苏州大学炳麟图书馆蓄水屋面隔热构造与节能作用

苏州大学炳麟图书馆蓄水屋面隔热构造与节能性能研究张晓峰（苏州大学城市科学学院，江苏，苏州，215123）摘要：对苏州大学新校区炳麟图书馆蓄水屋面隔热构造进行分析，说明蓄水屋面能够改善屋面热工性能、降低室内空调能耗，是建筑节能的有效措施。一、工程概况图1炳麟图书馆南立面炳麟图书馆是苏州大学新校区标志性建筑，外形呈莲花状，总建筑面积37506m2。建筑南面入口的西侧裙房为300座学术报告厅及某学院图书资料室，屋面结构标高4.200m，屋面面积约675m2；东侧裙房为书店，屋面结构标高4.000m，屋面面积约284m2。根据图书馆建筑设计构思意境和造型表现特点，设计上将裙房屋面与相邻周边地块景观融合，形成独特的水跌瀑景观，衬托出主楼的莲花造型，寓意出污泥而不染,濯清涟而不娇的品德学风，同时显示信息时代图书馆的独特气质面貌。该建筑于2006年5月落成。如今，图书馆已投入使用有一年多，主体建筑的莲花造型与裙房屋面的跌瀑景观构成了新校区一道独特而亮丽的风景。至今，炳麟图书馆工程已获多项荣誉，如苏州市优质结构工程，国家级文明工地，国家第五批新技术、新工艺示范工程等殊荣。二、裙房蓄水屋面隔热构造图2蓄水屋面构造图书馆裙房根据设计要求，屋面采用柔性防水与刚性防水相结合的复合防水层，即在现浇钢筋混凝土屋面板上做20厚1：3水泥砂浆找平层，铺贴1.5厚三元乙丙高分子防水卷材，刷3厚纸筋灰隔离层，再做40厚C20细石混凝土整浇层（内配4Φ200双向钢筋网），6m设分仓缝，然后整个屋面再整浇8cm厚水池内壁（内配8Φ200双向钢筋网）。蓄水池深约70cm，属深蓄水屋面（≥50cm）。增加8cm厚整浇层，虽然屋面每m2增加荷载2KN，但对屋面结构的抗裂防渗，效果更佳。投入使用一年多来，室内没有出现任何渗漏现象。屋面防水质量是屋面蓄水得以实现的根本保证。3 三、蓄水屋面的节能性能分析图3报告厅屋顶蓄水池建筑屋面是接受太阳光辐射热的主要界面，加强屋面的保温隔热性能对改善建筑的热工性能、达到建筑的节能降耗具有重要意义。蓄水屋面是在平屋面的刚性防水层上蓄一层水，目的是利用水受热蒸发时，会带走水层中的热量，大量消耗掉晒在屋面上的太阳辐射热，从而有效地减弱屋面的传热量、降低屋面温度。它是一种有效的屋面隔热降温措施，能改善屋面热工性能，减少室内空调能耗，从而实现建筑使用过程的节能。蓄水屋面的节能性能主要体现在：1）、良好的隔热性能。由于水的比热较大，有实验表明，1kg的水温度每升高1℃时，需要1000卡的热量，因此，炎热夏季，屋顶蓄水可大量减少太阳对屋顶的辐射热，同时水蒸发时消耗大量的汽化热，对于开敞式蓄水屋面，水的蒸发量较大，由于水的蒸发要带走大量的热，因此，屋顶表面的水层起到了调节室内温度的作用，在干热地区采用蓄水屋面，其隔热效果十分显著。有关测试表明，深蓄水屋面顶层房屋夏日温度比普通屋面温度下降2～5。C；2）、防止刚性防水层干缩。炳麟图书馆裙房的屋顶是在柔性防水层上再做4cm厚刚性防水层。裙房位于整幢建筑的南面，正对校园南面共青广场（约13800m2），夏季直接受到烈日曝晒。普通屋面的混凝土表面干缩变形受到混凝土内部的约束，产生拉应力后容易形成不闭合裂缝。