CN117385973A - 一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统及其构建方法，属于建筑施工技术领域，解决了现有寒冷地区蓄水屋面采用水循环防冻措施的能耗大，或者，工程量大、所需空间大；以及，采用添加防冻剂的防冻措施的成本高且不适用于大面水池防冻的问题。其中，北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统包括：水池，水池设于建筑屋顶，用于储存景观水体；水池具有水池侧壁和水池底壁；加热装置，加热装置设于水池侧壁上，被配置为对水池侧壁的周围水体进行加热；控制器，控制器与加热装置控制连接，被配置为当室外温度低于0℃时开启加热装置，并将加热温度控制在1℃~5℃。本申请降低了水变冰对水池侧壁产生的侧向推力荷载，而且降低了能耗。

Description

一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统及其构建方法

技术领域

本申请属于建筑施工技术领域，具体而言涉及一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统及其构建方法。

背景技术

蓄水屋面作为一项隔热措施，一般应用于南方炎热地区的民用建筑，北方寒冷地区较少应用。然而，随着绿色建筑理念在设计中的比重加大，水景作为一项重要的绿色造景手法越来越多的应用于公共建筑中，景观水池设置于屋面的设计形式也日益多起来。

由于水在变成冰的过程中，体积会变大，会对水池的侧壁造成损坏。蓄水屋面在北方寒冷地区较少使用，其中一个重要原因是水反复冻融对结构造成较大危害，影响结构的使用寿命。

目前现有蓄水屋面的防冻方式有以下两种：第一种是利用水循环系统，可以有效地防止景观水结冻，但设备运行需要大量的能源消耗；或者，让景观水循环至地下蓄水池，再通过与土壤的换热解决防冻需求，这种方式能源消耗小，但是需要设计满足屋顶水体总量的地下蓄水池，工程量大，所需空间要求也大。第二种方式是在景观水中增加防冻剂，比如乙二醇、盐等，用来降低水的结冰点，但是因耗费大量防冻剂，成本高，并且不能保证效果，不适用于大面积景观水池。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统及其构建方法，用以解决现有寒冷地区蓄水屋面采用水循环防冻措施的能耗大，或者，工程量大、所需空间大；以及，采用添加防冻剂的防冻措施的成本高且不适用于大面水池防冻的问题中的一者或多者。

本发明的目的是这样实现的：

一方面，提供一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，包括：

水池，所述水池设于建筑屋顶，用于储存景观水体；所述水池具有水池侧壁和水池底壁；

加热装置，所述加热装置设于所述水池侧壁上，被配置为对所述水池侧壁的周围水体进行加热；

控制器，所述控制器与所述加热装置控制连接，被配置为当室外温度低于0℃时开启所述加热装置，并将加热温度控制在1℃~5℃。

进一步地，所述加热装置包括融雪板，所述融雪板设置在所述水池侧壁的内壁面上。

进一步地，所述加热装置还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器被配置为监测所述融雪板的加热温度，所述第二温度传感器被配置为监测室外环境温度。

进一步地，所述水池的开口呈外扩状，所述水池的纵向截面为梯形，所述融雪板铺设在所述梯形的斜边上。

进一步地，所述融雪板与所述水池侧壁之间设有弹性结构，所述弹性结构被配置为使所述融雪板的至少一部分能够在所述景观水体结冰时向所述水池侧壁的方向移动，并在结冰融化后复位。

进一步地，所述弹性结构为弹性层，所述弹性层设置在所述融雪板与所述水池侧壁之间。

进一步地，所述融雪板包括折板和弹性件，所述折板的顶端与所述水池侧壁的顶部连接，所述折板的底端通过所述弹性件与所述水池侧壁的底部连接。

进一步地，所述融雪板包括一整块平板状结构和弹性件，所述融雪板的顶端与所述水池侧壁的顶部铰接，所述融雪板的底端通过所述弹性件与所述水池侧壁的底部连接。

进一步地，所述弹性件为弹簧。

另一方面，提供一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的构建方法，包括如下步骤：

建造钢筋混凝土屋面板和建筑屋顶女儿墙，建筑屋顶女儿墙的顶部超出钢筋混凝土屋面板的顶面预定高度，使钢筋混凝土屋面板和建筑屋顶女儿墙形成凹形空间；

在凹形空间的底壁由下上向上依次铺设有屋顶找坡层、防水找平层、屋顶防水层、砂浆隔离层、水池底壁、防水隔水层和水池面层；在凹形空间的侧壁建造水池侧壁，并在水池侧壁的内壁面设置防水隔水层；

