廈門地區(qū)公共建筑屋面對建筑耗能耗的影響及模擬分析

黃海波

摘要：公共建筑較其他類型建筑有其特有的特點(diǎn)，屋面面積占整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比例較大，并且單體功能空間體積較大，屋面的保溫隔熱性能對建筑能耗的影響較其他類型建筑更為顯著。本文采用PBECA2012節(jié)能設(shè)計(jì)軟件模擬一個(gè)博物館不同類型節(jié)能屋面的降能效果，以期望對公共建筑屋面節(jié)能設(shè)計(jì)有所啟示。模擬分析可知在廈門地區(qū)，較保溫坡屋面與保溫平屋面，采用種植屋面和蓄水屋面的節(jié)能效果最佳；較采用同樣厚度保溫層的同類屋面，Pu板、SPF保溫材料的降能能力最強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：屋面；建筑能耗；節(jié)能；PBECA2012

中圖分類號：TU111.195文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-121-04

引言

廈門市屬夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)，夏季以濕熱天氣為主。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑得失熱的主要途徑，屋面是接受太陽輻射最為直接的受光面，屋面的傳熱系數(shù)直接影響頂層功能空間的熱舒適性與空調(diào)能耗，屋面的傳熱系數(shù)通常大于外墻的，因此屋面的保溫隔熱性能優(yōu)劣也直接作用于建筑能耗的高低，再加以不同屋面構(gòu)造的運(yùn)用與實(shí)踐，特別以種植屋面、蓄水屋面、坡屋面、保溫平屋面的發(fā)展，屋面不僅有效發(fā)揮著建筑美學(xué)表達(dá)，也承擔(dān)著的更具價(jià)值的社會(huì)意義，一方面，以種植屋面和蓄水屋面來增加城市綠地面積，有效緩解城市熱島效應(yīng)，并且此類屋面擁有良好的隔熱降溫效果。在高層居住建筑或者辦公建筑當(dāng)中，由于屋面面積占整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比例較小，從而屋面這一圍護(hù)結(jié)構(gòu)對整體建筑的能耗影響敏感系數(shù)較低；對于商業(yè)建筑，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能不是節(jié)能設(shè)計(jì)的通用做法，有時(shí)更是適得其反，而建筑遮陽和通風(fēng)顯得更為重要；但是對于公共建筑，尤其以圖書館、體育館、博物館此類建筑，屋面面積占整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比例較大，并且單體功能空間體積較大，屋面的保溫隔熱性能對建筑能耗的影響則更為顯著。

1.模擬概況

1.1模擬項(xiàng)目簡介

廈門海峽兩岸中醫(yī)藥博物館交流館史展館（圖1）位于廈門市海滄區(qū)，其中兩岸中醫(yī)藥交流館的建筑面積為14437.882m²，藥史展館的建筑面積為2554.646m²，兩岸中醫(yī)藥交流館三層、藥史展館二層，兩岸中醫(yī)藥交流館一、二、三層均為陳列廳，藥史展館一、二層均為陳列廳。建筑物耐火等級為一級，主體結(jié)構(gòu)合理使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度。建筑高度14.25m，建筑朝向南偏東33度，體型系數(shù)0.19。節(jié)能計(jì)算總建筑面積16348.48 m²。

1.2模擬軟件簡介

模擬軟件采用PKPM節(jié)能PBECA2012，PBECA2012涵蓋一個(gè)建筑節(jié)能周期的全過程，實(shí)現(xiàn)建筑一體化設(shè)計(jì)，是容錯(cuò)性、易用性、穩(wěn)定性、正確性和靈活方便性有顯著提升的全新版本，提供了方便的數(shù)據(jù)輸入方式并且能夠準(zhǔn)確地反映建筑各圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性，軟件以DOE作為引擎能夠模擬的系統(tǒng)形式均是預(yù)先設(shè)定的。

1.3模型建立與參數(shù)設(shè)置

根據(jù)完整的建筑施工圖紙?jiān)赑BECA2012軟件平臺搭建模型，得出建筑計(jì)算模型（圖2、圖3）。

除了屋面，其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置為：（1）外墻類型（由外至內(nèi)）：水泥砂漿（20.0mm）+蒸壓加氣混凝土砌塊（200.0mm）+石灰水泥砂漿（20.0mm），外墻熱阻1.14（m²·k）/W，外墻傳熱系數(shù)0.88 W/（m².K），太陽輻射吸收系數(shù)0.75：（2）底部自然通風(fēng)的架空樓板類型：水泥砂漿（20.Omm）+鋼筋混凝土（100.Omm）+石灰水泥砂漿（20.0mm），架空樓板熱阻0.25（m2.K/W），架空樓板傳熱系數(shù)3.97 W/（m².K）；（3）地面類型：水泥砂漿（20.Omm）+細(xì)石混凝土（內(nèi)配筋）（60.Omm）+鋼筋混凝土（200.0mm）+夯實(shí)粘土1（1000.0mm），地面熱阻1.03（m².K/W）；（4）外窗類型：鋁合金普通中空玻璃窗（5+6A+5），傳熱系數(shù)4.43（m²·k）/W，玻璃遮陽系數(shù)0.12，氣密性為8級，可見光透射比0.78。

