CN108764690A - 一种花园式种植屋面节能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花园式种植屋面节能评价方法，针对复杂的多种构造形式的花园式种植屋面，设计了花园式种植屋面的总传热系数计算方法，提出了花园式种植屋面的传热系数计算公式，通过计算的传热系数与国家规范或地方标准的比较，做出花园式种植屋面的节能评价。
Description
技术领域
本发明涉及建筑技术科学相关技术领域，具体的说，是涉及一种花园式种植屋面节能评价方法。
背景技术
随着城市化进程加快，城市人口剧增，大城市出现了建设用地紧张、交通拥堵、空气污染、城市内涝、热岛效应等“恶疾”，综合解决城市环境问题已迫在眉睫。在各种解决方案中，人们越来越重视花园式种植屋面。这主要是因为花园式种植屋面具有良好的隔热性能和景观，不仅能提高建筑顶层室内空间的热舒适度和整栋建筑的热工性能，减少能耗，还能蓄存雨水，美化城市环境，为高密度居住区的城市居民提供具有优质环境的休憩场所。基于花园式种植屋面的社会、经济、文化的综合效益，以及改善微气候环境的积极作用，花园式种植屋面会得到大力推广。因此，花园式种植屋面的节能评价具有较高的实用价值。
我国自20世纪60年代起，开始研究种植屋面节能与建造技术，虽然起步较晚，但发展很快，在重庆、上海、广州、北京等种植屋面发展较早的城市中，种植屋面的节能研究取得了一定成果，主要集中在土壤厚度、热传递、节能效果的研究。当前，国内种植屋面节能研究侧重单一种植非上人屋面，对复杂的多种种植形式的、带有硬质地面的花园式种植屋面节能评价研究较少。
因此，如何设计一种花园式种植屋面节能评价方法，弥补当前花园式种植屋面节能评价方法的空缺，以满足我国花园式种植屋面设计与建设的快速发展需求，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种花园式种植屋面节能评价方法，针对复杂的多种构造形式的花园式种植屋面，设计了花园式种植屋面的总传热系数计算方法，提出了花园式种植屋面的传热系数计算公式，通过计算的传热系数与国家规范或地方标准比较，做出花园式种植屋面的节能评价。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种花园式种植屋面节能评价方法，包括以下步骤：
步骤一、对花园式种植屋面进行分区，分析花园式种植屋面各分区的屋面构造。
具体的分区的方法为：将花园式种植屋面分为植被种植区屋面和非种植区屋面。将种植植被区屋面按种植的植被类型进行分类。
步骤二、计算花园式种植屋面总传热系数；按照分区后的屋面分别计算每个分区屋面的热阻值和传热系数，采用加权平均值的计算方法计算花园式种植屋面传热系数。
步骤三、做出花园式种植屋面的节能评价，将计算的花园式种植屋面传热系数K0与建筑屋面节能标准值K比较，如果K0≤K，则符合节能要求，否则不符合节能要求。
所述建筑屋面节能标准值K为国家和地方相关标准中所规定的建筑屋面保温隔热传热系数。
进一步的，步骤一中分析花园式种植屋面的屋面构造的方法为收集花园式种植屋面的建设资料，分析采用上述分区方法分区后的屋面的硬质屋面的构造及所述每层构造的建筑材料，所述建设材料包括但不限于：花园式种植屋面的设计资料或/和花园式种植屋面的建造资料或/和花园式种植屋面的现状资料。
进一步的，步骤二中采用加权平均值的计算方法计算花园式种植屋面总传热系数：
计算花园式种植屋面的各植被种植屋面的总热阻值R0gm及其传热系数K0gm。
计算非种植区的各类屋面的总热阻值R0yn及其传热系数K0yn。
计算花园式种植屋面的各种植被种植屋面的面积Agm和非种植区各类屋面的面积Aym，计算面积总和A0。
所述花园式种植屋面传热系数K0通过如下公式计算：
K0——花园式种植屋面传热系数(W/m2·k)；
A0——花园式种植屋面总面积(m2)；