在所述水池侧壁的防水隔水层上安装加热装置。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a）本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，从受力及节能角度，允许屋顶景观水体结冰，并通过加热装置给水池侧壁低温加热的方式，控制结冰顺序：先中央，后池边；先水面，后水下，最终允许水池完全结冰，降低水变冰对水池侧壁产生的侧向推力荷载，而且降低了能耗。

b）本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，通过增大水池侧壁的受力薄弱处截面，来进一步减小水池侧壁受到的压力，进而能进一步节约能耗。

c）本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，通过在融雪板与所述水池侧壁之间设置弹性结构，使得融雪板能够在水体结冰时向水池侧壁方向发生一定的移动，从而能够进一步减小水池侧壁受到的压力，进而能进一步节约能耗。

d）本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的构建方法，施工简单，造价成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的结构示意图一；

图2为本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的结构示意图二；

图3为本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的结构示意图三；

图4为本发明提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的结构示意图四。

附图标记：

1-水池侧壁；2-水池底壁；3-景观水体；4-加热装置；41-融雪板，42-第一温度传感器，43-防水公母连接线；44-防水公母连接器；45-弹性件；46-折板空腔；5-水池面层；6-防水砂浆；7-弹性层；8-建筑屋顶女儿墙；9-钢筋混凝土屋面板；10-屋顶找坡层；11-防水找平层；12-屋顶防水层；13-砂浆隔离层；14-聚氨酯防水涂料。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合、分离、互换和/或重新布置。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1至图4所示，公开了一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，包括：

水池，所述水池设于建筑屋顶，用于储存景观水体3；所述水池具有水池侧壁1和水池底壁2；

加热装置4，所述加热装置4设于所述水池侧壁1上，被配置为对所述水池侧壁1的周围水体进行加热；

控制器，所述控制器与所述加热装置4控制连接，被配置为当室外温度低于0℃时开启所述加热装置4，并将加热温度控制在1℃~5℃。具体而言，当室外温度低于至0℃时，打开加热装置4，控制加热温度为0℃偏上，以池壁边水面不结冰或晚结冰为目的。在这个过程中，加热装置4的发热温度控制在1℃~5℃，仅在气温低于0℃的时间段开启，以此方式来控制水池结冰的顺序：先中央，后池边；先水面，后水下。水面漂浮的冰块，对结构池壁影响较小。

与现有技术相比，本实施例提供的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，通过在水池侧壁1设置加热装置4，能将水变成冰的时间延长，控制结冻过程，减小或消除水变冰造成的体积变大对水池侧壁的水平推力，即使最终水面完全结冻（四壁除外），对水池侧壁1的推力也趋近于0，从而有效解决了结冻问题，避免因水体结冻对水池侧壁造成损坏；相对于现有技术中利用水循环系统防止景观水结冻的技术方案，本实施例通过控制器控制加热装置4的控温手段，控制水体结冰过程，使水池侧壁不结冰或晚结冰，显著降低了能耗。

本实施例中，所述加热装置4包括融雪板41及其加热连接构件，所述融雪板41设置在所述水池侧壁1的内壁面上。所述加热装置4还包括第一温度传感器42和第二温度传感器，所述第一温度传感器42被配置为监测所述融雪板41的加热温度，所述第二温度传感器被配置为监测室外环境温度；第一温度传感器42和第二温度传感器均与控制器通讯连接，两个温度传感器能够将监测到的温度信息传输至控制器，控制器基于接收到的温度信息以及预设的控制程序，控制加热装置4的运行时间及加热温度。

示例性的，在预设的控制程序中，设置温度为低于0℃时自动开启水池侧壁加热装置，并将加热装置4的加热温度设置在1℃~5℃，使水池侧壁周围水体温度达到0℃以上；当空气温度持续低于0℃ 超过当地全年1/2平均结冰天数且空气温度低于当地全年最低月均温度时，关闭加热装置4，允许水池完全结冰。

其中，融雪板的外层采用不锈钢板作为保护层，保护层的内部设有能够加热的电热丝，可以利用硅酮结构胶将融雪板粘贴在聚氨酯防水涂料14靠近水体一侧，也可以利用其他固定工具将融雪板与水池侧壁1连接。加热连接构件包括防水公母连接线43和防水公母连接器44，均采用金属材料防护，具有防水、防老化、防紫外线、防腐蚀等特点。

