新型防曬隔熱防雨屋頂設計

梁瑋蕾 周翔宇 梁聯(lián)暉

摘? 要：目前隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人口大量往城市遷移，現(xiàn)在大部分現(xiàn)代樓房的屋頂都是以平頂房設計為主。高溫下如何防曬隔熱，下雨如何防雨防漏的問題成為許多平頂屋頂樓的住戶面臨的共同問題。同時，由于城市土地資源緊缺，屋頂不僅能夠防曬隔熱防雨，又能在頂樓上進行植物種植是很多頂樓的住戶的普遍需求。因此，對防曬隔熱防雨屋頂?shù)脑O計也提出了一定的要求。本文設計出了一款多功能的新型防曬隔熱防雨屋頂裝置，以滿足住戶們既能在頂樓夠進行防曬隔熱防雨，還能夠進行植物的種植的需求。

關鍵詞：防曬隔熱防雨? 種植? 多功能? 屋頂設計

中圖分類號：J59;TB21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（c）-0042-03

Abstract： With the rapid development of urbanization， a large number of people have migrated to cities， and most modern buildings are mainly designed with flat roofs at present. How to prevent sun and heat at high temperatures and prevent rain leaking in raining， becomes a common problem， faced by many residents of flat roof buildings. Simultaneously， due to the shortage of urban land resources， the roof can not only protect against sun， heat and rain， but also be able to be planted， which is a common demand of many residents on the top floor. Consequently， certain requirements are also proposed for the design of the roof.This article has designed a new multi-functional sunproof heatproof and rainproof roof device to meet the needs of residents， which not only can realize sunproof heatproof and rainproof， but also can plant on the top floor.

Key Words： Sunproof， Heatproof and rainproof; Planting; Mutifunction; Design of roof

建筑物的屋頂是建筑外圍護結(jié)構(gòu)中受室外熱作用影響最大的部位，尤其是在夏熱冬冷地區(qū)。根據(jù)國標GB50176-2016《民用建筑熱工設計規(guī)范》規(guī)定，建筑熱工設計指標及設計原則規(guī)定了夏熱冬冷地區(qū)，不論是A區(qū)還是B區(qū)，房屋設計須滿足：夏季防熱，適當兼顧冬季保溫，重視自然通風，遮陽設計的要求[1]。由于我國南方地區(qū)平頂屋面大都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，夏季太陽直射在平頂屋面上，使得屋頂?shù)臏囟壬撸瑹崃客ㄟ^良導熱的混凝土傳導到室內(nèi)，使得室內(nèi)溫度迅速升高，嚴重影響了頂樓住戶的生活質(zhì)量。

目前，防曬隔熱防雨屋頂設計方案大致可以分為 以下幾種：單層通風屋頂，該方法雖然一定程度上可以降低溫度，但隔熱效果不是很理想。蓄水種植屋頂，該方法對屋面的防水性能要求比較高，會增加屋頂?shù)呢摵杉八Y源的浪費，并且無法滿足其他非水生植物的種植需求。雙面架空隔熱屋頂，該方法主要包括二次現(xiàn)澆屋面設計、大階磚通風屋面等設計方式。該類方式雖然能夠達到很好的防曬隔熱效果，卻無法滿足住戶屋面種植的需求。生態(tài)型種植屋面，在建筑屋的防水層或剛性保護層上覆土種植植物，使屋頂形成植被，該設計不但起到較好的防水隔熱與保溫作用，而且綠色環(huán)保，具有良好的生態(tài)環(huán)境效益[2]。但是該方法如果屋面存在一定的小裂縫，遇到大雨天氣時，由于土壤的吸附作用達到飽和，還是無法避免屋面的漏雨的問題。架空種植屋面，在架空隔熱板上面進行植被的種植。這種方法即能夠?qū)崿F(xiàn)了很好地隔熱保溫效果，又能夠滿足頂層住戶進行花草植被種植的需求。但在架空隔熱板上堆土壤種植極大地增加了屋頂?shù)呢摵桑⑶覍ξ菝婊蚋魺岚宸浪阅苡幸欢ㄒ?，否則一旦出現(xiàn)屋面漏雨現(xiàn)象，維修操作相當困難[3]。屋頂平改坡設計，該方案可極大改善房屋防漏雨的問題，并且當坡度采用預制板或混凝土結(jié)構(gòu)，在上面覆土種植后，隔熱效果也可以極大地增強，但這也同樣跟架空種植設計方案一樣會面臨嚴重增加屋頂負荷的問題[4]。頂棚通風隔熱設計，即在屋面上采用鋼架結(jié)構(gòu)的方式，加上頂棚，頂棚采用經(jīng)濟實用的鐵瓦、泥瓦、聚酯纖維瓦進行遮陽防曬。該方案不僅具有很好地防曬隔熱防漏雨的作用，頂樓用戶還可以充分利用架空通風的特點，進行衣物的晾曬、其他雜物的堆積或開展有關運動活動[5]。但是該設計方案的棚頂是一個整體，將陽光和雨水完全遮擋住了，使得太陽光和雨水無法照在屋面植物上，不利于屋面進行普通植物的種植。

