低碳环保种植屋面设计技法

　　.前言
　　人类经济飞速发展到今天，正面临着资源和环境问题的严峻挑战，资源、环境和经济增长的矛盾日益尖锐。以能源为例，据统计，按照目前的开采量，全球石油剩余量只能再开采40年，煤炭也只能开采100年，环境污染问题也十分严峻，有些已经严重影响到人类的生存和发展。以“低碳环保”为理念的建筑正在世界各地兴起。而建筑屋顶则是民用建筑中实现“低碳环保”理念必不可少的平台。建筑屋顶作为一种建筑物外部围护结构所造成的室内外温差传热耗热量，大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此，如何提高建筑屋面的保温隔热能力，是有效地抵御室外冷热空气传递，减少空调能耗，达到改善室内热环境的一个有效途径。
　　国外在屋面节能方面的种种努力充分体现了有利于节约资源、有利于资源的再利用、有利于天然资源的更新，即可持续发展的原则。在我国冬冷夏热的地区以及华南等热带地区，过去就有过“蓄土种植”的屋面应用范例，在当代的建设学中我们将之称为种植屋面。随着人们对环保节能的推崇，这种和植屋面得到更加广泛的应用，比如利用屋顶植草栽花，甚至种植灌木、堆叠假山、构设喷泉景观等形成“草场屋顶”或空中花园，成为比较时尚的生态型节能屋面。由于种植屋顶的隔热保温性能优良,已逐步在广东、广西、四川、湖南等地被人们广泛应用。
　　下面，从建筑设计的解度，对种植屋面的设计技法进行探讨。
　　1.种植屋面的概念及优劣势
　　种植屋面也称之为绿色屋面，是一种在建筑屋面上种植花草、灌木甚至小型乔木使屋面具有像花园一般的园林景观的屋面；它是以建筑物顶部平台为依托，进行蓄水、覆土并营造园林景观的一种空间绿化美化形式，其涉及建筑、农林和园艺等专业学科，是一个系统工程，必须从设计、选材、施工和管理维护等方面进行综合研究和处理。这种屋面集中体现了当今屋面系统发展的主要关注点：节能和环保。绿色屋面的应用，使建筑的保温性能大大提高。实测表明，在夏季某一天的下午，当室外温度为35℃时，参照屋面由于卷材吸收太阳辐射温度高达70℃，而绿色屋面卷材的温度仅为25℃。绿色屋面的运用，使建筑物顶层温度得到降低，空调费用减少20％~50％。同样，冬季采暖的费用也有较大幅度的下降。绿色屋面在环保方面的效益也是显而易见的，可以减轻大城市的热岛效应，减少和利用雨水的排放等。
　　绿色屋面的推广也存在不少难点。技术上，既要考虑屋顶的外加荷载，又要解决好防水材料、保温、排蓄水材料、种植基层材料、植物营养土、植物种类及给水设施等一系列问题；经济上，初始成本较高；此外，还需要日常的维护管理，这些都增加了推广的难度。
　　2.种植屋面构造层次
　　从建筑设计角度看，种植屋面各构造层次自上而下可分为七层:种植介质、隔离过滤层、排水层、耐根系穿刺防水层、卷材或涂膜防水层、找平层和找坡层。
　　2.1种植介质：是屋面种植的植物赖以生长的土壤层。要求所选用的种植介质应具有自重轻、不板结、保水保肥、适宜植物培育生长、施工简便和经济环保等性能。一般可选用种植土、草炭、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、细砂和经过发酵处理的动物粪便等材料，按一定比例混合配制而成。
　　2.2隔离过滤层：是指在种植介质和排水层之间,采用无纺布或玻纤毡,可以透水,又能阻止泥土流失。
　　2.3排水层：隔离过滤层的下部为排水层,排水层可采用专用的、留有足够空隙并有一定承载能力的塑料排水板、橡胶排水板或粒径为2O~40mm、厚度80mm以上的鹅卵石组成。
　　2.4耐根系穿刺防水层：起隔断根系以免破坏防水层作用的,通常采用铝合金卷材、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯、聚氯乙烯等作为耐根系穿刺防水层。