在其中一种可选实施方式中，通过增大水池侧壁1的受力薄弱处截面，来进一步减小水池侧壁受到的压力，也就能进一步节约能耗。具体而言，将所述水池的开口设置呈外扩状的结构，如图2所示，所述水池的纵向截面为梯形，增强侧墙根部水池侧壁1的厚度，所述融雪板41铺设在所述梯形的斜边上，铺满整个水池侧壁。

在其中一种可选实施方式中，融雪板41与所述水池侧壁1之间设有弹性结构，所述弹性结构被配置为使所述融雪板41的至少一部分能够在所述景观水体3结冰时向所述水池侧壁1的方向移动，并在结冰融化后复位。通过在融雪板41与所述水池侧壁1之间设置弹性结构，使得融雪板41能够在水体结冰时向水池侧壁方向发生一定的移动，从而能够进一步减小水池侧壁受到的压力，也就能进一步节约能耗。

本实施例中，弹性结构包括但不限定于以下两种结构：

第一种弹性结构为弹性层7，如图3所示，所述弹性层7设置在所述融雪板41与所述水池侧壁1之间，给水池侧壁增加弹性性能。可选的，弹性层7为挤塑聚苯板。

第二种弹性结构为弹性件5，根据融雪板的结构不同又可以分为两种方案：

如图4所示，第一种结构的融雪板41包括折板和弹性件45，所述折板的顶端与所述水池侧壁1的顶部连接，所述折板的底端通过所述弹性件45与所述水池侧壁1的底部连接，这样就使得折板具有弹性性能，能够在水体结冰体积变大时，折板通过压缩折叠来控制结冻过程，减小水变冰造成的体积变大对水池侧壁的水平推力。可选的，折板由多块矩形板连接而成，相邻两块矩形板之间通过扭簧连接，相邻两块矩形板之间的下方空间形成折板空腔46，折板空腔46为折板的折叠压缩提供空间，所以，当景观水体结冰时，能够提供缓冲空间，从而能够减小水池侧壁受到的压力，也就能进一步节约能耗。其中，折板的顶端与所述水池侧壁1的顶部可以固定连接，也可以铰接。

第二种结构的融雪板41包括一整块平板状结构和弹性件45，所述融雪板41的顶端与所述水池侧壁1的顶部铰接，所述融雪板41的底端通过所述弹性件45与所述水池侧壁1的底部连接。

本实施例中，所述弹性件45可以采用弹簧，也可以采用弹性折叠板，以及其他形式的弹性结构，能够在池水发生结冰过程中，使压融雪板41向水池侧壁1的方向移动一定距离即可，能够满足水池内水体完全结冰后，不会破坏水池侧壁1。

示例性的，弹性件45为弹簧，弹簧的两端分别连接融雪板41的底端和水池侧壁1的底部。

示例性的，所述弹性件45为弹性折叠板，弹性折叠板的两端分别连接融雪板41的底端和水池侧壁1的底部，弹性折叠板能够向水池侧壁1的方向折叠，向水池中心的位置展开，而且，弹性折叠板与融雪板41和水池侧壁1之间形成可压缩且密封的折板空腔46，这样能够避免池水进入融雪板41和水池侧壁1之间的折板空腔46，进而避免此位置发生结冰造成融雪板41的移动功能失效，进而保证防冻系统的工作可靠性。进一步地，融雪板41的顶部位置还设有出气孔，以在密封空间被结冰压缩时，弹性弹性折叠板与融雪板41能够正常折叠和移动。

本实施例中，水池建设在建筑屋顶的钢筋混凝土屋面板9与建筑屋顶女儿墙8形成凹形空间内。钢筋混凝土屋面板9上依次设有屋顶找坡层10、防水找平层11、屋顶防水层12和砂浆隔离层13；所述水池底壁2设于所述砂浆隔离层13上，所述水池侧壁1贴着所述建筑屋顶女儿墙8建造。所述水池侧壁1与所述建筑屋顶女儿墙8之间设有防水隔水层。水池侧壁1由钢筋混凝土浇筑，并施工20mm厚的防水砂浆6进行抹面，在防水砂浆6上涂抹聚氨酯防水涂料14。

