CN101922209A

CN101922209A - 一种具有空气间层的建筑屋面

Info

Publication number: CN101922209A
Application number: CN2010102233192A
Authority: CN
Inventors: 袁磊; 张道真
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: CN101922209B

Abstract

本发明公开了一种具有空气间层的建筑屋面，包括一屋面本体，位于建筑物的顶部，用于与该建筑物的墙体相连接形成一室内空间；在所述屋面本体的内表面上设置有一空气间层；该空气间层工作在封闭或通风两种工况；在封闭工况下所述空气间层用于所述室内空间的保温；在通风工况下所述空气间层用于所述室内空间的隔热。由于在屋面本体的内表面上采用了可工作在封闭或通风两种工况的空气间层，使建筑屋面较好地兼顾了冬季与夏季两种不同的热工要求，尤其是设置在所述空气间层中的热辐射阻挡膜，更是进一步改善了建筑屋面的热工性能，非常适合建筑的节能减排升级改造，对新建建筑工程和既有建筑的绿色改造具有重要意义。

Description

一种具有空气间层的建筑屋面

技术领域

本发明涉及用于连接建筑物的墙面以形成室内空间的建筑屋面领域，更具体的说，改进涉及的是一种具有空气间层的建筑屋面。

背景技术

建筑屋面在建筑物面对太阳的空间中所占比例较大，其热工性能对于居住室内空间的舒适性影响较大；为使室内空间达到冬暖夏凉的热工要求，目前通常采用的技术手段是降低建筑屋面本身的传热系数和提高其热惰性指标，包括使用导热系数较低的材料以及增加保温层的厚度。

但是，现有技术中使用低传热系数的材料和增加厚度等技术手段简单，在技术效果和经济方面仍存在有一定的局限性，而且无法兼顾冬季保暖和夏季隔热两种不同的热工要求，不利于建筑的节能减排。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

本发明的目在于，提供一种具有空气间层的建筑屋面，可兼顾冬季与夏季两种不同的热工要求。

本发明的技术方案如下：

一种具有空气间层的建筑屋面，包括一屋面本体，位于建筑物的顶部，用于与该建筑物的墙体相连接形成一室内空间；其中，在所述屋面本体的内表面上设置有一空气间层；所述空气间层工作在封闭或通风两种工况；在封闭工况下的所述空气间层用于所述室内空间的保温；在通风工况下的所述空气间层用于所述室内空间的隔热。

所述的建筑屋面，其中，在所述空气间层中沿所述屋面本体方向设置一热辐射阻挡膜，所述热辐射阻挡膜与所述屋面本体间隔设置，用于阻挡所述热辐射阻挡膜两侧的辐射换热。

所述的建筑屋面，其中，所述热辐射阻挡膜为具有金属箔层的薄膜。

所述的建筑屋面，其中，在所述屋面本体的内侧设置有室内面板；在所述室内面板与所述屋面本体之间设置有相互适配的外层龙骨和内层龙骨；所述热辐射阻挡膜设置在所述外层龙骨与所述内层龙骨之间。

所述的建筑屋面，其中，所述外层龙骨和所述内层龙骨沿所述空气间层内的空气流动方向设置。

所述的建筑屋面，其中，所述热辐射阻挡膜位于所述空气间层中间的位置，用于将所述空气间层分成外空气间层和内空气间层两部分。

所述的建筑屋面，其中，在所述空气间层的一端设置有主风道，在所述主风道上设置有风道孔；在所述空气间层的另一端设置有通风口，并设置一可拆卸的封条适配所述通风口。

所述的建筑屋面，其中，在所述主风道上还设置有风井，用于辅助工作在通风工况下的所述空气间层拔风。

所述的建筑屋面，其中，所述屋面本体斜向设置形成斜屋顶；所述主风道位于所述斜屋顶的屋脊处且水平设置；所述通风口位于所述屋面本体与所述墙体交界处；所述封条水平设置。

所述的建筑屋面，其中，所述屋面本体设置为钢筋混凝土结构板。

本发明所提供的一种具有空气间层的建筑屋面，由于在屋面本体的内表面上采用了可工作在封闭或通风两种工况下的空气间层，使建筑屋面兼顾了冬季与夏季两种不同的热工要求，尤其是在所述空气间层中设置的热辐射阻挡膜，更是进一步改善了建筑屋面的热工性能，非常适合建筑的节能减排，对新建建筑工程和既有建筑的绿色改造都具有重要意义。

