农居平屋面夏季隔热系统研究

摘要：在平屋面实施绿化、蓄水能够有效降低农居建筑能耗，加快双碳目标实现的进程。很多学者对农居平屋面绿化、蓄水改造开展了研究，对比传统屋面，改造后的屋面保温隔热效果明显提升。本文通过实测绿化、蓄水屋面的各典型位置的温度，剖析蓄水、绿化保温隔热效果。实验表明，农居平屋面蓄水、绿化改造后，夏季室内温度明显降低，且温度波动小，可以提高室内的热舒适性。

关键词：农居；平屋面；蓄水绿化；隔热；实验

0引言

随着“双碳”战略、新农村建设的进行以及居民生活水平的提高，农村住宅的舒适性和能源消耗日益受到关注[1]。然而，在农居建筑中平屋面房屋占比较大，由于平屋面的保温隔热效果差，导致室内冬季气温低，夏季气温高，严重影响居住舒适度和增加能源消耗。

目前，国内外学者对屋面蓄水绿化系统的研究主要集中在植物选择、基质配比、雨水收集效率等方面，且对于城市建筑的顶层屋面保温隔热方式研究较多，但对农居平屋面住宅的保温隔热系统的研究较少。本研究旨在设计一种蓄水绿化保温隔热系统，选取隶属夏热冬冷地区的四川绵阳为测试地点，对平屋面陶粒蓄水绿化保温效果进行了实测，实验结论为推广该技术在农村地区的应用提供理论依据和实践指导。

1 蓄水绿化保温隔热原理及特点

1.1工作原理

蓄水绿化屋面在既有平屋面上设置蓄水池[2]，在蓄水池内装一层疏松的陶粒，其中陶粒直径在3-18mm之间，蓄水池水面略高于陶粒层，在陶粒层上铺上钢丝网，防止雨水冲走陶粒，钢丝网上种植绿植盆栽。雨水通过女儿墙旁边的排水沟排入下水管。在农居房后埋地一个水箱，雨水排入水箱、沉淀。屋面蓄存的水温升高，此时将地下水管阀门打开，高温水排入地下蓄水箱，同时，用潜水泵将地下水箱里的低温水送到屋面，为屋面降温，雨水可循环利用。蓄水箱埋于地下，相当于天然冷藏室，水温一直维持在18-23℃。夏季为屋面降温，冬季可以为屋面增温[3]。同时在蓄水池上种植绿色植物，绿色植物[4]可以吸收环境中的二氧化碳，同时绿植可以通过蒸腾作用降低周围环境温度，避免太阳直射屋面和蓄水池影响蓄水屋面的隔热性能并防止存蓄的水蒸发，蓄水池底部的多孔陶粒可以为植物根系提供附着，有助于绿植生存。下雨时绿植可以截留更多的降雨用于补充蓄水池中水的损耗，绿植先吸收一部分太阳辐射，然后蓄水池进一步吸收太阳辐射，降低到达屋面的辐射强度，避免屋面的防水保温层被破坏，延长屋面寿命。即使长期不下雨，屋面蓄水量为零，由于陶粒内有细小的气孔和绿植的蒸腾、光合作用，仅有陶粒和绿植也能达到保温隔热的效果。屋面蓄水系统原理图如图1所示。

1.2系统特点

（1）充分利用雨水和地热源，符合我国能源战略。将雨水蓄积在埋地蓄水箱内，蓄水箱内的水与地下恒温层的土壤进行换热，实现冬暖夏凉；将地下蓄水箱中的恒温水抽到屋面上用于屋面的保温隔热，能有效调节屋面的温度，减小室内温度的波动。

（2）绿化屋面[5]对建筑物内部的环境温度具有一定的调节作用，在夏季可以降低屋面温度，其降温效果非常显著。

（3）将陶粒与雨水有机结合起来。陶粒密度小，在一定蓄水深度时，屋面的承重小；长期干旱的季节，屋面仅有陶粒[6]，陶粒内部疏松的气孔，依然具有良好的保温隔热效果。另外，陶粒还有过滤雨水和杂质的作用，使得进入埋地水箱的水质优良。

