厦门地区公共建筑屋面对建筑耗能耗的影响及模拟分析

黄海波

摘要：公共建筑较其他类型建筑有其特有的特点，屋面面积占整个围护结构的面积比例较大，并且单体功能空间体积较大，屋面的保温隔热性能对建筑能耗的影响较其他类型建筑更为显著。本文采用PBECA2012节能设计软件模拟一个博物馆不同类型节能屋面的降能效果，以期望对公共建筑屋面节能设计有所启示。模拟分析可知在厦门地区，较保温坡屋面与保温平屋面，采用种植屋面和蓄水屋面的节能效果最佳；较采用同样厚度保温层的同类屋面，Pu板、SPF保温材料的降能能力最强。

关键词：屋面；建筑能耗；节能；PBECA2012

中图分类号：TU111.195文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-121-04

引言

厦门市属夏热冬暖地区南区，夏季以湿热天气为主。建筑围护结构是建筑得失热的主要途径，屋面是接受太阳辐射最为直接的受光面，屋面的传热系数直接影响顶层功能空间的热舒适性与空调能耗，屋面的传热系数通常大于外墙的，因此屋面的保温隔热性能优劣也直接作用于建筑能耗的高低，再加以不同屋面构造的运用与实践，特别以种植屋面、蓄水屋面、坡屋面、保温平屋面的发展，屋面不仅有效发挥着建筑美学表达，也承担着的更具价值的社会意义，一方面，以种植屋面和蓄水屋面来增加城市绿地面积，有效缓解城市热岛效应，并且此类屋面拥有良好的隔热降温效果。在高层居住建筑或者办公建筑当中，由于屋面面积占整个建筑围护结构的面积比例较小，从而屋面这一围护结构对整体建筑的能耗影响敏感系数较低；对于商业建筑，提高围护结构保温性能不是节能设计的通用做法，有时更是适得其反，而建筑遮阳和通风显得更为重要；但是对于公共建筑，尤其以图书馆、体育馆、博物馆此类建筑，屋面面积占整个围护结构的面积比例较大，并且单体功能空间体积较大，屋面的保温隔热性能对建筑能耗的影响则更为显著。

1.模拟概况

1.1模拟项目简介

厦门海峡两岸中医药博物馆交流馆史展馆（图1）位于厦门市海沧区，其中两岸中医药交流馆的建筑面积为14437.882m²，药史展馆的建筑面积为2554.646m²，两岸中医药交流馆三层、药史展馆二层，两岸中医药交流馆一、二、三层均为陈列厅，药史展馆一、二层均为陈列厅。建筑物耐火等级为一级，主体结构合理使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。建筑高度14.25m，建筑朝向南偏东33度，体型系数0.19。节能计算总建筑面积16348.48 m²。

1.2模拟软件简介

模拟软件采用PKPM节能PBECA2012，PBECA2012涵盖一个建筑节能周期的全过程，实现建筑一体化设计，是容错性、易用性、稳定性、正确性和灵活方便性有显著提升的全新版本，提供了方便的数据输入方式并且能够准确地反映建筑各围护结构热工特性，软件以DOE作为引擎能够模拟的系统形式均是预先设定的。

1.3模型建立与参数设置

根据完整的建筑施工图纸在PBECA2012软件平台搭建模型，得出建筑计算模型（图2、图3）。

除了屋面，其他围护结构参数设置为：（1）外墙类型（由外至内）：水泥砂浆（20.0mm）+蒸压加气混凝土砌块（200.0mm）+石灰水泥砂浆（20.0mm），外墙热阻1.14（m²·k）/W，外墙传热系数0.88 W/（m².K），太阳辐射吸收系数0.75：（2）底部自然通风的架空楼板类型：水泥砂浆（20.Omm）+钢筋混凝土（100.Omm）+石灰水泥砂浆（20.0mm），架空楼板热阻0.25（m2.K/W），架空楼板传热系数3.97 W/（m².K）；（3）地面类型：水泥砂浆（20.Omm）+细石混凝土（内配筋）（60.Omm）+钢筋混凝土（200.0mm）+夯实粘土1（1000.0mm），地面热阻1.03（m².K/W）；（4）外窗类型：铝合金普通中空玻璃窗（5+6A+5），传热系数4.43（m²·k）/W，玻璃遮阳系数0.12，气密性为8级，可见光透射比0.78。