附图说明

图1是本发明具有空气间层的斜砼屋顶剖视示意图；

图2是本发明图1中空气间层的平面示意图；

图3是本发明图1中位于通风口处的局部放大示意图；

图4是本发明在冬季测试不同屋面构造的屋顶内表面温度比对示意图；

图5是本发明在夏季测试不同屋面构造的屋顶内表面温度比对示意图；

图6是本发明在夏季测试不同屋面构造的屋顶内表面热流比对示意图；

图7是本发明在夏季测试不同屋面构造的数据汇总比对图表。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明。

本发明的一种具有空气间层的建筑屋面，其具体实施方式之一，如附图1所示，包括位于建筑物顶部的一屋面本体300，用于与该建筑物的墙体310相连接形成一室内空间；通常该室内空间位于所述建筑物的顶层；所述屋面本体300可以是单栋别墅类建筑顶层阁楼的屋顶，也可以是普通住宅类建筑顶层单元的屋顶，具体可以采用钢筋混凝土结构板制作，在所述钢筋混凝土结构板的外侧还可设置玻璃纤维沥青瓦100和水泥聚苯颗粒保温层200；在所述屋面本体300的内侧设置有一空气间层400，例如，所述空气间层400位于所述屋面本体300的内表面上；所述空气间层400可以工作在封闭或者通风两种不同的工况；处于封闭状态下的所述空气间层400用于所述室内空间的保温，以满足建筑屋面在冬季时的热工要求；而处于通风状态下的所述空气间层400则用于所述室内空间的隔热，以满足建筑屋面在夏季时的热工要求。

具体的，以斜屋顶为例，如附图1所示，所述屋面本体300斜向设置形成斜屋顶；在所述空气间层400的一端设置有主风道800；所述主风道800位于所述斜屋顶的屋脊或较高处且水平设置；所谓较高处，可指高于所述空气间层400的位置处；在所述主风道800上设置有可封闭的风道孔810，用于通风时开启；在所述空气间层400的另一端设置有通风口710；如附图3所示，所述通风口710位于所述屋面本体300与所述墙体310交界的较低处；所谓较低处，可指低于所述空气间层400的位置处；并设置一可拆卸的封条700适配在所述通风口710处；所述封条700可水平设置，也可顺应室内空间的布置特点垂直或斜向设置；拆下所述封条700，打开所述风道孔810，在夏季太阳的照射下，所述屋面本体300温度升高，通过热传导加热所述空气间层400中的空气，热空气沿所述屋面本体300的内侧上升进入所述主风道800，并经所述风道孔810排除，从而产生被动式对流，降低了所述室内空间的温度。

所述主风道800上的风道孔810可设置于屋顶处，也可设置在侧面的墙体上；当所述风道孔810置于屋顶时，可采用风井或无动力风帽进行被动式拔风，也可采用换气扇进行主动式通风；当所述风道孔810置于侧墙或山墙时，可采用换气扇进行主动式通风。

较好的是，在所述风道孔810处可设置换气扇(附图未示出)，用于所述空气间层400通风时可进行主动式对流，尤其适合平屋顶结构的建筑采用。

进一步地，在所述主风道800上还设置有风井或者无动力风帽(附图未示出)，用于在通风工况下辅助所述空气间层400拔风，加强对流所述空气间层400中的空气，增强散热效果；所述风井还可用于阻止外界的逆风倒灌进入所述主风道800中。

在本发明建筑屋面的较佳实施方式中，如附图1所示，在所述空气间层400中悬设一热辐射阻挡膜600，用于阻挡所述热辐射阻挡膜两侧的辐射换热，例如，阻挡所述屋面本体300对所述室内空间造成的热辐射；所述热辐射阻挡膜600是一种高反射率、低发射率的薄膜，具体的说，抵挡热辐射的同时自身不易吸收热量而产生热辐射；例如，抛光铝薄膜等具有金属箔层的薄膜。