K0gm——花园式种植屋面各植被种植区屋面的传热系数(W/m2·k)；
Agm——花园式种植屋面各植被种植区屋面的面积(m2)；
K0yn——花园式种植屋面非种植区各类屋面的传热系数(W/m2·k)；
Ayn——花园式种植屋面非种植区各类屋面的面积。
进一步的，花园式种植屋面的各植被种植屋面的传热系数K0gm通过以下公式计算：
R0gm——花园式种植屋面的各植被种植屋面的总热阻值，通过如下公式计算：
R0gm＝Ri+Rgm+∑Rgmj+Re (3)
Ri——为屋面内表面换热组；
Re——为屋面外表面换热组；
Rgm——为花园式种植屋面的各植被种植区屋面种植植被层的附加热阻值；
∑Rgmj——为花园式种植屋面的各植被种植区屋面除种植植被层外的各构造层的热阻值之和，通过如下公式计算：
∑Rgmj＝Rgm1+Rgm2+…+Rgmj (4)
Rgm1，Rgm2，…Rgmj——为各植被种植区屋面除种植植被层之外的1至j各构造层材料的热阻(m2·k/W)。
进一步的，非种植区的各类屋面的传热系数K0yn通过以下公式计算：
R0yn——非种植区各类屋面的总热阻值，其计算公式为：
R0yn＝Ri+∑Rynk+Re (6)
Ri——为屋面内表面换热组；
Re——为屋面外表面换热组；
∑Rynk——为花园式种植屋面的非种植区各类屋面的各构造层的热阻值之和，通过如下公式计算：
∑Rynk＝Ryn1+Ryn2+…+Rynk (7)
Ryn1，Ryn2，…Rynk——为非种植区各类屋面的1至k各构造层材料的热阻(m2·k/W)；
其中，公式(4)和公式(7)中的各构造层材料的热阻Rgmj和Rynk的计算方法为：
各构造层的热阻为本构造层材料厚度与本构造层材料的导热系数的比值：
R为材料层的热阻(m2·k/W)；δ为材料层厚度(m)，λ为材料层的导热系数(W/m·k)
材料层的导热系数λ通过查阅相关的建筑行业标准或者手册确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的一种花园式种植屋面节能评价方法，针对复杂的多种构造形式的花园式种植屋面，设计了总传热系数的计算方法，提出了总传热系数的计算公式；弥补了当前花园式种植屋面节能评价方法的空缺，缩短了花园式种植屋面的设计、调整和优化的方案设计周期，提高了花园式种植屋面建设前期的策划工作效率，同时也为既有花园式种植屋面的节能评价提供依据，以满足我国花园式种植屋面设计与建设的快速发展需求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明花园式种植屋面节能评价流程图；
图2是本发明的实施例的某花园式种植屋面平面图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，为本发明花园式种植屋面节能评价流程图。主要包括以下步骤：
步骤一、对花园式种植屋面的进行分区，分析花园式种植屋面的屋面构造。
具体的分区的方法为：将花园式种植屋面分为植被种植区屋面和非种植区屋面。将种植植被区屋面按种植的植被类型进行分类。
步骤二、计算花园式种植屋面总传热系数；按照分区后的屋面分别计算每个分区屋面的热阻值和传热系数，采用加权平均值的计算方法计算花园式种植屋面传热系数。
步骤三、做出花园式种植屋面的节能评价，将计算的花园式种植屋面传热系数K0与建筑屋面节能标准值K比较，如果K0≤K，则符合节能要求，否则不符合节能要求。
下面以某居住建筑花园式种植屋面对本发明的方法进一步说明，如图2所示，屋顶种植植被有乔木、茂盛灌木、较茂盛灌木、佛甲草草坪、一般草坪、爬藤植物(藤架下方铺设石板路)等多种绿植，硬质地面有木质板、地砖、石板路等多种地面铺装，屋面种植区和非种植区的屋面构造及其所占面积见表1。表1中屋面1至屋面5植被种植区屋面，屋面6至屋面9为非种植区屋面，查询花园式种植屋面的建造资料，确定此花园式种植屋面绿植种植基质层采用改良土，λsoil＝0.51[W/(m·K)]，乔木下方的土壤厚度为0.4m，灌木下方的土壤厚度为0.2m，草坪下方的土壤厚度为0.1m。屋面6(y1)屋面表层铺设石板，可不考虑藤架上绿植的热阻值。