2.不同屋面對建筑能耗的影響

選用幾種常見屋面節(jié)能工程做法，模擬分析其對建筑能耗的影響。

2.1平屋面

選用幾種常用平屋面構(gòu)造做法如表1。

由圖4一圖6可知，當(dāng)采用統(tǒng)一厚度為40mm的保溫層平屋面時(shí)，節(jié)能效果最好的是PU板、SPF平屋面，最次的是泡沫混凝土平屋面。采用泡沫混凝土平屋面，建筑能耗值達(dá)到最高值3402601kWh，單位面積能耗也達(dá)到最高值208.13 KWh/m²，而節(jié)能率為最小值51.82%，采用PU板、SPF平屋面，建筑能耗值達(dá)到最低值3304617kWh，單位面積能耗也達(dá)到最低值202.14KWh/m²，而節(jié)能率為最大值53.2%；二者能耗相差97984kWh。

2.2種植屋面

選用幾種常用種植屋面構(gòu)造做法如表2。

由圖7-圖9可知，同一種構(gòu)造的種植屋面，種植基質(zhì)厚度較薄，節(jié)能效果更加；采用種植屋面（二），建筑能耗值達(dá)到最高值3314229 kwh，單位面積能耗也達(dá)到最高值202.72KWh/m²，而節(jié)能率為最小值53.07%；采用種植屋面（一），建筑能耗值達(dá)到最低值3296319 kWh，單位面積能耗也達(dá)到最低值201.63KWh/m²，而節(jié)能率為最大值53.32%；二者能耗相差17910kWh。

2.3蓄水屋面

選用幾種蓄水屋面構(gòu)造做法如表3。

由圖10-圖12可知，當(dāng)采用保溫層厚度為40mm的保溫蓄水屋面時(shí)，節(jié)能效果最好的是PU板、SPF蓄水屋面，最次的是憎水膨脹珍珠巖蓄水屋面。采用憎水膨脹珍珠巖蓄水屋面，建筑能耗值達(dá)到最高值3339873kWh，單位面積能耗也達(dá)到最高值204.29KWh/m²，而節(jié)能率為最小值52.71%%：采用PU板、SPF蓄水屋面，建筑能耗值達(dá)到最低值3293255kWh，單位面積能耗也達(dá)到最低值201.44KWh/m²，而節(jié)能率為最大值53.37%；二者能耗相差46618kWh。

2.4坡屋面

選用幾種坡屋面構(gòu)造做法如表4。

由圖13-圖15可知，當(dāng)采用統(tǒng)一厚度為40mm的保溫層坡屋面時(shí)，節(jié)能效果最好的是PU板、SPF坡屋面，最次的是泡沫混凝土坡屋面。采用泡沫混凝土坡屋面，建筑能耗值達(dá)到最高值3471952kWh，單位面積能耗也達(dá)到最高值212.37KWh/m2，而節(jié)能率為最小值51.06%；采用PU板、SPF坡屋面，建筑能耗值達(dá)到最低值3330128kWh，單位面積能耗也達(dá)到最低值203.7KWh/m²，而節(jié)能率為最大值53.06%；二者能耗相差141824kWh。

3.綜合對比分析

截取以上各類型屋面節(jié)能效果最好與最次的兩種作綜合對比分析如圖16-圖17。

從圖16-圖17分析可得，種植屋面和蓄水屋面節(jié)能效果較佳，其中采用PU板、SPF蓄水屋面所形成單位面積能耗最低，較同類無蓄水或無種植平屋面有一定的降能優(yōu)勢；不同保溫材料在坡屋頂當(dāng)中運(yùn)用所引起建筑能耗浮動(dòng)最大，在種植屋面當(dāng)中浮動(dòng)最小。

4.結(jié)論

對于公共建筑，屋面面積占整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比例較大，并且單體功能空間體積較大，屋面的保溫隔熱性能對建筑能耗的影響較其他類型建筑更為顯著。通過模擬分析可知：（1）當(dāng)采用統(tǒng)一厚度的保溫層運(yùn)用屋面，不同保溫材料在坡屋頂當(dāng)中運(yùn)用所引起公共建筑能耗浮動(dòng)最大，在種植屋面當(dāng)中浮動(dòng)最?。唬?）在廈門地區(qū)，較保溫坡屋面與保溫平屋面，采用種植屋面和蓄水屋面的節(jié)能效果最佳；（3）較采用同樣厚度保溫層的同類屋面，PU板、SPF保溫材料的降能能力最強(qiáng)。