零能耗建筑屋面.docx
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零能耗建筑屋面
零能耗建筑屋面
“零能耗”建筑屋顶设计
蒋宗和
（深圳市清华苑建筑设计有限公司,广东深圳518052）
摘要:
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。
在大量的建筑中,屋顶是建筑物外围护结构表
面所占面积较小的部分,但其所造成的室内外温差传热耗热量却大于任何一面外墙,其表面积建筑能耗也高居整幢建筑物表
面积建筑能耗比值的榜首。
同时,建筑屋顶覆盖大量绿地,成为影响城市生态以及产生“热岛效应”的重要因素。
如何在建筑
设
计中寻找出解决上述问题的切实可行的方法,结合实际工程“武汉汤逊湖1号”的建筑设计体会,探讨“零能耗”建筑屋顶
设计
的可行性。
关键词:
零能耗，节能屋顶，生态设计
中图分类号:
TU201.5文献标志码:
A文章编号:
1673-7237（2008）10-0017-04
DesignofBuildingRoofsofZeroEnergyConsumption
JIANGZong-he
（ShenzhenTsinghuaYuanArchitecturalDesignCo.,Ltd.,Shenzhen518052,Guangdong,China）Abstract:
BuildingenergyconsumptionhaslargerproportioninthetotalenergyconsumptionoftheChina'ssocialgoods.Withthedevelopment
ofurbanization,buildingenergyconsumptionhavegraduallybeenover30percentofthetotalenergyconsumption.Obviously,energyefficiencyofbuildingshasbecomeanimpendentproblemofenhancingenergy-efficiencyofutilizationinChina.Inalargenumberof
buildings,buildingroofstakeupsmallerareasoftheouterbuildingenvelopesurface,butheattransferconsumptioncausedbytemperature
differencebetweentheindoorandtheoutdoorisgreaterthanthatofanyexteriorwall.Itssurfacebuildingenergyconsumptionisthehighest
inthetotalsurfacebuildingenergyconsumption.Meanwhile,urbanbuildingroofscoveredlotsofgreenlandswhichbecomesimportantfactors
toinfluenceurbanecologyandcauseheatislandeffect.Howtofindfeasiblemethodstosolvetheaboveproblems,thedesignexperienceof"
WuhanTangxunhuNo.1"projectweresummarized,andthefeasibilityofbuildingroofsofzeroenergyconsumptionwasdiscussed.
Keywords:
zeroenergyconsumption;energyefficiencyroofs;eco-design
0引言
面对全球能源与环境问题，不少全新的设计理念应运而生。
例如在建筑设计领域，就有低能耗建筑、零能
耗建筑和绿色建筑等设计与实践。
然而，因专业的局限性，多数设计师不能从整体综合节能设计概念出发，
没有采取与环境专家、设备工程师和结构工程师紧密配合设计的协作方式，故其能真正产生节能效果的建
筑设计还差强人意。
“武汉汤逊湖1号”项目，位于华中地区武汉市汤逊湖畔。
其地区所属湿热性气候，全
年气温变化幅度大，干湿交变频繁。
在武汉市区年绝对最高与最低温差近50?
，有时日温差接近20?
，
夏季日照时间长，
而且太阳辐射强度大，通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60?
以上，同时建筑顶层室内温度比其下
层室内温度平均还高出2~4?
