梁玮蕾 周翔宇 梁联晖

摘  要：目前随着城镇化的快速发展，人口大量往城市迁移，现在大部分现代楼房的屋顶都是以平顶房设计为主。高温下如何防晒隔热，下雨如何防雨防漏的问题成为许多平顶屋顶楼的住户面临的共同问题。同时，由于城市土地资源紧缺，屋顶不仅能够防晒隔热防雨，又能在顶楼上进行植物种植是很多顶楼的住户的普遍需求。因此，对防晒隔热防雨屋顶的设计也提出了一定的要求。本文设计出了一款多功能的新型防晒隔热防雨屋顶装置，以满足住户们既能在顶楼够进行防晒隔热防雨，还能够进行植物的种植的需求。

关键词：防晒隔热防雨  种植  多功能  屋顶设计

中图分类号：J59;TB21                         文献标识码：A                     文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0042-03

Abstract： With the rapid development of urbanization， a large number of people have migrated to cities， and most modern buildings are mainly designed with flat roofs at present. How to prevent sun and heat at high temperatures and prevent rain leaking in raining， becomes a common problem， faced by many residents of flat roof buildings. Simultaneously， due to the shortage of urban land resources， the roof can not only protect against sun， heat and rain， but also be able to be planted， which is a common demand of many residents on the top floor. Consequently， certain requirements are also proposed for the design of the roof.This article has designed a new multi-functional sunproof heatproof and rainproof roof device to meet the needs of residents， which not only can realize sunproof heatproof and rainproof， but also can plant on the top floor.

Key Words： Sunproof， Heatproof and rainproof; Planting; Mutifunction; Design of roof

建筑物的屋頂是建筑外围护结构中受室外热作用影响最大的部位，尤其是在夏热冬冷地区。根据国标GB50176-2016《民用建筑热工设计规范》规定，建筑热工设计指标及设计原则规定了夏热冬冷地区，不论是A区还是B区，房屋设计须满足：夏季防热，适当兼顾冬季保温，重视自然通风，遮阳设计的要求[1]。由于我国南方地区平顶屋面大都是钢筋混凝土结构，夏季太阳直射在平顶屋面上，使得屋顶的温度升高，热量通过良导热的混凝土传导到室内，使得室内温度迅速升高，严重影响了顶楼住户的生活质量。

目前，防晒隔热防雨屋顶设计方案大致可以分为 以下几种：单层通风屋顶，该方法虽然一定程度上可以降低温度，但隔热效果不是很理想。蓄水种植屋顶，该方法对屋面的防水性能要求比较高，会增加屋顶的负荷及水资源的浪费，并且无法满足其他非水生植物的种植需求。双面架空隔热屋顶，该方法主要包括二次现浇屋面设计、大阶砖通风屋面等设计方式。该类方式虽然能够达到很好的防晒隔热效果，却无法满足住户屋面种植的需求。生态型种植屋面，在建筑屋的防水层或刚性保护层上覆土种植植物，使屋顶形成植被，该设计不但起到较好的防水隔热与保温作用，而且绿色环保，具有良好的生态环境效益[2]。但是该方法如果屋面存在一定的小裂缝，遇到大雨天气时，由于土壤的吸附作用达到饱和，还是无法避免屋面的漏雨的问题。架空种植屋面，在架空隔热板上面进行植被的种植。这种方法即能够实现了很好地隔热保温效果，又能够满足顶层住户进行花草植被种植的需求。但在架空隔热板上堆土壤种植极大地增加了屋顶的负荷，并且对屋面或隔热板防水性能有一定要求，否则一旦出现屋面漏雨现象，维修操作相当困难[3]。屋顶平改坡设计，该方案可极大改善房屋防漏雨的问题，并且当坡度采用预制板或混凝土结构，在上面覆土种植后，隔热效果也可以极大地增强，但这也同样跟架空种植设计方案一样会面临严重增加屋顶负荷的问题[4]。顶棚通风隔热设计，即在屋面上采用钢架结构的方式，加上顶棚，顶棚采用经济实用的铁瓦、泥瓦、聚酯纤维瓦进行遮阳防晒。该方案不仅具有很好地防晒隔热防漏雨的作用，顶楼用户还可以充分利用架空通风的特点，进行衣物的晾晒、其他杂物的堆积或开展有关运动活动[5]。但是该设计方案的棚顶是一个整体，将阳光和雨水完全遮挡住了，使得太阳光和雨水无法照在屋面植物上，不利于屋面进行普通植物的种植。

针对目前现有屋面防晒隔热构造措施无法满足实际住户需求的问题，本文设计了一种新型防晒隔热防雨屋顶装置，该设计在钢架结构的顶棚通风隔热设计方案基础上对棚顶屋面进行了重新设计与升级改造。当阳光弱或下小雨时，系统通过传感器快速检测到环境的温度及雨水信息，自动控制棚顶屋面，使得阳光和或雨水能够照到屋顶屋面植物上。该装置不仅具有顶棚通风隔热设计方案的优点，还能够进行屋面植物的种植，绿色节能、经济环保，满足可持续发展的设计要求。

