,它的名称叫做单层卷材屋面建筑工程,是一个卷材等等单层使用,达到一个屋面防水效果,做成屋面系统,一般包含了保温层,屋面防水层等等,这些构造,还有一个屋面底板。这里面一些常规的做法。

  左边一个,实际上是一个,大家看到左边的是一个混凝土屋面的构造,这是一个混凝土屋面,是金属构造,这两个都是有保温层,防水层组成的,都是一种单层屋面系统,然后屋面系统大大的好处,就是防水和保温可以一体化施工,我们平常大家知道,平常做施工,一般性的屋面系统,先做完保温,上面做水泥保护层,再做防水材料,这样的工序特别长,时间特别长,效果不能得到保证,这是一体化施工来做的。所以这可以大幅度提高施工效率,施工成本,施工周期,还可以保证防水效果。现在很多建筑都是单层屋面系统。

  现在一些卷烟厂、造纸厂,还有一些医药厂,都要求必须做成单层屋面和强制性规定,平常的时候大型工业厂房,基本上金属屋面,有时候可以直接,本身具有防水效果,但是防水效果,又不能保证万无一失,所以某一些场合下面,为了保证这种防水效果,所以我们要做成单层卷层屋面系统,所以在这一块上面,就是我们目前来说,卷层屋面系统运用最多的一个部分。

  单层卷层屋面系统,用于民用屋面、工商业屋面和公共建筑、适应范围广,施工方便快速,造价省。

  作为绿色建筑技术之一,其涉及到GB50378《绿色建筑评价标准》的:围护结构热工性能,对结构体系进行优化涉及,达到节材效果,选用工厂化预制生产的建筑结构、配件、土建和装修工程一体化涉及,尽可能多地使用可再利用建筑材料,使用推荐的新材料等方面都有得分点。

  我国已经建立了基本的产品标准、试验办法、工程技术规范,便于大面积推广。

  单层屋面系统方面已经作为一个完善的系统进行推广。

  单层屋面的系统优势,屋面工程系统材料相容配套,易于设计施工。

  一体化施工方式,也是有加分的,传统屋面构造相比,减少了屋面构造层次,节约了资源,减少了成本,体现了节能减排,这一块是优化了屋面的构造层次,这里面本身造价和成本都要比我们的传统的屋面系统要低,功效要高。

  另外,施工线上没有可靠性和环保性能大幅度提高。因为是整个屋面构造系统都是由一家单位进行施工的,不会出现扯皮现象或者是保温把防水破坏了,是一家一家进行施工的,整个屋面系统的职责非常分明,大幅度提高屋面系统的可靠性。

  单层屋面技术里面,大家都知道,我们单层屋面使用的是金属屋面系统,这里面非常重要的,如果屋面系统涉及或者是材料施工不好,最终可能在大风情况下,这个卷材被揭掉,所有功能丧失,这一块也是非常重要,这一块也是在2011年8月和美国的FM进行合作,在苏州防水研究院,国家检测中心里面,我们建设了抗风揭实验室,我们模拟了一个小型实验系统,是3.7×4.7米的面积,按照实际构造做成一个面积进行试用。

  大家都知道,我们国家有建筑规范里面一个风荷载设计,但是施工的面积能不能满足设计要求,我不知道。这样提供一个验证,看看能不能满足当地风荷载的要求。

  关于太阳能屋面系统,现在有一个介绍,我们这一块在绿色建筑屋面里面有一个非常重要的构造,但是这一块我们传统的一些太阳能屋面做法,就是在下面这张图可以看到,在屋面上做成一个太阳能的光伏支架,这种形式当然也是太阳能屋面形式,但是我们认为不是一个非常好的形式,因为有几个原因。

  第一,要把这样的太阳能的电池板和组件放在屋面上面,需要有基础,对原有的屋面层,防水层形成一个破坏,另外重量特别重,另外还有抗风荷载等等这些东西,都和原有屋面系统都不一样,所以跟原有屋面系统比起来,要求苛刻得多。

  另外一种形式,直接铺设太阳能电池板,可以是我们的防水卷材一样,可以直接屋面进行铺设的,重量相对比较轻,跟原有的构造没有任何破坏,所以这种形式是我们认为太阳能或者是光伏屋面比较好的构造形式。

  屋面是一个太阳能光伏电池选择最佳的建设部位,太阳能部位是另外一个建筑,特别像城市里面,耗电量特别高,电站发电,从外面的电场输入,可以自发自用,大幅度降低输送电成本。

  这一块各个国家和政府给予补贴,我们国家也是一样,2009年财政部发出《太阳能光电建筑应用财政补贴资金管理暂行办法》。

  2012年,住建部、财政部联合发文《关于组织实施2012太阳能光电建筑应用示范通知》,对建材型等与建筑物高度紧密结合的光电一体化项目

  今年国家电网也提出《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》,给予符合条件的太阳能等提供并网条件。

  下面我们来看看太阳能屋面的关键技术,光伏建筑一体化。

  现在一种是安装型的,我们认为不是真正的光伏一体化的建筑,我们认为是安装BAPV形式,还有一种光伏建筑一体化,BIPU形式。这个柔性基板的薄弱太阳能光复电池组件可能是首选材料。

  薄弱电池做法有很多种,这是两种不同做法,一种是组电式的,还有和原有瓦材形成一体,做成光伏瓦。

  还有太阳能光伏的卷材,把太阳能电池板和防水卷材在一起,还有直接把光伏电池直接帖在防水卷材上面,或者直接放在金属屋面上面等等,都是光伏一体化的太阳能屋面形式。他采用的光伏电池板,基本上都是采用非金属的薄弱电池或者是同一加系的薄弱电池,用得最多就是不锈钢板,也比较柔软,施工的时候直接向我们铺设卷材一样,这是一种形式,目前还在发展的就是说,这种有机的太阳能薄弱电池,类似于像塑料片一样,是用塑料片作为基材的,可以很好的卷曲,安装非常方便,直接一帖就行了。看看绿色面积标准,这一块对于绿色建筑屋面部分,实际上体现了我们种植屋面,热反射屋面和通风屋面等等。

  国外实践证明,种植屋面对城市热岛效应,提高功效,提供生态环境的贡献是非常突出的,是历史化手段之一,无论在leed还是其他国家,这都是绿色建筑的组成部分。墙体和屋面比较起来,屋面面积更高,墙体不是被太阳直接辐射的,屋面是被太阳直接辐射的,效果更好,等分级是不一样的。

  对于缓解城市热岛效应,不同的屋面效果不一样,花园式种植也是有不同效果的,这一块还是综合进行考察。

  然后还有一块,对于住绿地方面,也提供了人均的居住面积。

  还有对于种植屋面,对于雨水的排放,我们认为也是有作用的,也可以得到加分的。还有雨水回收再利用,这一块也是可以得到一个加分的。

  在LEED里面,对于建筑的屋面里面,实际上也是有一些要求的,第一个热岛效应,要降低热岛效应是可以得到加分的,对于热反射提出,不同的热反射,SRI指数标准不一样,对于小坡屋面,因为美国屋面分法和我们不一样,分成了一个缓坡屋面和陡坡屋面,要求平屋面是SRI指数大于等于78%,坡屋面是大于等于29%,如果达到这个,这个可以达到LEED加分,有一个计算公式,有的时候是缓和型的,这种也给出一种计算方式,我们认为相对来说还是比较科学的,就是评分比较科学的。

  关于绿色建筑屋面系统介绍就是这些,下面我们还会有几位专家详细介绍具体不同的绿色建筑的屋面系统。

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