所述热辐射阻挡膜600可以悬设在所述空气间层400中，将所述空气间层400分成外空气间层400b和内空气间层400a，设置方式包括利用上下两层龙骨夹住热辐射阻挡膜600。

对于在所述空气间层400中悬设所述热辐射阻挡膜600的建筑屋面构造，其具体施工方法、使用方法及工作原理如下：

先在所述屋面本体300的内壁上安装所述外层龙骨610，例如，可采用膨胀螺栓等方式固定；接着在所述外层龙骨610内侧安装所述热辐射阻挡膜600，可采用胶水粘接或胶带粘贴的方式固定；再在所述热辐射阻挡膜600内侧安装所述内层龙骨620，可采用射钉等方法与外层龙骨610固定，并夹紧所述热辐射阻挡膜600，然后在所述内层龙骨620上安装室内面板500。由此，所述外空气间层400b由所述屋面本体300内壁、所述热辐射阻挡膜600外侧的表面和所述外层龙骨610表面组成；而所述内空气间层400a则由所述热辐射阻挡膜600内侧的表面、所述室内面板500外侧的表面和所述内层龙骨620表面组成。

需要说明的是，所述的龙骨、砼等为本领域所熟知，在此不再赘述，然而，由于成卷包装的所述热辐射阻挡膜600具有一定的宽度，在铺设时需要相互衔接以具有连续性，同样，在安装所述室内面板500或吊顶板时也需要相互衔接以具有连续性，从而，既可以保证所述外空气间层400b与所述内空气间层400a之间相互隔离，又可以保证整个所述空气间层400的具有良好的密闭性；当然，在具体施工过程中，对所述热辐射阻挡膜600和所述室内面板500的破损处需要进行修复，否则会影响到建筑屋面的热工性能。

其次需要说明的是，所述龙骨的铺设方向应有利于所述空气间层400内的空气流动，具体的说，所述外层龙骨610可沿所述外空气间层400b内空气的流动方向设置，所述内层龙骨620可沿所述内空气间层400a内空气的流动方向设置。

在夏季的时候，拆下或打开所述通风口710处的封条700，打开或开启位于所述主风道800上的所述风道孔810，如果在所述风道孔810处配备的是换气扇，还可启动该换气扇，使所述空气间层400处于通风的工况下，并将所述顶层室内的热空气带出室外，起到很好的隔热降温效果；其中，隔热的主要方式有两种：一是阻隔室外的热量，夏季的白天阳光非常强烈，所述屋面本体300在太阳光的照射下吸收了大量的热量，造成所述顶层室内炎热，即使在具有空调制冷的条件下，所述屋面本体300内表面产生的热辐射仍会给人造成难以接受的烘烤感；而设置在所述空气间层400中的热辐射阻挡膜600则可以非常有效地阻挡绝大部分所述屋面本体300内表面产生的热辐射，最终阻止室外的太阳辐射进入室内；二是排出室内的热量，位于所述主风道800处的风井或无动力风帽，或位于风道孔810处的换气扇可以加快所述外空气间层400b和/或所述内空气间层400a的空气对流，迅速带走逐渐积聚在所述屋面本体300内侧的热量，降低室内温度。

而到了冬季的时候，则可以装上所述通风口710处的封条700，关闭位于所述主风道800上的所述风道孔810，如果在所述风道孔810处配备的是换气扇，还可关闭该换气扇，所述空气间层400处于封闭的工况下，由此可起到很好的保温效果；而且所述热辐射阻挡膜600将所述屋面本体300内侧的空气间层400分割成内外两层封闭而静止的外空气间层400b和内空气间层400a，大大减少了因所述空气间层400a和400b两侧温差导致的空气对流，有效地保证了所述空气间层400a和400b内空气的稳定性，降低了因所述空气间层400a和400b内空气流动引起的热量损失，此外，所述热辐射阻挡膜600还可以有效地阻止所述顶层室内的热量辐射散发出去，从而提高了建筑屋面在冬季时的热工性能。