。
“武汉汤逊湖1号”项目（图1:
“武汉汤逊湖1号”建筑设计），又属于同类
产品在当地市场的超前性高端产品。
故此，项目的节能设计特别是屋顶的节能设计，成为本项目设计创新
1
的重要课题。
本项目设计师与环境专家、设备工程师和结构工程师紧密配合，采取合理的外部环境设计、合理的建筑形体设计以及合理的建筑构造设计，达到了建筑综合节能和提高能源使用效益预期效果。
特别值得提出的是其建筑屋顶的综合节能设计，正迈向真正“零能耗”屋顶设计的目标，受到一致好评。
建筑屋顶绿化最关键的技术要求是轻质排水性、保水耐风性、人工土壤的生态性以及经营管理的便利性。
“武汉汤逊湖1号”项目工程设计中，除采用倒置式综合节能屋顶构造外，在室内有卧房的屋顶上均设计了屋顶绿化种植区，其面积约建筑屋顶面积的50%。
另外，建筑构造设计也从过往的经验中进行提升，一方面采用较为新型的屋面材料，如GT-DP-M28型轻
质薄层架空排水板;另一方面建议使用便于植物生成和后期管理的1:
2泥炭种植土，同时，在建筑防水、屋面排水、排水组织等方面强化设计（图3:
综合节能屋顶檐口示意图）。
根据设计数据显示:
当平屋面找坡层平均厚为100mm，再加上种植覆土厚度为80mm的屋面，其传热系数K<1.5W/（m2?
K），若种植覆土厚度,200mm时，其传热系数K<1.0W/（m2?
K）。
本项目结合建筑立面设计和屋顶构造设计，种植覆土厚度设计取值为300~500mm，最终计算时所得的K值为0.404W/（m2?
K）（见表1），远远低于K?
1W/（m2?
K）的标准。
既有显著的保温隔热效果，又将可再生资源的利用结合到建筑中去，使建筑本身也成为生态载体。
参考文献:
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23.
屋顶绿化
作者:
深圳嘉德环境科技开发有限公司
大规模的城市化进程，城市规模不断扩大和城市人口不断增加，建筑物越来越高，密度越来越大，形成大量高密度的“钢筋水泥的森林”，而起着调节城市生态环境的绿化和水面则不断被蚕食，结果导致城市生态环境的恶化，出现了“热岛效应”、“温室效应”、大气环境和水环境被严重污染等诸多环境问题。
被称为建筑的第五立面的屋顶，却仍然是都市中的尚待开垦的“处女地”，处于一种被忽略、被遗忘的地位。
一方面是城市绿化面积和水面面积被越来越多的高密度建筑物逐步蚕食，另一方面大量的屋顶却仍然素面朝天，未被有效利用，这就是目前在城市建设上存在的一对矛盾。
而被众多生态环境专家、城市规划专家，建筑设计专家所推崇的“屋顶绿化”则是一种既能兼顾到城市经济建设发展的需要，同时又能很好地解决城市生态环境问题的双赢甚至多赢的解决方案。
目前，国内几个主要大中城市已经开始意识到城市生态环境建设的紧迫性，从政府的层面到市民的层面已经开始关注屋顶绿化的发展，如上海、北京、广州、深圳、杭州、武汉、厦门等地政府都在研究屋顶绿化的建设和普及推广工作。
广州市在2002年9月，由市建委、绿化委员会、市政园林局等单位出台了关于屋顶绿化发展的政策，要求今后所有的新建建筑都必须进行屋顶的绿化美化，而且屋顶绿化与主体建筑的设计、施工、验收同时进行，这使得广州成为国内各城市中第一个推出屋顶绿化强制性政策的城市。
据了解，广州市的屋顶绿化工作目前处于试验阶段，通过部分试点工作，进行总结提高，最终形成规范性的
2
屋顶绿化标准，然后在广州市大规模推广。
上海绿化管理部门准备在今年修改有关绿化管理条例，将屋顶绿化纳入管理条例的条款之中，通过强制立法大力推广屋顶绿化;深圳市的有关部门也在酝酿类似的屋顶绿化政策。