表1屋面种植区和非种植区的屋面构造及其面积
各构造层建筑材料的导热系数及热阻值以及屋面各植被附加热阻值可以通过查询建筑行业标准得到，如表2和3所示
表2各构造层建筑材料的导热系数及热阻值
| 构造层 | 厚度(mm) | 导热系数(w/m·K) | 热阻值(m2·K/W) |
| 防水层 | 10 | 0.17 | 0.059 |
| 水泥砂浆 | 20 | 0.93 | 0.022 |
| 水泥膨胀珍岩 | 120 | 0.16 | 0.75 |
| 水泥砂浆 | 20 | 0.93 | 0.022 |
| 钢筋混凝土 | 100 | 1.74 | 0.057 |
表3屋面各植被附加热阻值
| 植物名称 | 热阻值R(m2·K/W) |
| 乔木 | Rg1＝0.3 |
| 茂盛灌木 | Rg2＝0.5 |
| 较茂盛灌木 | Rg3＝0.4 |
| 佛甲草草坪 | Rg4＝0.4 |
| 一般草坪 | Rg5＝0.3 |
通过查询围护结构表面的换热系数和热阻值，以夏季为例，查到夏季屋面内外表面换热阻为：
Ri＝0.11(m2·K/W)，Re＝0.05(m2·K/W)
下面计算各种屋面的总热阻值，得出其传热系数：
计算g1屋面的传热系数：
①根据计算式4：∑Rgmj＝Rgm1+Rgm2+…+Rgmj和公式8：计算除乔木之外的1至6构造层材料的热阻之和为：
∑Rg16＝Rg11+Rg12+Rg13+Rg14+Rg15+Rg16
∑Rg16＝0.4/0.51+0.01/0.17+0.02/0.93+0.12/0.16+0.02/0.93+0.1/1.74＝1.694(m2·K/W)
②根据计算式3：R0gm＝Ri+Rgm+∑Rgmj+Re计算乔木种植屋面的总热阻值：
R0g1＝Ri+Rg1+∑Rg16+Re
R0g1＝0.11+0.3+1.694+0.05＝2.154(m2·K/W)
③根据计算式2：计算乔木种植屋面的传热系数：
同上，可计算出各种植屋面和各非种植屋面的传热系数：
K0g1、K0g2、K0g3、K0g4、K0g4、K0g5、K0y1、K0y2、K0y3、K0y4，见表4
表4屋面种植区和非种植区屋面传热系数及其面积
根据公式1：计算出该花园式种植屋面的传热系数：
查阅建筑屋面节能标准值。此实施例的位于寒冷(B)区，查阅相关建筑标准，得出寒冷(B)区4层以上居住建筑屋面传热系数K值为0.45(W/m2·k)，即居住建筑屋面传热系数K0值须小于0.45(W/m2·k)。
花园式种植屋面的节能评价，通过将K0的计算结果为0.621(W/m2·k)，与上述国家节能标准相比较，大于标准值0.45(W/m2·k)。因此，该花园式种植屋面在寒冷(B)区不满足国家节能设计标准要求。应采取加大保温层厚度的措施或在植被种植区域也可增加种植基质层厚度的措施。
另外，假如该屋面是位于夏热冬冷地区的居住建筑屋面，查阅相关建筑标准，建筑屋面传热系数K值为0.80(W/m2·k)，即该屋面的传热系数0.621(W/m2·k)小于0.80(W/m2·k)，该屋面位于夏热冬冷地区就是符合国家节能设计标准要求的花园式种植屋面。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对花园式种植屋面的进行分区，分析花园式种植屋面的屋面构造；
具体的分区的方法为：将花园式种植屋面分为植被种植区屋面和非种植区屋面；将种植植被区屋面按种植的植被类型进行分类；
步骤二、计算花园式种植屋面总传热系数；按照分区后的屋面分别计算每个分区屋面的热阻值和传热系数，采用加权平均值的计算方法计算花园式种植屋面传热系数；