2.不同屋面对建筑能耗的影响

选用几种常见屋面节能工程做法，模拟分析其对建筑能耗的影响。

2.1平屋面

选用几种常用平屋面构造做法如表1。

由图4一图6可知，当采用统一厚度为40mm的保温层平屋面时，节能效果最好的是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，建筑能耗值达到最高值3402601kWh，单位面积能耗也达到最高值208.13 KWh/m²，而节能率为最小值51.82%，采用PU板、SPF平屋面，建筑能耗值达到最低值3304617kWh，单位面积能耗也达到最低值202.14KWh/m²，而节能率为最大值53.2%；二者能耗相差97984kWh。

2.2种植屋面

选用几种常用种植屋面构造做法如表2。

由图7-图9可知，同一种构造的种植屋面，种植基质厚度较薄，节能效果更加；采用种植屋面（二），建筑能耗值达到最高值3314229 kwh，单位面积能耗也达到最高值202.72KWh/m²，而节能率为最小值53.07%；采用种植屋面（一），建筑能耗值达到最低值3296319 kWh，单位面积能耗也达到最低值201.63KWh/m²，而节能率为最大值53.32%；二者能耗相差17910kWh。

2.3蓄水屋面

选用几种蓄水屋面构造做法如表3。

由图10-图12可知，当采用保温层厚度为40mm的保温蓄水屋面时，节能效果最好的是PU板、SPF蓄水屋面，最次的是憎水膨胀珍珠岩蓄水屋面。采用憎水膨胀珍珠岩蓄水屋面，建筑能耗值达到最高值3339873kWh，单位面积能耗也达到最高值204.29KWh/m²，而节能率为最小值52.71%%：采用PU板、SPF蓄水屋面，建筑能耗值达到最低值3293255kWh，单位面积能耗也达到最低值201.44KWh/m²，而节能率为最大值53.37%；二者能耗相差46618kWh。

2.4坡屋面

选用几种坡屋面构造做法如表4。

由图13-图15可知，当采用统一厚度为40mm的保温层坡屋面时，节能效果最好的是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，建筑能耗值达到最高值3471952kWh，单位面积能耗也达到最高值212.37KWh/m2，而节能率为最小值51.06%；采用PU板、SPF坡屋面，建筑能耗值达到最低值3330128kWh，单位面积能耗也达到最低值203.7KWh/m²，而节能率为最大值53.06%；二者能耗相差141824kWh。

3.综合对比分析

截取以上各类型屋面节能效果最好与最次的两种作综合对比分析如图16-图17。

从图16-图17分析可得，种植屋面和蓄水屋面节能效果较佳，其中采用PU板、SPF蓄水屋面所形成单位面积能耗最低，较同类无蓄水或无种植平屋面有一定的降能优势；不同保温材料在坡屋顶当中运用所引起建筑能耗浮动最大，在种植屋面当中浮动最小。

4.结论

对于公共建筑，屋面面积占整个围护结构的面积比例较大，并且单体功能空间体积较大，屋面的保温隔热性能对建筑能耗的影响较其他类型建筑更为显著。通过模拟分析可知：（1）当采用统一厚度的保温层运用屋面，不同保温材料在坡屋顶当中运用所引起公共建筑能耗浮动最大，在种植屋面当中浮动最小；（2）在厦门地区，较保温坡屋面与保温平屋面，采用种植屋面和蓄水屋面的节能效果最佳；（3）较采用同样厚度保温层的同类屋面，PU板、SPF保温材料的降能能力最强。