屋顶保温隔热蒸发与冷却分析解析
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屋顶的保温、隔热与蒸发冷却
屋顶类型
1
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目录
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屋顶的保温与隔热 绿色建筑实例分析
屋顶蒸发冷却技术
屋顶类型
• 按屋面的坡度和形式，屋顶主要分 为以下三种类型: ①平屋顶 ②坡屋顶 ③曲面屋顶
屋顶的保温与隔热
屋顶保温
国内 • 粉煤灰屋面保温材料：粉煤灰 做屋面保温材料, 是将粉煤灰 、水泥和水经搅拌, 加工成型 而成, 预制、现浇均可。该材 料在性能上可满足一般屋面保 温要求。 • 蛭石屋面保温隔热层：具有密 度小, 导热系数低, 防火、防 腐、化学性质稳定, 无毒无味 等特点, 广泛应用于屋面保温 隔热。 国外 • 尖顶保温：尖顶空间阁楼内可铺设 玻璃棉毡、岩棉毡或聚苯板等, 也 可喷入玻璃棉、岩棉、矿棉等纤维 材料, 一般厚150 ～ 200mm , 其传 热系数多在0.2 ～ 0.3W/(m2·K)之 间。 • 节能屋面瓦：美国建材协会在房屋 建设中应用了一种控温屋面瓦。这种 瓦具有冬季能保持室温, 夏季能使室 内凉爽的特点。这种控温瓦是在瓦下 安置高效电池, 以调节环境温度。
平屋顶常见的隔热方式有四种，分别是： 架空隔热层 蓄水隔热屋面 种植隔热屋面 反射降温屋面
架空隔热层：在屋顶中设置通风 间层，使上层标表面起着遮挡阳 光的作用，利用风压和热压作用 把中间层的热空气不断带走，以 减少传到的热量，从而达到隔热 降温的目的。一般有架空通风隔 热屋面和顶棚通风隔热屋面两种 做法。 蓄水隔热屋面：可隔热又可保温 ，还能保护防水层，延长防水材 料的寿命。在屋顶蓄积一层水， 利用水蒸发时需要大量的汽化热 ，从而大量消耗晒到屋面的太阳 辐射，以减少屋顶吸热的热能， 从而达到降温隔热的目的。
案例分析
该建筑从平面布局到窗户的设置 、朝向、遮阳构造、墙体的构造等无 不体现被动式建筑设计的思想，使建 筑空间最大限度地减少了对制冷或取 暖的能源需求。 由于中庭面积较大，通过技术比 较，选择了对大型空间降温效果明显 的PDEC技术，并取得了非常满意的降 温效果，也成为了PDEC建筑的成功典 范。
吸湿被动蒸发屋面
吸湿蒸发冷却屋顶的基本原理是在 屋顶防水层上表面覆盖一层吸湿性 多孔材料, 根据空气湿度的变化规 律, 白天多孔材料蒸发散湿蓄热、 夜间多孔材料吸湿再生, 从而达到 降温隔热的目的, 实质仍是水分的 蒸发降温隔热。同时, 由于多孔材 料的导热系数相对较小, 当保温隔 热层厚度适当时, 其保温性能可以 满足夏热冬冷地区对屋顶保温隔热 性能的要求。
中庭设计的目的和降温系统选择
剖面图
制冷塔温度测试结果
中庭成为沙漠绿洲和调节微气候的热交换空间，而不 仅是交通空间。采用内中庭设计避免了其完全暴露在室外 酷热环境下，减少了中庭热集聚，中庭内局部空间下沉 2.5m，与其北边和西边底层覆土建筑相邻也降低了中庭下 部区域室内基础温度。冷却塔产生的冷空气从塔底进入中 庭，故中庭上部的空气温度虽较高，但由于冷却塔靠近人 员主要停留空间附近，因此人员活动区的空气温度非常舒 适。该降温系统的设计原则是只为需要降温的空间服务， 因此既满足了舒适要求又节约了能源。
种植隔热屋面：在屋顶上种植植 物，利用植被的蒸腾的光合作用 ，吸收太阳辐射热，从而达到降 温隔热的目的。种植隔热屋面构 造与刚性防水屋面基本相同，所 不同的是需要增设挡墙和种植介 质。
反射降温屋面：利用材料的颜色 和光滑度对热辐射的反射作用， 将一部分热量反射回去，从而达 到降温的目的。
屋顶蒸发与冷却技术
绿色建筑实例分析
布劳斯坦沙漠建筑研究中心
The Blaustein International Center for Desert Studies
