具有发展前途的节能型屋面——倒置式屋面

【摘要】传统的屋面工程施工是正铺式，倒置式屋面是将憎水性保温材料设置在防水层之上的屋面。介绍了倒置式屋面构造上、节能性、施工上的优越性以及对材料性能要求高、返修困难等特点对倒置屋面的结构设计要点进行了阐述，这无论从建筑节能或是改善屋面的防水功能都是非常有益的，并对其应用前景进行了展望。

【关键词】倒置式屋面、保温隔热、防水、节能构造设计、发展前景【Summary】The traditional roofing construction is a shop, upside-down roofing is hydrophobic insulation materials in the roof above the waterproof layer. Introduces the structural type of roof, energy conservation, the advantages and the construction of high performance requirements and repairing materials for the difficulty of characteristics of the main roof structure design is expounded, and the energy-saving building or improved from the roof waterproof function are very useful, and its application prospect.【Keywords】Upside-down roofing, thermal insulation, waterproof, energy-saving ,design of structure and development prospects一、前言现在在不断改进建筑外墙、门窗的保温性能同时，提高屋面的保温性能也是建筑节能的重要方面，可以肯定的说，倒置式屋面是比较完善的构造屋面，在将来的住宅中占有主导地位。目前虽然倒置式屋面是比较娴熟的一项技术，比广泛应用在各个领域，但仍有些地方需要改进。在这篇文章中我从倒置式屋面的发展及特点、应用时应注意的问题、节能构造设计、发展前景等几个发面对倒置式屋面进行全面的分析，对其有了更深入的了解。以下就是我的观点和看法。二、概念的提出一般在改进屋面结构的同时，将屋面防水与保温隔热同时考虑，是解决屋面保温措施常用的方法。屋面的防水保温质量直接影响建筑物的使用功能和寿命，但很长时间以来，屋面的保温材料和构造一直没有得到很好的解决，顶层房间冬冷夏热，不仅影响人们居生活的舒适程度，而且也不利于建筑节能[1]。另外，当保温层受潮之后，保温材料的隔热性能也随之下降，通常防水材料直接暴露在外，缺乏刚性保护，容易受到紫外辐射气候条件和外力冲击发生破裂。因此，选择好保温材料，设计好屋面构造，把屋面防水与保温隔热综台进行考虑，倒置式屋面的做法传统屋面的做法如何设计一种新的屋面施工方案以保证防水保温材料功能的最大发挥，是解决节能屋面的关键，成为了业界关注的焦点问题。如图1和图2所示，所谓倒置式屋面是相对于传统的正铺式屋面而言的，《屋面工程技术规范》GB50207-2002中规定：倒置屋面即是“憎水性保温材料设置在防水层上的屋面”[2]，防水 层采用卷材与涂料复合，并使保温层和保温层上的刚性保护层均具有防水能力。三、倒置式屋面的发展及特点倒置式屋面自1951年首次在美国试用，距今已有半个多世纪。从1966年开始倒置屋面以其良好的结构性能得到大面积推广应用，先后在德国英国和日本等国家的重要建筑物上得到应用，我国正式引进倒置屋面是在1974年，由长春构建公司首先采用沥青膨胀珍珠岩作为保温层进行施工成功，随后北京、江苏等地区得到大范围应用[3]。