建设部科技发展促进中心

双层屋顶设计与雨水利用

摘要：双层屋顶设计是为了解决平屋面容易渗漏、隔热和保温差及水资源利用问题。通过上层屋顶集蓄雨水加以利用，上、下层屋顶共同承担上部荷载，空气间层可以满足隔热和保温等要求，即节约了水资源，又改善顶楼住户的居住环境。

屋顶渗漏是困扰房屋使用的一个难题，漏水的屋顶使整个建筑的使用功能下降，寿命缩短，居住环境恶化。造成屋顶渗漏的原因虽然很多，具有设计、施工方面的原因，也有防水材料、防水层老化、混凝土空隙等方面的原因。

目前，屋顶渗漏的研究和处理主要是两个方面：一是防水材料，加强防水材料防渗漏性能和抗老化能力的研制；二是结构措施，主要是把平屋顶改为坡屋顶，坡屋顶作为一种屋顶形式，靠排水快、通畅和合理的构造来保证屋顶不渗漏和低渗漏，可以起到很好的效果，隔热、保温也有一定的效果，对城市建筑造型也是一种点缀，但造价高，检修困难，屋顶不能再作其它用途。

双层屋顶不仅可以防渗漏、隔热、保温，改善居住环境，而且还可以集蓄雨水并加以利用（见图1）。以下介绍双层屋顶的设计和雨水利用设计方法。

1.双层屋顶的功能

1.1. 防渗漏

双层屋顶防止渗漏主要从防水层、上层屋顶、下层屋顶、以及两层屋顶之间的空气间层结构来实现。由于防水层、上层屋顶、下层屋顶均可阻水，即使上层屋顶有滴漏，但要再穿过下层屋顶是不可能的，而且两层屋顶之间的空气间层可以蒸发水分。这种双层屋顶的设计比以往的单层屋顶在防止渗漏方面多了2~3个阻水层和一个空气间层，因此，双层屋顶可以保证屋顶不再漏水（见图2）。

1.2. 保温与隔热

双层屋顶作为外围护结构，保温、隔热主要是利用上层屋顶、下层屋顶形成的空间来实现。

由于用双层屋顶的封闭空气间层使空气不流动或使空气处于静止状态，其导热性甚小，与外部隔绝，因此，在双层屋顶设计中可利用空气间层作为保温层，达到保温的目的。

利用双层屋顶的空气间层通风，散发一部分热量，使屋顶变成4次传热：利用上层屋顶蓄水的功能形成一层薄水层，利用水层的反射，吸收和蒸发热量，以及流水的排泄可降低屋面温度；上、下层屋顶结构本身具有一定的吸热能力；在两层空间的墙体上设通风孔，使空气间层形成空气对流，以减低传至下屋面内表面的温度，达到隔热的目的。

为解决保温需要隔绝空气间层不通风与隔热需要通风的矛盾。可在墙体设活动通风阀，阀门通过电器设备操纵，冬季关闭，作保温用；夏季开启，作隔热、散发内部水蒸气和凝结水用（见图2）。

1.3. 雨水利用

城市生活用水由三部分组成：饮用水、洗涤用水和卫生用水，据测算，这三部分用水分别占总用水量的8%、50%、42%。为减少优质水用于卫生方面的需求，减轻城市供水压力，利用建筑物屋顶拦蓄雨水，不作任何处理，向城市提供一部分卫生用水，是极为有益的和廉价的。

我们国家年降雨量在200~1600 mm之间。每一幢建筑都有一个屋顶，每一个屋顶都可以收集雨水，如果按建筑物的寿命为50年来考虑，每平方米的屋顶一年可收集雨水200~1600 kg，50年可收集雨水10000~90000 kg。这部分水利用了，就意味着减少了同等数量的优质水用于卫生方面的需求，节约下来的水又可以扩大城市供水范围。