结合建筑产业化要求，本发明还可以采用预制模块现场装配的实施方式。如附图1和2所示，可先将所述热辐射阻挡膜600设置在一组与所述屋面本体300相适配的框架内，再将所述组件设置在所述屋面本体300的内壁上，最后在所述框架内侧设置室内面板500。框架内部通过支撑、夹固等方法悬设所述热辐射阻挡膜600，由此，所述外空气间层400b由所述屋面本体300内壁、所述热辐射阻挡膜600外侧的表面和所述框架表面组成；而所述内空气间层400a则由所述热辐射阻挡膜600内侧的表面、所述室内面板外侧的表面和所述框架表面组成。

与没有所述热辐射阻挡膜600的空气间层400相比，中悬热辐射阻挡膜600的空气间层400具有双层的构造，对于具有同等厚度但只有一层的空气间层400而言，减少了内部空气对流引起的热量损失，保证了内部空气的稳定性，提高了保温性能，改善了建筑屋面在冬季时的热工性能；此外，所述热辐射阻挡膜600具有的高反射率、低发射率，阻挡所述屋面本体300与所述室内面板500之间的辐射换热，例如在夏季能有效地阻挡所述屋面本体300对所述室内空间造成的热辐射，在冬季能有效地阻止所述室内面板500的热辐射向室外流失；而且在夏季时所述内空气间层400a和/或所述外空气间层400b的热空气还可以在通风工况下，由所述通风口710经所述主风道800从所述风道孔810排出，以带走所述室内空间内的热量。

本发明的中悬膜空气间层400a和400b构造，在夏季时的作用相当于低发射率屋面与通风屋面的组合，日间及夜间的降温隔热功能均良好，且有节约空间的优势；而在冬季时的功能则结合了低发射率膜与非竖直空气间层，并克服了非竖直空气间层400下部温度较高时，其内的空气产生强烈对流从而降低保温性能的问题，保证了空气间层400内空气的安定性，因而具有良好的保温性能。本发明的建筑屋面通过调整空气间层400的使用方式，能够满足夏热冬冷地区的热工和节能要求，而在对冬季保温无要求的夏热冬暖地区也同样适用，因此，在广大的中国南方地区具有普遍的适用性和推广价值。

为证明本发明在所述屋面本体300内侧设置一具有封闭和通风两种工况的空气间层400的实际效果，以及在所述空气间层400中悬设所述热辐射阻挡膜600的热工性能，下面仍以斜屋面为例，详细介绍实际运用到中国南方某城市某住宅顶层复式单位的坡屋面改造项目。

该住宅位于江苏省南通市，属于典型的夏热冬冷气候地区，所述住宅原建筑屋面采用的是3毫米厚带颗粒的深蓝色玻纤沥青瓦+40毫米厚的水泥聚苯颗粒保温层+钢筋砼斜结构板，其热传导系数的理论计算值为1.3W/m²·K，热惰性指标的理论计算值为2.04；而参照现行的《江苏省民用建筑热环境与节能设计标准》，当太阳辐射吸收系数ρ＞0.7时，热惰性指标＜3时，屋面传热系数应小于0.7W/m²·K；可以发现该住宅原建筑屋面的构造远不能达到标准所要求的热工性能，因此冬季保温不足，热量散发快，室内热舒适性差；而夏季隔热效果差，太阳辐射造成热量聚集，室内温度高于室外，使用这种建筑势必要消耗掉大量的能源，增加碳排放，对生态环境不利。

为此，本发明对所述住宅中的两间进行了如附图1所示的绿色改造，以此作为实验房间，并与原有建筑屋面的房间A进行比对：第一种方案是在原有钢筋砼屋面的内壁上设置36毫米厚的空气间层400，室内面板采用25毫米厚的挤塑聚苯板制作，该挤塑聚苯板的表观密度小于15kg/m²，可作为附加保温层，设定为房间B；第二种方案是在前一种方案的基础上，在所述空气间层400中悬设一抛光铝箔类的金属隔热膜，并将所述空气间层400分成厚度均为18毫米的内外两层空气间层400a和400b，设定为房间C，具体的，如附图2所示，可将所述金属隔热膜夹设在相适配的内外两层龙骨之间，所述龙骨的水平间距为450毫米；与此同时，所述两种改造方案均需要设置主风道800及其风道孔810，通风口710及其封条700等，以使所述空气间层400可工作在封闭和通风两种不同的工况下。