相信今后会有更多的城市陆续开展屋顶绿化的发展和普及推广工作。
屋顶绿化的特殊性:
屋顶绿化不同于地面上的一般绿化，其特殊性可以归结为以下5点:
1）屋顶绿化需要考虑建筑物的承重能力:
在建筑物上种植植物，种植层的重量必须在建筑物的可容许荷载以内，否则的话，建筑物可能出现裂纹并引起屋顶漏水，严重的还可能会造成坍塌事故。
2）屋顶绿化需要考虑快速排水:
建筑结构层为非渗透层，雨水和绿化洒水必须尽快排出，如果屋面长期积水，轻则会造成植物烂根枯萎，重则可能会导致屋顶漏水。
3）屋顶绿化需要保护建筑屋面和防水层:
植物根系具有很强的穿透能力，如果不设法阻止植物根系破坏建筑屋面和防水层，就可能会造成防水层受损而影响其使用寿命，还可能造成屋顶漏水。
4）屋顶绿化需要考虑项目完成后的日常维护保养:
屋顶绿化不同于地面绿化，可能建在数层高楼房的屋顶，所以必须考虑后期的维护保养的问题，如定期浇水、修剪、除虫和施肥等，例如较高楼层的屋顶绿化面积较大时，建议采用自动喷洒装置或自动地中滴灌装置;考虑到城市缺水的问题，还可以将屋顶绿化浇水系统与建筑物的中水系统或者雨水收集处理系统相连，用中水或者收集的雨水作为绿化浇灌用水，可以起到节约优质饮用水的作用。
5）屋顶的种植环境比较恶劣:
由于屋顶上日晒、风吹、水分过快蒸发、干旱等种植环境不同于地面，所以选择植物品种时需要选择喜日照、抗风性强、耐旱等耐候性强的植物品种。
屋顶薄层绿化方法:
由屋面开始，分别是防根系穿透层（简称防根层或隔根层）、架空排水板、过滤层、轻质人工培养土层和表面覆盖层。
屋顶薄层绿化技术体系充分考虑了屋顶绿化的特点，一方面大大减轻绿化种植层的重量和厚度，另一方面又很好地解决了绿化层排水、基质层的保水保肥、植物根系的呼吸和生长、屋顶防水层和屋面层保护等诸多困扰屋顶绿化发展的问题，是代表屋顶绿化未来发展方向的综合性技术解决方案。
该项技术是我们追踪国际上屋顶绿化的最新技术潮流研究开发的、具有自主知识产权的屋顶绿化新技术。
屋顶薄层绿化技术
1（种植层薄层化轻量化技术
为了设法降低屋顶绿化种植层的重量和厚度，我们从两方面进行了技术开发:
1）开发屋顶绿化专用人工轻质培养土（GT-I型）
分析了大量天然质料的特性，从中筛选出数种以最佳比例、经现代科学方法配制完成，富含植物生长所需的有机质和各种微量元素，不含任何普通土壤和牲畜粪便成分，是一种新型的、优质的无土栽培基质。
经广东省农业科学院土壤肥料研究所检测，其干容重不到普通土壤（对比土样）的四分之一（24%），湿容重也不到普通土壤（对比土样）的一半（43%），是一种优良的轻质培养土;经检测其持水量和阳离子代换量分别为57.31%和7.16cmol/kg，是普通土壤（对比土样）的3.2倍（18.14%）和2.1倍（3.34cmol/kg），所以是一种保水能力和保肥能力极好的无土栽培基质。
GT-I型人工培养土中无机质天然质料占到70%以上（体积比），不会像以有机质为主的无土栽培基质随着有机质的分解和吸收，种植层出现逐渐变薄导致根系裸露的现象，根系裸露会影响到花卉植物的生长。
其质地疏松、不宜板结、具有优良的排水和透气性能。
可以作为屋顶绿化种植层基质使用，也可以作为土壤改良剂与当地普通土壤配合使用（如2:
1或1:
1的比例配比），这样一方面大大改善普通土壤的保水保肥能力，防止土壤板结，增强其排水和透气特性，还可以节约材料成本。