与传统正铺式屋面相比，倒置式屋面是将保温层设置在防水层之上的屋面，它与传统做法的屋面相比具有以下特性：可以大幅度降低防水层与屋面结构的热应力，避免防水层产生由温度变化引起的早期破坏，从而提高其使用年限；可以充分发挥保温隔热层的节能作用，改善房屋的使用功能等。构造上、节能性、施工上的优越性有以下几点： 第一、保温层对防水层的保护作用：经实测，当采用传统式屋面时，防水层表面夏冬季的温差值高达80℃左右，在这种高温与剧冷交替反复作用下，显然会影响防水层的使用寿命。而当采用倒置式屋面时，由于保温层的隔热作用，可使防水层的夏冬季温差保持15℃左右，对防水层的隔热保护作用十分显著。 第二、减少热应力的产生：在现代建筑中，屋盖绝大部分采用钢筋混凝土板，倒置式屋面对降低屋面结构砼热应力将产生良好的效果。由于砼板同时受柱子、墙壁等所约束，在受变化的室外气温、太阳辐射等影响时，砼板的温度发生很大变化，并使板热胀冷缩，板的伸缩将使得在以受约束部分为中心处产生热应力。当采用倒置式屋面时，由于受上层保温材料的作用，使得砼板表面温度变化很小，夏冬季受热温差值仅为8℃左右，这么小的温度变化，将降低屋面结构的热应力，从而减小了防水层由于受屋面热应力的破坏而产生的渗漏。第三、隔热节能性突出：由于材料本身良好的保温隔热性能，加之密实的防水层也会对隔热功能有贡献，使得室内热容量增大，蓄热量增加，提高了室内热环境质量，降低了空调和供暖设备的高能耗。另外采用倒置式屋面，可使实际水蒸气压力低于饱和水蒸气压力，因而可减少屋面结露和内部结露区域，从而减少了能耗[4]。第四、对混凝土板有一定的保护作用：砼板在不同的保温方式时，随着温度的变化，板的上下界面将产生不同的弯曲应力。通过计算，当采用倒置式屋面时，砼板内的弯 曲应力大大减小，避免了砼内部自身的损耗。因此从保护砼本体的观点出发，倒置屋面也是一种较好的实用技术。 第五、有利于保持屋顶房间的热稳定性：当采用倒置式屋面时，通过对屋面结构砼板底面处的温度与设定的室内温度作比较，则砼板底面处的温度无论在夏季还是冬季，温差值仅为2.0℃左右。即由于采用倒置式屋面，使室内热容量增大，蓄热量增加，从而使供暖负荷更为均匀，室温波动减小，提高了室内热环境质量，有利于保持夏冬季室温的相对稳定性 。 第六、减少屋面热桥现象的产生 ：在传统结构建筑中，热桥耗热量约占整体建筑耗热量的3％～5％，在节能建筑中约占20％。在屋面结构中，无论在哪个层面，只要水蒸汽压力大于饱和水蒸汽压力，可使屋面防水层起鼓或被破坏。当采用倒置式屋面时，由于保温层的作用，可使实际水蒸汽压力低于饱和水蒸汽压力，因而可减步屋面结露和内部结露区域，即热桥现象的产生，从而减少了能耗 。第七、施工方便，效益突出：倒置式屋面与传统屋面的工艺基本相似，但减少了屋面施工受天气的影响程度，即使是在雨季也不用等待数天，待下部各层彻底干燥后才能做防水层，从而使施工速度得到提高。虽然对保温材料要求提高了， 即使采用造价较高聚苯乙烯泡沫板，但在取消架空隔热板后，总造价二者差别不大。另外由于保温层良好的结构自防水也可降低防水材料的造价，采用倒置式屋面对防水层的有效保护，延长了使用寿命，也就减少了屋面防水层的维修，对保温层保温性能也有改善作用由此带来的整体，长期的经济效益仍然是显著的。同时，我们也应该相信，倒置式屋面在大面积使用过程中，将不断对工艺和材料进行优化，其建筑造价还会降低，如研制的大掺量粉煤灰防水隔热材料，其工程造价仅为聚苯乙烯泡沫板的2/3，施工工期较以前缩短1/5，目前该材料已在廊坊和北京地区得到应用。四、倒置式屋面应用时应注意的几个问题尽管倒置式屋面具有许多优点，但由于施工复杂对保温材料材质要求较高及工程造价高等，所以此屋面在解决保温隔热与防水技术问题的同时。