在冬季，由于气候的缘故，中国南方的大部分城市不像北方的城市，并没有集中供暖设施，因此，所述房间A、B和C均设置无采暖，同时，由于房间A中住有人，房间B和C无人住，为了比对的准确性，采用了以房间屋顶内表面温度而不是房间室内温度为监测对象进行比对，由此尽可能避免因房间住有人和无人住所产生的影响，而采集屋顶内表面温度也能够较为准确地反映建筑屋面改造前后的优劣。

因冬季的时候室内外温差较大，故可近似为稳定传热，根据稳定传热公式：

q = \frac{t_{i} - t_{e}}{R_{0}} = \frac{t_{i} - t_{e}}{R_{i} + ΣR + R_{e}}

(公式1)

当屋面或围护结构的总传热阻R₀增大时，热流量q减小，意味着屋面或围护结构的热量损失降低，将具有更好的保温和节能效果；在上述公式1中，q为热流量，单位W/m²；t_i为室内气温、t_e为室外气温，单位均为℃；R₀为屋面或围护结构传热阻、∑R为屋面或围护结构导热阻、R_e为外表面换热阻，单位均为m²·K/W。

而在室外气温一定的条件下，上述公式1可转换为：

θ_i＝t_e+q×(∑R+R_e)(公式2)

在公式2中，θ_i为屋面或围护结构的内表面温度，单位℃；所述公式2说明，在冬季室外温度变化较小且与室内温度差距较大时，屋面或围护结构的热阻越大，其保温性能越好，其内表面温度越高；从某种意义上讲，屋面内表面温度也体现了建筑屋面热工性能的优劣，冬季的时候屋面内表面温度较高，也会使室内空间居住具有更好的热舒适性。

屋顶内表面温度的采集可选在2009年1月底至2月初进行，所述房间A、B和C的屋面外侧构造相同，区别仅仅在于，所述房间B在混凝土结构板的内侧设置了空气间层400，而所述房间C不但在混凝土结构板的内侧设置了空气间层400，还在该空气间层400中悬设了金属隔热膜；温度采集在四天内不同的时刻进行，然后将四次采集的屋顶内表面温度数据连成线条绘制在同一张图上进行比对，如附图4所示，数据显示，采用空气间层400的房间B的屋顶内表面温度要高于无空气间层400的房间A，而采用中悬膜空气间层400的房间C的屋顶内表面温度要高于房间B；同时考虑到房间B和C无人住，其室内气温比房间A低1～2℃，但在早上7点半的时候，房间B和C的屋顶内表面温度比房间A高2～3℃，证明空气间层400构造具有较大的表观热阻值，中悬膜空气间层400构造具有更大的表观热阻值，凸显封闭工况下空气间层400良好的热工性能；如附图4所示，室外温度越低，或者室内与室外温差越大，空气间层400或中悬膜空气间层400的构造的热工优势也越为明显。

而在夏季，考虑到在晴天时太阳的辐射强烈，所述金属隔热膜所起的隔热作用权重较大，所以仅以原有建筑屋面的房间A与在同样的建筑屋面内侧增加中悬膜空气间层400的房间C进行比对，而仅采用空气间层400的房间B的热工性能显然介于二者之间。

具体的，当所述空气间层400工作在通风工况下，采用围护结构热流计式巡检仪检测房间A和C屋顶内表面的温度及其热流大小，在此基础上计算出表观传热系数，并绘出屋顶内外表面温度变化曲线图，屋顶内表面温度的采集可选在2009年5月中旬进行，温度采集在同一天进行，每隔5分钟采集一次温度数据，如附图5所示，数据显示，在室外气温与太阳辐射的共同影响下，房间A的屋顶外表面温度在一天当中变化明显，但是房间C的屋顶内表面温度随着时间的推移，其变化幅度较为平稳，振幅明显低于房间A的屋顶内表面温度的振幅；而且房间C的屋顶内表面温度在早上和晚上的时候均要低于房间A的屋顶内表面温度，可见，中悬膜空气间层400构造确实提升了建筑屋面在夏季时的热工性能，隔热能力显著提升。