人工培养土由纯天然质料构成，不含任何化学合成成分，是一种对环境友好的轻质培养基质，可以长久地多次使用，屋顶花园使用完了还可以作为大田的土壤改良剂继续使用，不会污染环境及造成浪费。
需要注意的是，由于轻质人工培养土质轻，干燥状态下易于被风吹散，草坪等地被植物的根系可以保护其免被风吹起，灌木和树木根部地表有裸露时，可以覆盖2,3cm厚的GT-CL型表层覆盖材料（一种经过特殊处理过的松树皮颗粒，其粒径为5,15mm），也可以直接覆盖2,3cm厚的普通土壤。
起到防止培养土颗粒被
3
风吹起和表层美化的作用，同时还可以维持地表湿度，防止种植层内水份过
快蒸发。
2）应用取代陶粒（或碎石）排水层的轻质薄层排水板
我们自主开发的轻质薄层架空排水板GT-DP-M28，已经获国家专利局颁发专利证书。
其结构采用蜂巢状的设计，在保证最大限度的架空排水空间（约25升/m2）、实现高效快速排水的同时，拥有超强的耐踏压强度（经过测试，常温下其耐压强度约为150吨/平方米）。
每个单体尺寸较小（290x330mm），方便运输;单体采用可相互组合连接的结构，在施工现场按照场地形状和尺寸可以简单快捷地连接成一体化的架空排水层，以防止可能出现的移位。
其厚度仅28mm，每平方米重量仅为约3kg，实现了排水层的薄层化和轻量化。
如果采用100,150mm的陶粒排水层，仅排水层自身的润湿重量就达80,120公斤/平方米。
（见图3）架空排水板将湿润的绿化种植层与屋面隔开来，在种植层之下形成一空气薄层，该空气薄层均匀地分布于整个种植层培养基质的下方，一方面可以避免屋面长期出于过湿的状态，另一方面还可以有效促进花卉植物根系的呼吸，有利于植物的生长。
架空排水板可以根据需要很容易地切割以适应场地形状的要求，具有良好的施工便利性;同时排水板既可以水平设置，也可以倾斜或竖向设置，可满足各种不同施工场地的需求。
材质为轻质塑料，使用完了废弃的排水板还可作为废旧塑料回收再利用，不会对环境造成污染。
2（屋顶绿化的排水
屋顶绿化的排水是一个很重要的问题，必须予以足够的重视。
我们在处理排水时，在整个种植层下部设有架空排水板层，保证经种植层渗透的雨水或绿化洒水可以快速地进入排水板架空层，随屋面的排水坡流向屋面集水口，排入排水立管。
集水口的处理有两种做法（见图4），左边为推荐的集水口处理方法，其特点是屋顶绿化采用独立于建筑物女儿墙的花坛式布局，在女儿墙与花坛档墙之间预留检修通道，可以定期检查和清理集水口，以防止被树叶、垃圾等异物堵塞。
每个花坛应至少设置两处排水口。
如果不能采用独立的花坛式种植，屋顶绿化需要将屋顶集水口置于种植区内时，建议集水口检查井的方法，检查井的盖板可以打开，以便定期检查和清理集水口，防止被树叶及垃圾等异物堵塞，保证排水顺畅。
3（建筑屋面和防水层的保护
我们知道植物根系具有很强的穿透能力，所以屋顶绿化必须要设法保护建筑屋面和防水层。
一旦造成防水层破坏引起屋顶漏水，就会给顶层用户的工作或生活造成很大困扰，而且维修工程非常繁杂，因为屋顶有漏水痕迹的地方，未必就是防水层破损的地方，所以需要将屋顶绿化全部拆除，寻找防水层破损位置进行修补或者重新作防水层。
由此看来，屋顶绿化在技术上必须考虑保护建筑屋面和防水层。
我们在建筑屋面之上、架空排水板之下设有一层防根层，以防止根系损伤屋面和防水层。
目前国外最新的屋顶绿化技术是采用优质高性能的防根层，将绿化种植层直接设在建筑防水层之上，省去了屋面的保温层和混凝土保护面层，这样可以节省约80,140公斤/平方米屋面荷载，从而增加了绿化种植层的可容许重量，可以实现变化丰富的植物配植，建造美丽的“屋顶花园”。