还应解决以下几个问题 ： 第一、外饰面防水防潮比较困难。把保温材料层设置在防水层之上，则对保温层上的保护层材料应有一定的要求，这层材料应具有防水、防潮的功能，还应经得起太阳辐射和大气污染的考验。我国近几年研究以岩棉板和聚苯乙烯板做外保温材料，而用钢纤维砼做保护兼饰面层已取得了成功。另外，还有几种防水涂料也已问世，应用效果也较好。第二、应注意控制保温层的含水率。为了提高屋面的保温隔热性能，尽量采用含水率低或不吸水的高效保温材料( 如聚苯乙烯、聚乙烯和聚氨酯等泡沫塑料) ， 严禁湿法施工或雨天施工。否则引起保温层含水率过高，实际的保温效果很差，与设计要求相距甚远。 第三、保温与隔热时，保温层材料性能要求高：材料的保温性能与导热系数有关，导热系数越小其保温性能越好；材料的隔热性能与蓄热系数有关，蓄热系数越大其隔热性能越好。所以在选择保温层材料时，在注重材料保温的同时，还应兼顾到材料的隔热作用，冬季保温和夏季隔热是保温材料应具有的两个基本条件。保障倒置式屋面成功实施的根本在于保温材料的选择，由于传统的保温材料多为憎水性弱，松散状或多孔状。显然，在倒置屋面中应用传统保温材料不仅会因材料渗附水而降低其隔热保温性能，而且会加大设于其下防水层的压力从而使防水材料失效机率增大。因此，作为倒置式屋面的保温材料必须符合以下几个条件：1、材料导热系数小,蒸气渗透阻力大；2、材料内部无直通孔；3、材料本身抗反复冻融性强；4、材料应用基本不受温度限制 在条件下均可安全使用。第四、返修困难：屋面渗漏除因材料失效外，还有施工、设计等诸多影响因素，所以对屋面进行防水维修也成为经常性的事务，传统屋面虽然渗漏率高，但其渗漏点易找的特点大大加快了维修进度，而采用倒置屋面施工时，一旦出现屋面渗漏需要对其维修，就会因难于判断渗漏点的位置而无法精确修补。另外，对渗漏点的修补至少会造成局部保温层返工，严重的会使整个保温层报废，从而带来巨大的经济损失。因此，采用倒置屋面施工，防水材料的恰当选择设计精确和精细施工是缺一不可的。总之，屋面是房屋建筑工程中不可缺少的重要组成部分，通常它是由承重结构、保温隔热和防水技术三大部分组成，倒置式屋面在保证屋面承重结构的前提下，在考虑屋面防水技术的同时，把屋面的保温隔热技术放到首要位置上。这不仅对建筑结构的使用安全，而且对人们居住环境的舒适程度和建筑节能关系极大。大量工程实践说明，在同等结构、材料和施工水平条件下，保温隔热做得好的屋面，屋面结构所承受的温度应力小。防水层出现空鼓、裂缝及由此而引起的屋面渗漏现象也少。所以，

沥青麻筋是有选有上等的麻筋，浸泡在技术人员研发的一款具有防腐性，沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。麻筋具有质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染等特点。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，呈液态，表面呈黑色，可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。本产品主要用在伸缩缝、沉降缝等填缝材料。本产品施工非常方便，替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的，只需要采购后，取出来就可以使用。沥青麻筋主要起防水、防杂物进入沉降缝内的作用，在填塞过程中，应填塞密实、牢固，在材料选用上，要选用优质合格的材料，麻筋为新的未变质的麻筋。