布劳斯坦沙漠建筑研究中心位于 以色列内盖夫高地，该地区夏季日 平均最高气温32℃，相对湿度则很 低，只有20%～30%。冬季最冷月室 外平均温度9.3℃，全年太阳辐射量 大，属于典型的干热气候区。 沙漠研究中心是一个1～3层的 多功能综合楼，总建筑面积1600㎡ ，中庭面积500㎡。中庭将学院图书 馆、教室、办公室、计算机房、咖 啡厅和访问人员宿舍等空间有机组 织在其周围，在周边荒芜的沙漠地 区创造了一个树木茂盛、充满生机 的半热带植物花园空间。
中庭
建筑设计原则
• 气候适应性
冬季： 中庭是温室，将太阳能热量引入并储存在建 筑中，通过外墙保温材料和减小外墙面积使 热量不易流失。 夏季： ①外墙保温材料在此时成为良好的隔热材料 ，同时外墙白色光滑抹灰能够将70%～80%的 太阳辐射反射掉。 ②窗户开启方向和面积有利于通风和减少热 集聚，通风口位于当地夏季主导风的北向， 而最不利的东西向则没有设开口。 ③中庭玻璃采光顶棚则通过遮阳和特殊制作 的玻璃来减少太阳辐射向室内的热传递。
倒置式屋顶
正置式屋面（外保温屋顶）是将保温层设在结 构层之上、防水层之下而形成封闭式保温层。
倒置式屋面保温:是将保温层设置在防水层之 上，形成敞露式保温层。也叫做外置式保温。
屋顶隔热
坡屋顶隔热方式有2种： 一是在屋顶上做架空通风隔热层，如架空预制板、混凝土山形板 、钢筋混凝土半圆拱、双层瓦屋面等。 另一种是利用吊顶棚内的空间做通风间层，设置一定数量的通风 孔，使吊顶棚内的空气能迅速对流。
PDEC
被动式蒸发冷却下向通风降温技术 （PDEC，Passive Evaporative Downdraught Cooling）源于对埃 及、中东等气候干热地区传统降温 通风技术的现代创新。自从1986年 第一栋PDEC实验房在美国亚利桑那 州建成并取得突破性研究成果后， PDEC技术开始在建筑中得到应用和 研究。目前 PDEC技术已经被证明 是干热地区替代常规空调的一种被 动式降温技术。
多孔材料蓄水屋面
根据蓄水屋面的隔热机理,在建筑 屋面上铺设一层多孔材料, 如松散 的砂层或固体的加气混凝土层等。 此层材料在人工淋水或天然降水以 后蓄水。当受太阳辐射和室外空气 的换热作用时, 材料层中的水分会 逐渐迁移至多孔材料层的上表面蒸 发带走大量的汽化潜热。这一过程 有效地遏制了太阳辐射或大气高温 对屋面的不利作用, 达到蒸发冷却 屋面的目的, 同时多孔材料自身热 阻也起到较好的隔热作用。
屋顶类型
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目录
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屋顶的保温与隔热 绿色建筑实例分析
屋顶蒸发冷却技术
屋顶类型
• 按屋面的坡度和形式，屋顶主要分 为以下三种类型: ①平屋顶 ②坡屋顶 ③曲面屋顶
屋顶的保温与隔热
屋顶保温
国内 • 粉煤灰屋面保温材料：粉煤灰 做屋面保温材料, 是将粉煤灰 、水泥和水经搅拌, 加工成型 而成, 预制、现浇均可。该材 料在性能上可满足一般屋面保 温要求。 • 蛭石屋面保温隔热层：具有密 度小, 导热系数低, 防火、防 腐、化学性质稳定, 无毒无味 等特点, 广泛应用于屋面保温 隔热。 国外 • 尖顶保温：尖顶空间阁楼内可铺设 玻璃棉毡、岩棉毡或聚苯板等, 也 可喷入玻璃棉、岩棉、矿棉等纤维 材料, 一般厚150 ～ 200mm , 其传 热系数多在0.2 ～ 0.3W/(m2·K)之 间。 • 节能屋面瓦：美国建材协会在房屋 建设中应用了一种控温屋面瓦。这种 瓦具有冬季能保持室温, 夏季能使室 内凉爽的特点。这种控温瓦是在瓦下 安置高效电池, 以调节环境温度。
平屋顶常见的隔热方式有四种，分别是： 架空隔热层 蓄水隔热屋面 种植隔热屋面 反射降温屋面
架空隔热层：在屋顶中设置通风 间层，使上层标表面起着遮挡阳 光的作用，利用风压和热压作用 把中间层的热空气不断带走，以 减少传到的热量，从而达到隔热 降温的目的。一般有架空通风隔 热屋面和顶棚通风隔热屋面两种 做法。 蓄水隔热屋面：可隔热又可保温 ，还能保护防水层，延长防水材 料的寿命。在屋顶蓄积一层水， 利用水蒸发时需要大量的汽化热 ，从而大量消耗晒到屋面的太阳 辐射，以减少屋顶吸热的热能， 从而达到降温隔热的目的。
案例分析