如果在建筑防水层之上直接作屋顶绿化，防水层必须采用安全性高、使用寿命长的防水层，并建议在建筑防水层之上铺设两层防根层，以提供足够的安全保护。
4（屋顶薄层绿化方法与传统屋顶绿化方法的比较
我们将屋顶薄层绿化方法与传统的屋顶绿化方法进行了比较。
比较结果可以看出由于采用保水性保肥性能优良的轻质人工培养土，种植基质层的厚度可以减少一半以上;由于人工培养土的湿容重约是普通土壤的1/2，所以单单种植基质层的重量就可以减少到四分之一以下。
其次，由于采用架空排水板取代陶粒排水层，可以将排水层的重量由约100kg/平方米减少到3kg/平方米，厚度由约100,150mm减少到28mm。
再次，采用双层防根系穿透保护层，可以省去屋面的保温层和混凝土保护面层，又可以节省约80,140kg/平方米屋面荷载。
这样，传统绿化如果种植层厚度为1240mm，重量为1540kg/平方米的话，采用屋顶薄层绿化技术种植层厚度减小为430mm，重量减轻为235kg/平方米（注:
重量不包括种植植物部分重量），成功地实现了我们所追求的屋顶绿化的薄层化和轻量化。
综上所述，屋顶薄层绿化技术不仅适用于新建建筑，也适合于现有建筑，特别是对于现有建筑，其屋顶可容许荷载一般为100,150kg/平方米，如果采用传统的屋顶绿化方法，大部分现有建筑由于结构荷载的要求无法满足而难以实施屋顶绿化，如果利用屋顶薄层绿化技术，这些现有建筑就可以轻松地披上“绿装”，这样就极大地拓展了屋顶绿化推广和普及的范围，为城市生
4
态环境建设开辟了新的、更广阔的空间。
关于地下建筑覆土绿化的几个问题
责编:
李健
摘要:
园林绿化对改善城市生态环境、美化城市形象、促进城市可持续发展具有必不可少的重要作用。
在城市用地紧张,空间拥挤,地价高昂的情况下,合理开发利用地下空间并在地下建筑顶面覆土绿化,可以发挥建筑用地的双重效益,本文对地下空间开发与城市园林绿化有机结合的指导思想、规划设计、技术措施以及经营管理等问题进行了简要论述。
1、关于地下空间开发与城市园林绿化相结合的指导思想
城市环境问题是21世纪我国城市可持续发展面临的巨大挑战。
园林绿化对改善城市生态环境、美化城市形象、促进城市可持续发展具有必不可少的重要作用。
由于我国人均土地资源匮乏,大、中城市建设用地紧张,地价高昂,尽管城市建设管理部门对城区开发改造的建筑密度、容积率和绿化率都有严格的审批规定,但地面绿化面积还是不断被商业、交通、居住区开发建设用地所占用,城市人均公共绿化面积距规定的城市规划建设指标仍有很大差距。
随着城市化进程加快,各类公共建筑、居住建筑以及交通设施用地量（道路、停车场）迅速增加,导致空间拥挤、地价高昂、地面开敞空间和绿化减少,生态环境质量下降,如何高效利用土地,完善城市功能,改善城市环境,创造安全、舒适、高效、健康且富有自然气息的可持续发展的绿色生态城市是我们面临的重大课题。
针对我国土地资源匮乏、城市绿化覆盖率低的状况,合理开发利用地下空间并与城市园林绿化相结合是现代绿色城市建设一个重要的指导思想,即:
根据城市总体规划和城市设计,将适宜设在地下的建筑空间尽可能设在地下,合理利用地下空间资源扩充城市容量,并使地上与地下建筑协调发展,以缓解地面空间拥挤状况,最大限度地利用地面开敞空间以及地下建筑覆土进行绿化,发挥城市用地建筑开发与园林绿化的双重效益,提高绿化覆盖率,维护城市的自然生态平衡,改善城市环境,逐步实现城市园林化和杰出科学家钱学森提出的“山水城市”的理想。