无论从建筑节能或是改善屋面防水功能的观点看，都必须重视屋面的保温隔热技术。五、倒置式屋面的节能构造设计（1）构造设计通常倒置式屋面的构造是由结构层、基层砂浆找平层、防水层和保温层组成，如图3所示。对保温层的保护主要有两种形式 一是保温层自保护方式（如图a），这种保温材料一般有很好的抗压强度，可以承担较重的负荷，具有独立保护自身的能力；二是保温材料本身抗压强度低，需要依靠卵石或其它材料来起到保护作用（如图b）。（2）保温屋面保温的目的是依靠材料本身的热阻来切断室内外热量传导途径，从而达到保持屋顶房间的热环境稳定性，倒置式屋面保温材料应优先选用容重轻、憎水性强和导热系数小的材料，目前主要应用于保温层的常见保温材料有以下几种：沥青膨胀珍珠岩：长期以来在我国屋面保温层施工中获得广泛应用，但由于其吸水率偏高和寿命较短，将会影响其在以后建筑屋面上的应用。挤压聚苯乙烯：压聚苯乙烯是近年来研制的新型屋面保温材料，该材料内部为闭孔结构，具有极低的吸水率、耐久性强和强度高等特点，一出现就在世界范围内获得了广泛应用。水泥蛭石保温材料：该材料主要是以膨胀蛭石为骨料、水泥为胶凝材料，添加一定比例的水配制而成，抗压强度较低。目前也已在建筑屋面保温工程中大面积应用[5]。粉煤灰类保温材料：利用粉煤灰、泡沫塑料、水泥和其它外加剂研制成的保温隔热材料是近年利废节能的一个新方向，如作者研制的大掺量粉煤灰防水隔热材料，除具有良好的隔热性能外，还具有优异的结构自防水性能[6]。（3）防水防水层设计在倒置式屋面中具有重要的地位是显而易见的，防水层的失效将会直接导致保温层的虚设和重做，结合国内外倒置式屋面防水设计经验，防水材料建议选用高分子防水材料或利用防水涂料进行涂膜防水。对重要的建筑物应采用I级防水规格，进行三道复合防水或三布四涂施工，一般建筑物可选用较低档次防水材料进行一道或二道防水进行施工[7]。由于防水材料（含防水涂料和高分子防水材料）已商品化生产多年，无论在技术上还是工艺上均相当成熟，可直接采用传统正铺式屋面防水工程中选用的防水材料，在此就不再详细介绍了。六、倒置式屋面应用发展前景倒置式屋面防水延缓了防水层的热老化速度，减少了结构层温差变形对防水层的影响，延长了屋面使用寿命，且减少了施工工序、降低了成本。但是倒置式屋面在我国应用还不是很多，其瓶颈之一是现在保温材料尚不能完全适应倒置屋面的需求，而新材料的研制又显得较为缓慢；二是缺乏国际交流，对倒置式屋面了解不够完全。但可以预测，随着国际间建筑技术交流的不断增多和新型材料的不断涌现，只要精心设计，精心施工加强维护管理，倒置式屋面防水技术一定会不断成熟，在工业与民用建筑中得到推广应用。当然我们也应该清醒地认识到，尽管倒置式屋面在国外和我国的港澳台早已是相当成熟的技术。但要在我国大面积推广，仍有一些值得研究改进的地方，比如对屋面保温隔热材料强度及厚度的确定，一旦出现渗漏时的技术补救措施等。 另外各种不同类型、不同造型和不同风格的住宅建筑，其屋面也会有各自的特点， 如何处理这些区别和差别，有待于科研与设计人员在推广使用倒置式屋面的实践中不断地去改进和完善。参考文献[ I ]王建胜，等。《倒置式屋面在今后住宅建筑中的地位》——四川建筑科学研究，2001（3）：75~76[2]GB50207-2002。《屋面工程质量验收规范》——北京：中国建筑工业出版社，2002:12~15[3]李秋启，等。具有发展前途的节能型建筑屋面——倒置式屋面；房材与应用，1998（4）：42~43[4 ]Mosua S.Mohsen tec, Some prospects of energy savings in buildings,Energy Conversion and Managenment,200-1(42)：1307~1316[5]杨和礼，等。倒置式屋面的构造与施工；住宅科技，1998（1）31~32[6]牛福生，等。大掺量粉煤灰隔热防水材料在屋面工程中的应用；新型建筑材料，2003（2）：47~49[7 ]薛允连。建筑屋顶保温隔节能技术措；建筑技术开发，1997（10）：40~43