该建筑从平面布局到窗户的设置 、朝向、遮阳构造、墙体的构造等无 不体现被动式建筑设计的思想，使建 筑空间最大限度地减少了对制冷或取 暖的能源需求。 由于中庭面积较大，通过技术比 较，选择了对大型空间降温效果明显 的PDEC技术，并取得了非常满意的降 温效果，也成为了PDEC建筑的成功典 范。
吸湿被动蒸发屋面
吸湿蒸发冷却屋顶的基本原理是在 屋顶防水层上表面覆盖一层吸湿性 多孔材料, 根据空气湿度的变化规 律, 白天多孔材料蒸发散湿蓄热、 夜间多孔材料吸湿再生, 从而达到 降温隔热的目的, 实质仍是水分的 蒸发降温隔热。同时, 由于多孔材 料的导热系数相对较小, 当保温隔 热层厚度适当时, 其保温性能可以 满足夏热冬冷地区对屋顶保温隔热 性能的要求。
中庭设计的目的和降温系统选择
剖面图
制冷塔温度测试结果
中庭成为沙漠绿洲和调节微气候的热交换空间，而不 仅是交通空间。采用内中庭设计避免了其完全暴露在室外 酷热环境下，减少了中庭热集聚，中庭内局部空间下沉 2.5m，与其北边和西边底层覆土建筑相邻也降低了中庭下 部区域室内基础温度。冷却塔产生的冷空气从塔底进入中 庭，故中庭上部的空气温度虽较高，但由于冷却塔靠近人 员主要停留空间附近，因此人员活动区的空气温度非常舒 适。该降温系统的设计原则是只为需要降温的空间服务， 因此既满足了舒适要求又节约了能源。
种植隔热屋面：在屋顶上种植植 物，利用植被的蒸腾的光合作用 ，吸收太阳辐射热，从而达到降 温隔热的目的。种植隔热屋面构 造与刚性防水屋面基本相同，所 不同的是需要增设挡墙和种植介 质。
反射降温屋面：利用材料的颜色 和光滑度对热辐射的反射作用， 将一部分热量反射回去，从而达 到降温的目的。
屋顶蒸发与冷却技术
绿色建筑实例分析
布劳斯坦沙漠建筑研究中心
The Blaustein International Center for Desert Studies
布劳斯坦沙漠建筑研究中心位于 以色列内盖夫高地，该地区夏季日 平均最高气温32℃，相对湿度则很 低，只有20%～30%。冬季最冷月室 外平均温度9.3℃，全年太阳辐射量 大，属于典型的干热气候区。 沙漠研究中心是一个1～3层的 多功能综合楼，总建筑面积1600㎡ ，中庭面积500㎡。中庭将学院图书 馆、教室、办公室、计算机房、咖 啡厅和访问人员宿舍等空间有机组 织在其周围，在周边荒芜的沙漠地 区创造了一个树木茂盛、充满生机 的半热带植物花园空间。
中庭
建筑设计原则
• 气候适应性
冬季： 中庭是温室，将太阳能热量引入并储存在建 筑中，通过外墙保温材料和减小外墙面积使 热量不易流失。 夏季： ①外墙保温材料在此时成为良好的隔热材料 ，同时外墙白色光滑抹灰能够将70%～80%的 太阳辐射反射掉。 ②窗户开启方向和面积有利于通风和减少热 集聚，通风口位于当地夏季主导风的北向， 而最不利的东西向则没有设开口。 ③中庭玻璃采光顶棚则通过遮阳和特殊制作 的玻璃来减少太阳辐射向室内的热传递。
倒置式屋顶
正置式屋面（外保温屋顶）是将保温层设在结 构层之上、防水层之下而形成封闭式保温层。
倒置式屋面保温:是将保温层设置在防水层之 上，形成敞露式保温层。也叫做外置式保温。
屋顶隔热
坡屋顶隔热方式有2种： 一是在屋顶上做架空通风隔热层，如架空预制板、混凝土山形板 、钢筋混凝土半圆拱、双层瓦屋面等。 另一种是利用吊顶棚内的空间做通风间层，设置一定数量的通风 孔，使吊顶棚内的空气能迅速对流。
PDEC
被动式蒸发冷却下向通风降温技术 （PDEC，Passive Evaporative Downdraught Cooling）源于对埃 及、中东等气候干热地区传统降温 通风技术的现代创新。自从1986年 第一栋PDEC实验房在美国亚利桑那 州建成并取得突破性研究成果后， PDEC技术开始在建筑中得到应用和 研究。目前 PDEC技术已经被证明 是干热地区替代常规空调的一种被 动式降温技术。
多孔材料蓄水屋面
根据蓄水屋面的隔热机理,在建筑 屋面上铺设一层多孔材料, 如松散 的砂层或固体的加气混凝土层等。 此层材料在人工淋水或天然降水以 后蓄水。当受太阳辐射和室外空气 的换热作用时, 材料层中的水分会 逐渐迁移至多孔材料层的上表面蒸 发带走大量的汽化潜热。这一过程 有效地遏制了太阳辐射或大气高温 对屋面的不利作用, 达到蒸发冷却 屋面的目的, 同时多孔材料自身热 阻也起到较好的隔热作用。