大量实验表明，在空气中硬化五年的水泥砂浆，其收缩值约为3mm/m，混凝土的收缩值为0.2～0.4mm/m，收缩值随时间延长而增长。而当周围环境湿度较大时，混凝土的收缩值减小，长期在水下的混凝土不仅不收缩，反而有一定程度的膨胀，。图书馆裙房屋面采用蓄水屋面，考虑了建筑朝向和周围环境的特殊情况，利用了混凝土在水中的收缩减小或微膨的性能，有效防止了屋面渗漏；图4报告厅外立面3）、刚性防水层变形小。有实验表明，炎热夏季水深1米左右的水下防水层表面温度，比普通屋面的防水层表面温度降低15℃左右。由于外表面温度较低，内外表面温差小，昼夜内外表面温度波幅小，这样，混凝土防水层及钢筋混凝土基层产生的温度应力也较小，由于温度应力而产生的变形也相应减小，从而避免了由于温度应力而产生的防水层和屋面基层开裂，能延缓屋面防水层老化，对屋面防水和屋盖结构层起到保护作用，延长维修周期，减少维修费用；4）、密封材料使用寿命长。因大面积刚性防水蓄水屋面的分格缝中填嵌的密封材料，在大气中会受到空气对它的氧化作用，使密封材料易于老化，耐久性降低。而水下的密封材料，由于与空气隔绝，不易老化，因而可以延长使用寿命。3 四、蓄水屋面可以有效实现建筑节能7月初的梅雨季节，虽然室外气温高达35。C，而且闷热潮湿，但当我们走进蓄水屋面下的报告厅和图书室时，不开空调的室内温度为30。C，比相同温湿度条件下普通混凝土屋顶的室内温度低3～5。C。可见蓄水屋面能够隔热降温，降低室内温度，从而减少夏季室内空调能耗。在我国南方地区，蓄水屋面既能隔热又可保温，是改善屋面热工性能的有效途径，是一种简便可行的屋面节能措施。我们已开始对该蓄水屋面进行跟踪观图5蓄水屋面下的300座报告厅测，对不同季节气候条件下室内外温度和水温的变化进行试验研究分析，以期能对蓄水屋面节能功效做出定量的评价。图书馆建成投入使用后，蓄水屋面的最大问题是保证水源及时补给，特别是炎热干燥季节，屋面受烈日曝晒，水分蒸发量较大，如不能及时补水，会造成屋面蓄水干涸，因此屋面安装了自动补水装置，以保证水池壁内蓄水量达到深度要求。常温下依靠降雨就足以补充水量。屋面还设置了排水系统，主要是便于屋面的清理和检修。五、结语图6蓄水屋面下的图书资料室室如今，人们越来越认识到建筑节能的重要性和紧迫性，开展建筑节能的研究与实践迫在眉睫。建设部在2000年发布的《民用建筑节能管理规定》中明确国家鼓励建筑节能技术进步，鼓励发展新型节能墙体和屋面的保温隔热技术与材料。屋面能耗在维护结构总能耗中所占比重较大，通常情况下，屋面的传热系数要大于外墙的传热系数，因此屋面保温隔热性能的优劣对建筑节能效果的影响是显而易见的。节能是现代建筑的发展方向，苏州大学炳麟图书馆在这方面做了有益的尝试与实践，蓄水屋面的建成也为进一步长期深入研究苏南地区蓄水屋面保温隔热性能提供了很好的研究平台。主要参考文献：〔1〕．国家标准．民用建筑节能管理规定．北京：中国建筑工业出版社，2000〔2〕．陆可人等．房屋建筑学与城市规划导论．东南大学出版社，2002〔3〕．张晓峰．种植屋面的节能作用及构造做法．苏州大学学报（工科版）2006（6），86—873