现代建筑屋顶对建筑节能的作用

2015-04-09贾月王维

四川水泥 2015年5期

关键词：太阳辐射屋顶热量

贾月王维

（辽宁科技大学建筑与艺术设计学院，辽宁鞍山 114051）

现代建筑屋顶对建筑节能的作用

贾月王维

（辽宁科技大学建筑与艺术设计学院，辽宁鞍山 114051）

中国是建筑业的发展大国，随着建筑面积的逐年增加，建筑能耗也逐年增加，建筑节能在建筑行业成为首要而且重大的问题。建筑围护结构（门，窗，墙，屋顶，阴影等）对建筑能耗的影响很大，本文从建筑围护结构、建筑屋顶的采光与通风、保温与隔热等以及屋顶对太阳能的收集利用方面进行粗略的探讨，为现代建筑屋顶的节能设计提供一些启示与帮助。

现代建筑屋顶建筑节能光电屋顶

建筑的围护结构的设计对建筑的耗能、室内空气的质量、用户活动的热舒适环境等都有很大的影响。对于建筑而言，屋顶还是最本质的部分。屋顶的功能有很多，可以通过屋顶的坡度、方向与方位、材料与颜色等和外部环境进行协调，使屋顶在夏季少吸热，冬季少损失热，降低建筑的能耗。

1屋顶的采光与通风

1.1 屋顶的自然采光

太阳光是安全的、洁净的可再生能源，建筑若充分利用白天的自然光进行采光可以非常有效的达到节能的目的。建筑充足良好的采光不仅可以给人们的生活提供舒适的环境，而且对的人心理积极向上的发展也起到很大的作用。屋顶，作为建筑五大立面之一，在采光方面有以下优点：一是因立面门窗的采光高度较低容易造成眩光，而从屋顶漫射进来的自然光就不会发生这种现象；二是当建筑屋顶的采光面积与立面门、窗的采光面积相同时，屋顶提供的照度是立面所提供的5-10倍；三是对于大进深建筑的中心功能区域或四周围合的中庭，当立面采光无法满足要求时，可以利用屋顶采光来弥补其不足。

屋顶采光的方式有：矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗。现代的新技术还有采光顶。

1.2 屋顶的自然通风

建筑通风是指将新鲜的空气导入人们活动的空间，以提供呼吸的新鲜空气，调节室内的湿度，减少室内的污染物等。通风屋顶还可以阻隔热量进入室内，利用屋顶设置的空气夹层的外层抵挡太阳辐射，热量经过两次传递到达内表面，减少传入室内的热量，同时利用风压与热压形成的自然通风带走夹层中的热量，降低室外热环境对建筑室内热环境的影响。

2屋顶隔热与冷却

在夏季，屋顶的太阳辐射很强烈。热通过辐射、对流和传导的形式进行传导，所谓隔热就是阻止由辐射对流和传导产生的传递[1]。从这个意义上讲，降低屋顶外表面的太阳辐射吸收率和减少辐射率，也属于隔热。

空气对流：屋面散热量的大小与其表面对流强度有直接的关系，材料的光滑和凸凹程度的大小也会影响屋面的冷却效果。

太阳能辐射：物体表面散热量的大小与其表面温度的4次方成正比，与物体表面的辐射率也有较大的关系[2]。对于长波长来说，与表面颜色无关，粗糙面的辐射率大，接近于1，二铝箔那样的光滑面则很小。对于太阳辐射（短波长）来说，白色的无光泽涂料容易反射太阳辐射，但是长波长则完全吸收。所以如何增加对太阳辐射的反射、减少对太阳辐射的吸收，对建筑节能也有影响。

蒸发潜热：水从液态变成气态的水蒸气时，吸收四周的热量达到散热的目的。在不改变屋顶结构的前提下，可以利用屋顶洒水、屋顶蓄水以及在屋顶种植绿色植被来降低屋顶表面的温度，进而改善室内环境温度。屋顶洒水是在太阳光照射最为强烈的时候对屋顶进行洒水可以达到降低温度的效果，而且这种间歇式的降温方式是比较快速、有效的。流水的屋面颜色宜为白色，既能反射阳光，又不妨碍辐射冷却。屋顶蓄水是指在建筑屋顶设置水箱或水池。这样的设施可以收集雨水也可以人工蓄水，利用水（水的比热容比较大）蒸发吸收热量可以降低环境的温度，达到降温的效果。水在白天吸收太阳辐射热，夜晚是放出白天吸收的热量，调节周围热环境，提供舒适的生活温度和湿度。屋顶绿化是在建筑物顶部及其他一些特殊空间，设置具有观赏性的绿色景观节点。利用植物本身的蒸腾作用和土壤中水分蒸发带走热量，降低环境温度，使室内变得凉爽。在屋顶上种植绿色植被不仅可以增加建筑本身的美观性，而且树叶也可以遮挡太阳辐射。

屋顶的材料采用保水性高的材料也可以达到调节环境温度的目的。

试验主要研究增压柴油机TBD234V12的外部高压EGR系统，由原机的试验数据可知，当柴油机在高工况运行时，进气压力明显高于排气压力，此时实现EGR废气回流困难，因此,选择在增压器出口后串接文丘里管，可有效减小对柴油机和涡轮增压器的运行影响。

3屋顶集热与保温

3.1 屋顶的坡度与集热

到达屋顶的太阳辐射量与太阳入射角、屋顶坡度都有极大的关系。所以，屋面在采用集热管集热时，必须注意集热管的安装角度。朝南时受热量会很大，然而在东西两面也能够有相当量的受热，所以东西两面也有利用的价值。当受热面朝东或朝西是需要调整其角度。最简单的集热的方法就是将屋顶朝南面的表面用深色的材料，由此来吸收部分热量。还可在屋顶安装太阳能集热管、太阳能集热板等。用朝南的大开口部位的直接获热得到的热，得到了有效的利用，而且通过设置附属温室还可以减少开口部位的热损失，通过直接获得热的方式进行蓄热。

3.2 屋顶的保温

保温有两种方式：一是在提供集中供暖的前提下，改善屋顶结构形式，减少屋顶、墙体等热量的损失来达到保温要求；二是通过在建筑空间中添加供热设备使室内温度达到舒适的要求。保温不只是通过隔热来实现，也不是只依靠供热来保持温度，而要这两种方式相互结合、补充才能保持舒适的热环境。

减少建筑屋顶热量损失最主要的方法是增加屋顶的总传热系数。

4太阳能的收集利用

建筑屋顶作为建筑五大立面中获得的太阳能最多的立面，更需要得到充分的利用。例如，现代建筑中的屋顶上安置太阳能集热器或太阳能板来吸收太阳能，为居民日常生活提供热水等。因为该系统结构比较简单，安装方便，经济性比较高，所以在我国得到了广泛的应用。随着现代科学技术的飞速发展，新型技术也越来越多地呈现于人们的眼前，其中光电屋顶是太阳能光伏建筑一体化技术中的一种。

光电屋顶的应用是十分广阔的。光电屋顶是是光电原理和传统的墙体屋顶组合的新型建筑屋顶。这种屋顶一般采用的电学结构是单路自然能--单蓄电池结构。

在科技飞速发展的年代，国内建筑总能耗占据了全社会总能耗的很大一部分，热水、冬季的采暖、夏季的降温等建筑能耗约占建筑能耗的65%。降低建筑总能耗的方式中最为简单、有效的当是充分利用太阳能。因此，全面实现光伏建筑一体化这种新技术是解决建筑能源消耗大的有效的措施之一。