　　2.5卷材或涂膜防水层：在耐根系穿刺防水层下部再铺设的1~2道具有耐水、耐腐蚀、耐霉烂和对基层伸缩或开裂变形适应性强的卷材(如高分子卷材)或防水涂料等的柔性防水层。
　　2.6找平层：用水泥砂浆等找平以便在其上铺设柔性防水层。2.7找坡层：则是为了便于迅速排除种植屋面的积水,宜采用结构找坡,其坡度宜为1%~3%。
　　3.种植屋面分类及特性
　　3.1分类：种植屋面分覆土种植和无土种植两种。
　　1）覆土种植是在钢筋混凝土屋顶上覆盖种植土壤100~150mm厚。
　　2）无土种植,具有自重轻、屋面温差小、有利于防水防渗的特点,它是采用水渣、蛭石或者是木屑代替土壤,重量减轻了而隔热性能反而有所提高,且对屋面构造没有特殊的要求,只是在檐口和走道板处要防止蛭石或木屑在雨水外溢时被冲走。
　　3.2特性：
　　1）实践经验表明,种植屋面的隔热性能与植被覆盖密度、培植基质(蛭石或木屑)的厚度和基层的构造等因素有关。种植层的厚度一般依据种植物的种类而定:草本15~30mm；花卉小灌木30~45mm；大灌木45~6Omm；浅根乔木6O~90mm；深根乔木90~150mm。
　　2）种植屋面不仅为建筑的屋面起到保温隔热的效果,而且还能美化建筑,点缀环境,改善建筑的热环境和空气质量,辐射热能会转化成植物的生物能和空气的有益成分,实现太阳辐射资源性的转化。通常种植屋面钢筋混凝土屋面板温度控制在月平均温度左右。具有良好的夏季隔热、冬季保温特性和良好的热稳定性。下表一为四川省建科院对种植屋面进行热工测试数据。
　　表一：有、无种植屋的热工实测值表
　　
　　4.种植屋面设计要求
　　在进行种植屋面设计时应注意以下几个主要问题:
　　4.1种植屋面一般由结构层、找平层、防水层、蓄水层、滤水层、种植层等构造层组成;
　　4.2种植屋面应采用整体浇筑或预制装配的钢筋混凝土屋面板作结构层,其质量应符合国家现行各相关规范的要求。在考虑结构层设计时,要以屋顶允许承载重量为依据。必须做到:屋顶允许承载量大于一定厚度种植屋面最大湿度重量+一定厚度排水物质重量+植物重量+其他物质重量;
　　　　4.3防水层应采用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土刚性防水层两道防线的复合防水设防的做法,以确保其防水质量,做到不渗不漏;
　　4.4在结构层上做找平层,找平层宜采用1:3水泥砂浆,其厚度根据屋面基层种类（按照屋面工程技术规范)规定为15~30mm,找平层应坚实平整。找平层宜留设分格缝,缝宽为20mm,并嵌填密封材料,分格缝最大间距为6m;
　　4.5种植屋面的植土不宜太厚,植物扎根远不如地面。因此,栽培植物宜选择长日照的浅根植物,如各种花卉、草等,一般不宜种植根深的植物;
　　4.6种植屋面坡度不宜大于3%,以免种植介质流失;
　　4.7四周挡墙下的泄水孔不得堵塞,应能保证排除积水,满足房屋建筑的使用功能。
　　结论
　　没有科学的理念，就没有高品质的设计，也就没有高品位的作品和高品质的工程。在当今的屋顶设计中，只有要求坚持低碳、环保、绿色、节能、以人为本的原则，鼓励采用绿色低碳设计新理念、新技术、新材料、新工艺。在今年2010年上海世界博览会上，我国政府以“城市，让生活更美好”为主题，在世博园区的规划设计、场馆建设和园区运营方面，率先实践了低碳经济的理念。其中的韩国馆就一个低碳环保屋面建筑的典范。韩国首尔Gwanggyo自给自足绿色新城位于韩国首尔南部35公里的“Gwanggyo”，这座建筑梦幻城市由荷兰MVRDV建筑事务所设计，是一座新概念自给自足的绿色城市，采用“小山梯田”一样的建筑模式，每个“小山”中都拥有住房和办公区域、广场和购物中心、博物馆和休闲区域。所有建筑的屋顶和平台还将串成一座生态公园，可改善城市中的区域气候和通风，还减少了对能源和水的使用量。每座“小山”周围被植被所环绕，各楼层之间的流通系统将会把水储存起来，用于日常的浇灌，充分体现了环保、节能、循环利用、可持续发展的设计构想。