2 测点布置与测试仪器

2.1实验测点布置

本实验蓄水绿化屋面侧点布置为图2，从上到下，依次为土壤表面，陶粒层表面，蓄水池底部，屋顶内壁面，室内距墙300mm处；普通屋面测点布置为图3，从上到下，依次为裸露屋面外表面，屋顶内壁面，室内距墙300mm处。

蓄水绿化屋面的平面布置图如图4所示。

2.2测试数据段选取

本实验于2024年7月1日开始，12月1日结束。测试数据选取2024年7月15日至8月5日连续晴天段的数据并选取7月26日的数据作为夏季测试数据，并分析采集的两组数据。

2.3实验仪器

测试仪器及操作方法如下：室外空气温度由小型气象站测量（灵敏度为0.1℃），16通道数据采集仪（型号：拓普）、20通道安捷伦数据采集仪（34792A型）、土壤、蓄水池，室内温度由精密水银温度计（量程0～50℃，最小分度值0.1℃）和测温枪检测记录，5min记录一次数据，挑选整点时间绘制温度变化趋势图。

3.实验测试结果分析

3.1天气分类

天气状况对隔热效果具有较大的影响，需对测试期间的天气状况进行分类。通过实验数据分析发现，晴天时段（天气晴朗，无云或基本无云，太阳辐射强度大）为隔热控制重点时段，因此，本实验隔热分析采用晴天时段测试数据进行分析研究，气象参数如5所示。

3.2夏季数据测试结果

夏季测试选取7月26日0-24h的数据，环境温度、露点温度和相对湿度变化如图6所示。

从图7夏季测点温度图可以得出，普通屋顶可以隔绝一部分的热量进入室内，使室内的温度低于室外温度2-3℃，但是温度变化大；相比于普通屋顶，蓄水屋顶[7]可以更有效的隔绝室外热量进入室内，室内温度低于室外5-6℃，温度变化较小，可以将室内温度维持在一个较低的水平，避免室内温度过高，可以减少空调等降温设备的使用，提高室内的热舒适性，有效的缓解人体的热不适。

4、结论

综上所述，屋面绿化蓄水能够改善农村平屋面建筑室内的热环境，夏季可以减少室外热量传入室内，冬季也可减少室内热量向室外的散失。在合理利用水资源，减少屋面固定负荷的前提下，蓄水深度为 8cm 时，蓄水屋面的隔热保温效果达到最优。陶粒作为蓄水保温材料，导热系数小，比重小，能满足既有建筑屋面的承重要求，但是遇到结冰却有冻裂的危险，因此，在冬季不结冰的夏热冬冷地区，能用于既有建筑屋面节能改造，保温性能优良。同时能够有效减少建筑物的冷、热能耗，能耗更低，具有一定的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]张俊一.“双碳”战略下绿色建筑的设计与发展趋势探析[J].建材发展导向，2024，22（22）：133-135.DOI：10.16673/j.cnki.jcfzdx.2024.0813.

[2]西南科技大学.一种雨水蓄水调温系统：202221042201.4[P].2022-10-28.

[3]韩如冰，徐志茂，卿玉涛，等.蓄水深度对蓄水屋面冬季保温效果的影响研究[J].制冷与空调（四川），2015，29（05）：502-504.

[4]钟秀彦.全寿命周期绿化屋面环境效应及成本增量研究[D].广东工业大学，2022.DOI：10.27029/d.cnki.ggdgu.2022.001344.

[5]李港，秦孟昊.夏热冬冷湿润气候下绿化屋面对建筑环境影响的研究[J].土木建筑与环境工程，2015，37（S1）：67-71.

[6]高建俊.绿色建材在屋面施工中的应用[J].住宅与房地产，2025，（05）：46-48.

基金资助：四川省2024年度省级大学生创新创业训练计划项目（S202410619029）；博士基金项目（23zx7105）

作者简介：屈纪康（2003-），男，本科生，建筑环境与能源应用工程专业

通讯作者简介：韩如冰（1978-），女，博士，副教授