步骤三、做出花园式种植屋面的节能评价，将计算的花园式种植屋面传热系数K0与建筑屋面节能标准值K比较，如果K0≤K，则符合节能要求，否则不符合节能要求。
2.如权利要求1所述的一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于：步骤一中分析花园式种植屋面的屋面构造的方法为收集花园式种植屋面的建设资料，分析采用上述分区方法分区后的屋面的硬质屋面的构造及所述每层构造的建筑材料，所述建设材料包括但不限于：花园式种植屋面的设计资料或/和花园式种植屋面的建造资料或/和花园式种植屋面的现状资料。
3.如权利要求1所述的一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于：步骤二中采用加权平均值的计算方法计算花园式种植屋面总传热系数的方法为：
计算花园式种植屋面的各植被种植屋面的总热阻值R0gm及其传热系数K0gm；
计算非种植区的各类屋面的总热阻值及其传热系数K0yn；
计算花园式种植屋面的各种植被种植屋面的面积Agm和非种植区各类屋面的面积Aym，计算面积总和A0；所述花园式种植屋面传热系数K0通过如下公式计算：
K0——花园式种植屋面传热系数(W/m2·k)；
A0——花园式种植屋面总面积(m2)；
K0gm——花园式种植屋面各植被种植区屋面的传热系数(W/m2·k)；
Agm——花园式种植屋面各植被种植区屋面的面积(m2)；
K0yn——花园式种植屋面非种植区各类屋面的传热系数(W/m2·k)；
Ayn——花园式种植屋面非种植区各类屋面的面积。
4.如权利要求3所述的一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于：花园式种植屋面的各植被种植屋面的传热系数K0gm通过以下公式计算：
R0gm——花园式种植屋面的各植被种植屋面的总热阻值，通过如下公式计算：
R0gm＝Ri+Rgm+∑Rgmj+Re
Ri——为屋面内表面换热组；
Re——为屋面外表面换热组；
Rgm——为花园式种植屋面的各植被种植区屋面种植植被层的附加热阻值；
∑Rgmj——为花园式种植屋面的各植被种植区屋面除种植植被层外的各构造层的热阻值之和。
5.如权利要求3所述的一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于：非种植区的各类屋面的传热系数K0yn通过以下公式计算：
R0yn——非种植区各类屋面的总热阻值，其计算公式为：
R0yn＝Ri+∑Rynk+Re
Ri——为屋面内表面换热组；
Re——为屋面外表面换热组；
∑Rynk——为花园式种植屋面的非种植区各类屋面的各构造层的热阻值之和。
6.如权利要求4或5所述的一种花园式种植屋面节能评价方法，其特征在于：各构造层的热阻为本构造层材料厚度与本构造层材料的导热系数的比值。
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| Title |
|---|
| 孔戈: "第2章 围护结构节能评估", 《建筑能效评估》 * |
| 张振元: "山东地区居住建筑种植屋面节能关键因素计算机辅助设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115306089A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-08 | 江苏科技大学 | 一种基于水冷和热交换的低碳环保屋面 |
| CN115306089B (zh) * | 2022-08-18 | 2023-07-21 | 江苏科技大学 | 一种基于水冷和热交换的低碳环保屋面 |
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