再如附图6所示，采用了中悬膜空气间层400构造的房间C的屋顶内表面热流，与原有建筑屋面构造的房间A的屋顶内表面热流相比，不仅房间C的屋顶内表面热流平均值要小于房间A的屋顶内表面热流平均值，而且在正午附近房间C的屋顶内表面瞬时热流也只有房间A的屋顶内表面瞬时热流的一半左右，说明房间C所采用的中悬膜空气间层400能大大减少日间室外热量向室内的传递；而在夜间，当屋顶内表面温度高出其外表面温度时，采用中悬膜空气间层400构造的热流大小又与原有建筑屋面构造的热流基本持平，同样不影响通过建筑屋面向室外散热。

最后如附图7所示，从温度采集数据的汇总表可知，原有的建筑屋面采用了中悬膜空气间层400后，各项性能指标均有所改善，表观传热系数也满足了当地建筑的标准要求，总衰减度指标的大幅提升也反映了改造后的建筑屋面整体隔热性能的显著提升。

工业实用性

由于中国属于尚欠发达的发展中国家，在大部分地区存在有大量的高能耗高排放的既有建筑，国家自然科学基金组织也在大力倡导和资助对南方地区既有建筑的绿色改造和研究；而本发明的空气间层400构造，尤其是中悬膜的空气间层400构造，不仅可以用于新建建筑施工，同样也非常适合对大量既有的建筑进行绿色改造，这在建筑的节能减排，建设绿色低碳城市等方面具有较为重要的实用价值和使用意义。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种具有空气间层的建筑屋面，包括一屋面本体，位于建筑物的顶部，用于与该建筑物的墙体相连接形成一室内空间；其特征在于，在所述屋面本体的内表面上设置有一空气间层；所述空气间层工作在封闭或通风两种工况；在封闭工况下的所述空气间层用于所述室内空间的保温；在通风工况下的所述空气间层用于所述室内空间的隔热。

2.根据权利要求1所述的建筑屋面，其特征在于，在所述空气间层中沿所述屋面本体方向设置一热辐射阻挡膜，所述热辐射阻挡膜与所述屋面本体间隔设置，用于阻挡所述热辐射阻挡膜两侧的辐射换热。

3.根据权利要求2所述的建筑屋面，其特征在于，所述热辐射阻挡膜设置为具有金属箔层的薄膜。

4.根据权利要求2所述的建筑屋面，其特征在于，在所述屋面本体的内侧设置有室内面板；在所述室内面板与所述屋面本体之间设置有相互适配的外层龙骨和内层龙骨；所述热辐射阻挡膜设置在所述外层龙骨与所述内层龙骨之间。

5.根据权利要求4所述的建筑屋面，其特征在于，所述外层龙骨和所述内层龙骨沿所述空气间层内空气的流动方向设置。

6.根据权利要求2所述的建筑屋面，其特征在于，所述热辐射阻挡膜位于所述空气间层中间的位置，用于将所述空气间层分成外空气间层和内空气间层两部分。

7.根据权利要求1所述的建筑屋面，其特征在于，在所述空气间层的一端设置有主风道，在所述主风道上设置有风道孔；在所述空气间层的另一端设置有通风口，并设置一可拆卸的封条适配所述通风口。

8.根据权利要求7所述的建筑屋面，其特征在于，在所述主风道上还设置有风井，用于辅助工作在通风工况下的所述空气间层拔风。

9.根据权利要求7所述的建筑屋面，其特征在于，所述屋面本体斜向设置形成斜屋顶；所述主风道位于所述斜屋顶的屋脊处且水平设置；所述通风口位于所述屋面本体与所述墙体交界处；所述封条水平设置。

10.根据权利要求2至8中任一所述的建筑屋面，其特征在于，所述屋面本体设置为钢筋混凝土结构板。