廈門地區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，屋面面積占整個圍護結構的面積比例較大，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節能設計軟件模擬一個博物館不同類型節能屋面的降能效果，以期望對公共建筑屋面節能設計有所啟示。模擬分析可知在廈門地區，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。

關鍵詞：屋面；建筑能耗；節能；PBECA2012

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

引言

廈門市屬夏熱冬暖地區南區，夏季以濕熱天氣為主。建筑圍護結構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，屋面的傳熱系數直接影響頂層功能空間的熱舒適性與空調能耗，屋面的傳熱系數通常大于外墻的，因此屋面的保溫隔熱性能優劣也直接作用于建筑能耗的高低，再加以不同屋面構造的運用與實踐，特別以種植屋面、蓄水屋面、坡屋面、保溫平屋面的發展，屋面不僅有效發揮著建筑美學表達，也承擔著的更具價值的社會意義，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，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中，由于屋面面積占整個建筑圍護結構的面積比例較小，從而屋面這一圍護結構對整體建筑的能耗影響敏感系數較低；對于商業建筑，提高圍護結構保溫性能不是節能設計的通用做法，有時更是適得其反，而建筑遮陽和通風顯得更為重要；但是對于公共建筑，尤其以圖書館、體育館、博物館此類建筑，屋面面積占整個圍護結構的面積比例較大，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模擬項目簡介

廈門海峽兩岸中醫藥博物館交流館史展館（圖1）位于廈門市海滄區，其中兩岸中醫藥交流館的建筑面積為14437.882m²，藥史展館的建筑面積為2554.646m²，兩岸中醫藥交流館三層、藥史展館二層，兩岸中醫藥交流館一、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，主體結構合理使用年限為50年，抗震設防烈度為7度。建筑高度14.25m，建筑朝向南偏東33度，體型系數0.19。節能計算總建筑面積16348.48 m²。

1.2模擬軟件簡介

模擬軟件采用PKPM節能PBECA2012，PBECA2012涵蓋一個建筑節能周期的全過程，實現建筑一體化設計，是容錯性、易用性、穩定性、正確性和靈活方便性有顯著提升的全新版本，提供了方便的數據輸入方式并且能夠準確地反映建筑各圍護結構熱工特性，軟件以DOE作為引擎能夠模擬的系統形式均是預先設定的。

1.3模型建立與參數設置

根據完整的建筑施工圖紙在PBECA2012軟件平臺搭建模型，得出建筑計算模型（圖2、圖3）。

除了屋面，其他圍護結構參數設置為：（1）外墻類型（由外至內）：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0.88 W/（m².K），太陽輻射吸收系數0.75：（2）底部自然通風的架空樓板類型：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3.97 W/（m².K）；（3）地面類型：水泥砂漿（20.Omm）+細石混凝土（內配筋）（60.Omm）+鋼筋混凝土（200.0mm）+夯實粘土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4.43（m²·k）/W，玻璃遮陽系數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造做法如表1。

由圖4一圖6可知，當采用統一厚度為40mm的保溫層平屋面時，節能效果最好的是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，建筑能耗值達到最高值3402601kWh，單位面積能耗也達到最高值208.13 KWh/m²，而節能率為最小值51.82%，采用PU板、SPF平屋面，建筑能耗值達到最低值3304617kWh，單位面積能耗也達到最低值202.14KWh/m²，而節能率為最大值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造做法如表2。

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

2.3蓄水屋面

選用幾種蓄水屋面構造做法如表3。

由圖10-圖12可知，當采用保溫層厚度為40mm的保溫蓄水屋面時，節能效果最好的是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，建筑能耗值達到最高值3339873kWh，單位面積能耗也達到最高值204.29KWh/m²，而節能率為最小值52.71%%：采用PU板、SPF蓄水屋面，建筑能耗值達到最低值3293255kWh，單位面積能耗也達到最低值201.44KWh/m²，而節能率為最大值53.37%；二者能耗相差46618kWh。

2.4坡屋面

選用幾種坡屋面構造做法如表4。

由圖13-圖15可知，當采用統一厚度為40mm的保溫層坡屋面時，節能效果最好的是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，建筑能耗值達到最高值3471952kWh，單位面積能耗也達到最高值212.37KWh/m2，而節能率為最小值51.06%；采用PU板、SPF坡屋面，建筑能耗值達到最低值3330128kWh，單位面積能耗也達到最低值203.7KWh/m²，而節能率為最大值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勢；不同保溫材料在坡屋頂當中運用所引起建筑能耗浮動最大，在種植屋面當中浮動最小。

4.結論

對于公共建筑，屋面面積占整個圍護結構的面積比例較大，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）當采用統一厚度的保溫層運用屋面，不同保溫材料在坡屋頂當中運用所引起公共建筑能耗浮動最大，在種植屋面當中浮動最小；（2）在廈門地區，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。