目前,我国城市的政府主管部门和规划设计人员以及开发商都意识到地下空间开发已逐步成为城市规划建设的重要组成部分,许多大中城市相继以各种形式进行了较大规模的地下空间开发利用。
但从一些城市中心广场、商业广场、站前广场以及市民活动广场和居住区地下空间开发情况来看,利用地下建筑顶面覆土绿化的效果并不令人满意,有些地下工程项目虽然对地面园林绿化进行了规划设计,号称绿化广场,但未能认真实施,大多数只是用零星的花池、盆栽进行绿化点缀,大面积是硬质铺面,绿化率极低;还有些只是简单地进行覆土种植草坪或花卉,没有与灌木、乔木绿化进行合理搭配,对城市生态环境和小气候的调节作用很弱,且布局模式单调,等等。
总之,地下空间开发与园林绿化相结合并未真正落到实处,地下空间开发利用在增加城市园林绿化面积、改善城市自然、生态环境的优势未能充分发挥。
存在这些问题有观念意识、设计规范和技术标准、资金投入、技术措施和经营管理等各个方面的原因。
2、有关地下建筑顶面覆土绿化的规划设计和技术问题
2.1地下建筑顶面覆土绿化的规划布局
要与周围建成环境（包括建筑地下建筑顶面覆土绿化是城市地上园林绿化环境景观的一个组成部分,
空间环境、交通环境和园林绿化环境等）相协调,尤其是城市中大型单建式地下建筑综合体或居住区中的单建式车库顶面覆土绿化要进行园林绿化的专业规划设计,并作为城市设计的一个组成部分,将其纳入城市环境规划设计。
如前所述,大型地下建筑顶面的“人工地盘”只是简单地做硬质铺地广场或种植草坪的做法不值得广泛提倡,而必须在兼顾多功能要求的同时,充分发挥覆土绿化改善环境的生态效益和美学效果,要将草坪、灌木、乔木进行合理搭配,尽可能增加绿化量。
城市商业中心区、交通枢纽地段、业务工作区和厂区以及居住区中单建式地下建筑覆土绿化规划设计各有其特点和不同的要求,有不同的绿化模式,概括地可分为园林绿化式和广场绿化式两大类型:
园林绿化式是以生态调节、美学观赏和游憩为主的绿化模式,以绿化种植为主,并设置各种园林建筑小品。
园林绿化式按布局形式和艺术风格的不同可分为规则式（或称几何式）和自然式（自由式）,规则式有严整、对称、整齐的艺术效果,一般用于规模较大的广场覆土绿化;自然式以模
5
仿自然为主,可结合不规则起伏地形或半地下建筑掩土模仿自然山丘,并采用曲折流畅的弧线形道路,植物配置也模仿自然群落,与山石、水体、造景及亭台等建筑小品融为一体,体现自然美,表现我国传统的古典造园艺术和手法。
创造具有艺术审美价值和生态环境效益的“城市人工山水景观”。
自然式园林绿化既可用于规模较大的园林绿化,也可以是小规模的、庭院式的。
园林式绿化一般多用于居住区地下建筑、厂区地下建筑以及各单位地下建筑顶面覆土绿化。
广场绿化式是以满足地面广场使用功能同时尽可能进行绿化,一般是在城市广场立体再开发中实施的。
广场的再开发是为了高效利用土地,充分发挥城市用地的综合效益,强化城市功能,完善基础设施,改善广场环境,合理开发利用地下空间,使一部分广场功能地下化（如商业、交通、服务、公用设施等）,可以在有限的空间内容纳更多的功能,在地面上留出更多的步行开敞空间供人们进行各种公共活动,同时,广场的空间层次更加丰富,广场的建筑艺术效果得到加强。
广场式绿化的基本原则是要处理好绿化种植与广场使用功能的关系,在满足广场功能要求的同时,尽可能增加绿量;此外,对地下建筑出入口、下沉式广场以及地下建筑通风、排气孔、天窗等也应巧妙地进行绿化,如,在较长的地下车库坡道两侧设绿化带
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