針對目前現(xiàn)有屋面防曬隔熱構(gòu)造措施無法滿足實際住戶需求的問題，本文設計了一種新型防曬隔熱防雨屋頂裝置，該設計在鋼架結(jié)構(gòu)的頂棚通風隔熱設計方案基礎上對棚頂屋面進行了重新設計與升級改造。當陽光弱或下小雨時，系統(tǒng)通過傳感器快速檢測到環(huán)境的溫度及雨水信息，自動控制棚頂屋面，使得陽光和或雨水能夠照到屋頂屋面植物上。該裝置不僅具有頂棚通風隔熱設計方案的優(yōu)點，還能夠進行屋面植物的種植，綠色節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保，滿足可持續(xù)發(fā)展的設計要求。

1? 新型防曬隔熱防雨屋頂裝置設計原理

新型防曬隔熱防雨屋頂裝置設計結(jié)構(gòu)上與頂棚通風隔熱設計相同，其結(jié)構(gòu)設計為：通過在屋頂屋面上再構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)層來充當“屋面”，從而形成2個結(jié)構(gòu)隔熱層，2個結(jié)構(gòu)隔熱層中間留有一個結(jié)構(gòu)層的高度，中間的空間也可用來當作儲物間或臨時活動場所[6]。頂棚通風隔熱設計平面示意圖如圖1所示。其隔熱原理為：一方面利用空氣間層上的結(jié)構(gòu)隔熱層遮擋陽光，即圖1中的棚頂屋面，使屋頂屋面變成二次傳熱，避免太陽光直射在人住樓房的屋頂屋面上;另一方面在屋頂和棚頂間利用空氣中不同受熱情況下，空氣層的壓強大小不同的作用，自然風可以帶走空氣間層中的熱量，從而減少室外熱作用對住戶屋頂內(nèi)表面的影響。由于屋頂和棚頂有一定的空間高度，因此，即使在無風或者風很小的情況下也不會像傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)層屋頂一樣熱。棚頂堆土種有植物，在冬天也能夠起到保溫的功能。

新型防曬隔熱防雨屋頂裝置設計的不同之處在于，在頂棚通風隔熱設計方案基礎上對棚頂屋面進行了重新設計與升級改造。從圖1中1處所指的棚頂屋面處，向里截取棚頂屋面的平面圖，得到的棚頂屋面的截面圖如圖2所示。從圖2可以看出，屋面由聚酯纖維的活動蓋和固定底板構(gòu)成。活動蓋寬度比固定底板之間的間隙略長，活動蓋的長度和固定板的長度相等。活動蓋和固定底板分別設計成向上凸起與向下凸起的形式，有利于在下雨的時候，雨水能夠沿著固定底板的凹槽流下，起到防止雨水下滲到屋頂，防漏雨的作用。固定底板固定在棚子的鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)上，上端的每一塊活動蓋都通過連接桿連結(jié)在一起，起到固定上方活動蓋的作用，連接桿末端設計成齒輪或傳送帶形式與控制系統(tǒng)的電機相連，起到方便控制上方活動蓋左右移動的作用。當陽光較弱或雨水較少時，用戶可以通過控制系統(tǒng)控制電機的啟動，控制活動蓋移到固定底板上，陽光可以通過固定底板之間的間隙照射到植被上，雨水也可以淋到植被上，即有利于促進植被的光合作用，又能夠吸收植被生長所需水分，達到節(jié)約水資源、節(jié)省人工澆水的作用。當裝置檢測到陽光比較強或雨水比較大時，用戶可以控制電機的啟動，使得活動蓋蓋在固定底板的間隙上，起到防曬防雨的作用。該設計即使在裝置老化或雨水比較大時，棚頂屋面上結(jié)構(gòu)隔熱防雨層發(fā)生了滲漏，滲漏的雨量也不會很大，可以由屋頂上的土壤植被吸收和防水排水系統(tǒng)排出，不會滲漏到樓面，這就克服了頂棚通風隔熱設計不能種植植被，種植屋面防水效果差、屋頂負荷重的弊端。

2? 新型防曬隔熱防雨屋頂裝置控制系統(tǒng)設計

新型防曬隔熱防雨屋頂裝置控制系統(tǒng)包括：單片機控制器模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、電源模塊及外圍運放驅(qū)動電機電路模塊?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

系統(tǒng)上電，整個系統(tǒng)進行初始化后，在DS18B20傳感器檢測到溫度高于30℃的情況下且雨滴傳感器檢測到不下雨或者下大雨時，或者在檢測到溫度低于30℃且雨滴傳感器檢測到下大雨時，單片機控制器輸出一個信號，經(jīng)運放驅(qū)動電路，驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)工作。使得活動蓋與固定底板之間的間隙閉合，起到遮陽隔熱防漏雨的作用;在DS18B20傳感器檢測到溫度高于30℃的情況下且雨滴傳感器檢測到下小雨時，或者在檢測到溫度低于30℃且雨滴傳感器檢測到不下雨或者下小雨時，單片機控制器輸出一個信號，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)工作。使得活動蓋與固定底板之間的間隙張開，使得小雨能夠通過固定底板之間的間隙，有利于植被的光合作用和植被土壤的保濕。

3? 結(jié)語

本文從頂樓住戶的實際需求出發(fā)，探討了當前屋頂防曬隔熱防雨的幾種設計方案在該應用背景下的優(yōu)點及不足，提出具有針對性的方案，設計了一種新型防曬隔熱防雨的裝置，該設計既具有很好地防曬隔熱防雨的功能，還能在不增加屋頂負荷的情況下滿足頂樓用戶的種植需求。該設計既經(jīng)濟實用，又節(jié)能環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的設計原則。

參考文獻

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