2.双层屋顶的结构设计

双层屋顶与雨水利用系统设计由防水层、上层屋顶、隔热、保温层、下层屋顶、通风阀等构成（见图2）。

2.1. 上层屋顶与蓄水池

上层屋顶为蓄水池底板，起到收集雨水的作用，女儿墙为蓄水池的边墙，屋顶与女儿墙围成的空间具有集水和蓄水的功能，该空间即为蓄水池。设计上可利用上层屋顶整个或局部面积进行集水。

上层屋顶主要由防水层、找平层、结构层3个层次构成。防水层作成柔性防水层，可用高分子卷材或土工膜制成，特别是土工膜抗渗性好，施工方便，抗老化强，寿命比高分子卷材料长5~8倍，这种材料已在水利工程中作为防渗材料大量使用，如果使用土工膜须在表面做保护层；找平层用水泥砂浆找平即可；结构层为受力层，按通常屋顶设计。

女儿墙为蓄水池的边墙，墙内侧的防水层应高于最高蓄水位150~200mm，防止水分子爬高，造成女儿墙外侧侵湿；除考虑防渗的问题，还必须考虑侧向水压条件下的稳定问题。

2.2. 下层屋顶

由于上层屋顶承担了抵御自然界不利因素对房屋的影响，因此，下层屋顶主要是和上层屋顶共同承担上部荷重；阻止局部从上层屋顶渗漏下来的水；改善房屋居住环境。

下层屋顶主要由找平层、结构层2个层次构成。找平层用水泥砂浆加纤维形成，其表面密实度大，抗裂性好，透水性小，可以有效阻止滴、漏、渗水的下渗；结构层为受力层，按通常屋顶设计，

2.3. 隔热、保温层

上层屋顶与下层屋顶之间的空气间层可以作为隔热与保温层，为解决保温需要空气间层不通风与隔热需要通风的矛盾。上、下两层屋顶之间的内支承结构应设若干通风孔，便于空气流动，在外墙体设活动通风阀，阀门通过电器设备操纵，冬季关闭；夏季开启（见图2）。

2.4. 其它

通风阀门由阀壳、阀片、操纵杆、电器操纵设备等组成，操纵设备可以是共用的，也可以是各户独立的（见图2）。

3.雨水利用系统

为了和房屋设计协调配合，将饮用水、洗涤用水和卫生用水分离，避免卫生间的设施通过管道将细菌传播到饮用水、洗涤用水的管道，可采用两套供水系统。从屋顶蓄水池取水，向卫生间提供卫生用水的水利用系统由蓄水池、管网、溢水口等组成。

蓄水池由上层屋顶和女儿墙围成，屋顶与女儿墙形成的空间具有集水、蓄水的功能。所集雨水通过专门的给水管道，从屋顶蓄水池取水，并根据建筑物卫生间所设位置和数目，将水引入每一个卫生间，给水管道的底部设阀控制，正常运行时关闭，只有在清污和排淤时才打开。给水管道设计上必须考虑净水压力和水击压力，水击压力主要由用户开启和关闭阀门所引起。由于雨水的收集、贮蓄、利用是同时的，可以一日最大降雨来考虑蓄水量大小。即使收集水量大于利用量有一定的超蓄也是短时的，为避免集水深超过设计值，可在适当高度设溢水管排泄多余集水，避免屋顶因蓄水超过设计值，造成屋顶超载，导致工程事故。

4.小结

利用双层屋顶的设计方法建造的房屋，可以有效利用水资源，减少住户一定的经济支出。但更重要的是对城市可持续发展有着现实的意义和长远的意义。

双层屋顶的设计方法不论从建筑，还是结构的角度考虑，均可满足要求。其优点是蓄水量大，便于引用，造价低。南方地区具有隔热之用，北方地区具有保温之用。虽然增加了一层屋顶，但减少了隔热层，而且居住环境得到改善。

缺点是临时荷载稍大，上层屋顶浇筑后难于脱模，后一问题有待今后研究解决。

参考文献

1方子云，水资源保护工作手册，河海大学出版社，1988

[打印] [收藏此文]