本实施例中，所述水池底壁2的顶面设有水池面层5，所述水池面层5与所述水池底壁2之间设有防水隔水层。所述水池的外沿顶面也设有水池面层5。

在其中一种可选实施方式中，防水隔水层包括防水砂浆6和/或聚氨酯防水涂料14。

本实施例还提供了上述一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的构建方法，包括如下步骤：

建造钢筋混凝土屋面板9和建筑屋顶女儿墙8，建筑屋顶女儿墙8的顶部超出钢筋混凝土屋面板9的顶面预定高度，使钢筋混凝土屋面板9和建筑屋顶女儿墙8形成凹形空间；

在凹形空间的底壁由下上向上依次铺设有屋顶找坡层10、防水找平层11、屋顶防水层12、砂浆隔离层13、水池底壁2、防水隔水层和水池面层5；在凹形空间的侧壁建造水池侧壁1，并在水池侧壁1的内壁面设置防水隔水层；水池侧壁1和水池底壁2均由防水混凝土浇筑而成；

在所述水池侧壁1的防水隔水层上安装加热装置4。

以济南地区为例，通过数据说明本实施例的屋顶水池防冻系统的能耗低。表1为济南近10年气温低于零下的结冰天数统计情况：

表1 济南近10年气温低于零下的结冰天数统计表

根据以上条件，假设屋面水池为一个面积为3.5万平方米，周长约为2.3千米的不规则形状，水体平均深度为0.3米。在不考虑水面向环境散失热量的情况下，比较以下两个方案耗电量的多少。

方案一:整个结冰期内给水池底面整体均匀加热至1℃。

方案二（本方案）：因允许水面部分结冰，所以加热总时长定为3/4个结冰期（也可以定为其他长度的结冰期），加热水量为整个水池的30%（仅供侧壁边水不结冰或少量结冰），给水池侧壁采用融雪板加热至1℃。

表2 方案能耗对比表

由以表2可以看出，与方案二给整个水池进行底壁加热比较，方案一仅在池壁加热，不仅能够缩短加热总时长，并且对降低能耗有明显作用，方案一每年耗电量4180 KW/h，方案二每年耗电仅为709 KW/h。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，包括：

水池，所述水池设于建筑屋顶，用于储存景观水体（3）；所述水池具有水池侧壁（1）和水池底壁（2）；

加热装置（4），所述加热装置（4）设于所述水池侧壁（1）上，被配置为对所述水池侧壁（1）的周围水体进行加热；

控制器，所述控制器与所述加热装置（4）控制连接，被配置为当室外温度低于0℃时开启所述加热装置（4），并将加热温度控制在1℃~5℃。

2.根据权利要求1所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述加热装置（4）包括融雪板（41），所述融雪板（41）设置在所述水池侧壁（1）的内壁面上。

3.根据权利要求2所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述加热装置（4）还包括第一温度传感器（42）和第二温度传感器，所述第一温度传感器（42）被配置为监测所述融雪板（41）的加热温度，所述第二温度传感器被配置为监测室外环境温度。

4.根据权利要求2所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述水池的开口呈外扩状，所述水池的纵向截面为梯形，所述融雪板（41）铺设在所述梯形的斜边上。

5.根据权利要求2至4任一项所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述融雪板（41）与所述水池侧壁（1）之间设有弹性结构，所述弹性结构被配置为使所述融雪板（41）的至少一部分能够在所述景观水体（3）结冰时向所述水池侧壁（1）的方向移动，并在结冰融化后复位。

6.根据权利要求5所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述弹性结构为弹性层（7），所述弹性层（7）设置在所述融雪板（41）与所述水池侧壁（1）之间。

7.根据权利要求5所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述融雪板（41）包括折板和弹性件（45），所述折板的顶端与所述水池侧壁（1）的顶部连接，所述折板的底端通过所述弹性件（45）与所述水池侧壁（1）的底部连接。

8.根据权利要求5所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述融雪板（41）包括一整块平板状结构和弹性件（45），所述融雪板（41）的顶端与所述水池侧壁（1）的顶部铰接，所述融雪板（41）的底端通过所述弹性件（45）与所述水池侧壁（1）的底部连接。

9.根据权利要求8所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统，其特征在于，所述弹性件（45）为弹簧。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的北方寒冷地区建筑屋顶水池防冻系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

建造钢筋混凝土屋面板（9）和建筑屋顶女儿墙（8），建筑屋顶女儿墙（8）的顶部超出钢筋混凝土屋面板（9）的顶面预定高度，使钢筋混凝土屋面板（9）和建筑屋顶女儿墙（8）形成凹形空间；

在凹形空间的底壁由下上向上依次铺设有屋顶找坡层（10）、防水找平层（11）、屋顶防水层（12）、砂浆隔离层（13）、水池底壁（2）、防水隔水层和水池面层（5）；在凹形空间的侧壁建造水池侧壁（1），并在水池侧壁（1）的内壁面设置防水隔水层；

在所述水池侧壁（1）的防水隔水层上安装加热装置（4）。