1  新型防晒隔热防雨屋顶装置设计原理

新型防晒隔热防雨屋顶装置设计结构上与顶棚通风隔热设计相同，其结构设计为：通过在屋顶屋面上再构建一个结构层来充当“屋面”，从而形成2个结构隔热层，2个结构隔热层中间留有一个结构层的高度，中间的空间也可用来当作储物间或临时活动场所[6]。顶棚通风隔热设计平面示意图如图1所示。其隔热原理为：一方面利用空气间层上的结构隔热层遮挡阳光，即图1中的棚顶屋面，使屋顶屋面变成二次传热，避免太阳光直射在人住楼房的屋顶屋面上;另一方面在屋顶和棚顶间利用空气中不同受热情况下，空气层的压强大小不同的作用，自然风可以带走空气间层中的热量，从而减少室外热作用对住户屋顶内表面的影响。由于屋顶和棚顶有一定的空间高度，因此，即使在无风或者风很小的情况下也不会像传统的单层结构层屋顶一样热。棚顶堆土种有植物，在冬天也能够起到保温的功能。

新型防晒隔热防雨屋顶装置设计的不同之处在于，在顶棚通风隔热设计方案基础上对棚顶屋面进行了重新设计与升级改造。从图1中1处所指的棚顶屋面处，向里截取棚顶屋面的平面图，得到的棚顶屋面的截面图如图2所示。从图2可以看出，屋面由聚酯纤维的活动盖和固定底板构成。活动盖宽度比固定底板之间的间隙略长，活动盖的长度和固定板的长度相等。活动盖和固定底板分别设计成向上凸起与向下凸起的形式，有利于在下雨的时候，雨水能够沿着固定底板的凹槽流下，起到防止雨水下渗到屋顶，防漏雨的作用。固定底板固定在棚子的钢构结构上，上端的每一块活动盖都通过连接杆连结在一起，起到固定上方活动盖的作用，连接杆末端设计成齿轮或传送带形式与控制系统的电机相连，起到方便控制上方活动盖左右移动的作用。当阳光较弱或雨水较少时，用户可以通过控制系统控制电机的启动，控制活动盖移到固定底板上，阳光可以通过固定底板之间的间隙照射到植被上，雨水也可以淋到植被上，即有利于促进植被的光合作用，又能够吸收植被生长所需水分，达到节约水资源、节省人工浇水的作用。当装置检测到阳光比较强或雨水比较大时，用户可以控制电机的启动，使得活动盖盖在固定底板的间隙上，起到防晒防雨的作用。该设计即使在装置老化或雨水比较大时，棚顶屋面上结构隔熱防雨层发生了渗漏，渗漏的雨量也不会很大，可以由屋顶上的土壤植被吸收和防水排水系统排出，不会渗漏到楼面，这就克服了顶棚通风隔热设计不能种植植被，种植屋面防水效果差、屋顶负荷重的弊端。

2  新型防晒隔热防雨屋顶装置控制系统设计

新型防晒隔热防雨屋顶装置控制系统包括：单片机控制器模块、DS18B20温度传感器模块、雨滴传感器模块、电源模块及外围运放驱动电机电路模块。控制系统的结构框图如图3所示。

系统上电，整个系统进行初始化后，在DS18B20传感器检测到温度高于30℃的情况下且雨滴传感器检测到不下雨或者下大雨时，或者在检测到温度低于30℃且雨滴传感器检测到下大雨时，单片机控制器输出一个信号，经运放驱动电路，驱动电机正转工作。使得活动盖与固定底板之间的间隙闭合，起到遮阳隔热防漏雨的作用;在DS18B20传感器检测到温度高于30℃的情况下且雨滴传感器检测到下小雨时，或者在检测到温度低于30℃且雨滴传感器检测到不下雨或者下小雨时，单片机控制器输出一个信号，驱动电机反转工作。使得活动盖与固定底板之间的间隙张开，使得小雨能够通过固定底板之间的间隙，有利于植被的光合作用和植被土壤的保湿。

3  结语

本文从顶楼住户的实际需求出发，探讨了当前屋顶防晒隔热防雨的几种设计方案在该应用背景下的优点及不足，提出具有针对性的方案，设计了一种新型防晒隔热防雨的装置，该设计既具有很好地防晒隔热防雨的功能，还能在不增加屋顶负荷的情况下满足顶楼用户的种植需求。该设计既经济实用，又节能环保，符合可持续发展的设计原则。

参考文献

[1] 中国建筑科学研究院.民用建筑热工设计规范：GB50176-2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 周范文.绿色建筑屋顶结构的节能优化分析[J].建筑节能，2019，47（10）：67-70.

[3] 胡永平.屋面的隔热方案及效果分析[J].住宅与房地产，2019（36）：42，55.

[4] 贾瑞英，赵二天，朴芬淑.住宅平改坡节能的经济效益和环境效益[J].节能技术，2006（1）：56-58.

[5] 陈家良.建筑设计中节能理念的有效应用[J].建材与装饰，2016（7）：73-74.

[6] 康杰，潘友纯，赵致俊，等.新型双隔热层节能屋顶的研究[J].建筑节能，2015，43（9）：42-44.