寒冷地区金属屋面系统的应用

互推小编 2023-05-23

随着我国经济的不断发展，金属围护系统体系已经被大量的应用于各个领域的建筑项目当中，使得金属围护系统的生产规模不断壮大，技术水平不断完善，形成了适用于不同建筑物的多个专业体系。已经逐步成为了现代工业建筑和公共建筑的主流。它衍生于钢结构体系但是又不同于一般的钢结构体系，经过多年的发展已经形成了一套完整的围护系统体系。屋面系统做为建筑围护系统的最要组成部分，对建筑物的保温节能起到至关重要的作用，通常增加建筑围护系统增加的投资仅为总投资的3%-6%，整体的节能效果却能提升20%-40%，，关于寒冷地区金属屋面系统连续保温和防冻融措施一直都是重点讨论的领域。

一、金属屋面系统的一般做法

金属屋面围护系统的两大体系：

1、刚性防水金属围护系统：多数采用双层压型钢板加保温的做法，其中屋面上层板采用360°锁边连接，排水方向通长无搭接布置，为了抵御热胀冷缩造成的温度变形，根据建筑物屋面排水方向的长度，计算屋面整体的热胀冷缩滑移尺寸，定制相应的可滑移固定座。

2、柔性防水金属围护系统：多数采用波峰高度满足一定要求的金属压型钢板底板，上面铺设保温材料（多为岩棉或硬质玻璃丝棉）后再采用机械固定的方式铺设柔性卷材（一般采用PVC或TPO），卷材连接处采用专业设备进行热风焊接。

二、寒冷地区金属围护系统使用的特点

我国寒冷地区的冻土时间较长，施工周期较短，在金属围护系统的施工过程中经常会遇到冬季施工的情况，同时由于冬季时间长，气候寒冷，金属屋面系统在整个冬天基本都要在冰雪的覆盖下度过。在靠近屋面的位置室内外温差明显。这就要求所采用的金属围护系统需要具备良好的抗冻融能力和防止冷桥结露措施。

三、一般金属屋面系统在寒冷地区使用的问题

1、刚性防水金属围护系统

传统的刚性防水金属围护系统由于采用了360°锁边及通长无搭接的固定连接方式，可以有效的解决屋面排水和防漏雨的问题。在冬季使用时，由于气候寒冷，整个冬天金属屋面系统是全部被冰雪覆盖的，在建筑物高低跨、女儿墙等位置极易形成冰雪的堆积，对结构安全造成隐患。由于屋面积雪的存在，增高了屋面的流水面，当积雪高度超过洞口防水时，容易造成雪水的渗漏。在春季冰雪消融时，由于屋面排水天沟中被冰雪堆积，屋面消融的雪水容易在檐口位置形成倒灌。大面积的冰雪滑落也可能造成排水沟的损毁形成安全隐患。同时，由于刚性金属屋面通过固定座直接连接于屋面次结构檩条，在固定座连接位置的保温材料会发生压缩变形，形成保温薄弱点造成大量的室内热能损耗，在室内外温差变化较大的冬天，建筑物内部容易出现冷桥结露，影响使用效果，严重的还会因为结露水滴落造成设备的损伤。

2、柔性防水金属围护系统

柔性防水体系由于采用了连续不断的防水卷材，卷材搭接位置采用热风焊接技术保证密闭性，可以避免冰雪消融的雪水渗漏。同时由于保温材料连续无压缩，整体保温连续，基本没有热损失出现，可以避免冷桥结露的出现。传统柔性防水系统由于保温材料在施工过程中裸露在外，在冬季潮湿的环境中容易吸收水汽该表保温材料的性能造成保温性能的降低。采用机械固定方式连接的防水卷材，固定螺钉要穿过保温层固定到下方的承载钢板上，室内固定点没有规律杂乱无章，既影响室内的美观，同时裸露在室内的钉头也有被腐蚀的隐患。

四、金属屋面系统在寒冷地区的应用方案

针对以上所面临的问题，笔者认为应从以下几个方面来解决：

1、原材料选择

首先，在寒冷地区的金属围护系统在选择材料时，要充分考虑材料的耐候性能和抗腐蚀能力，优先选用具有高耐候性能的优质原材料，从源头开始降低由于冰雪过多造成的系统漏水、保温损失以及材料锈蚀的隐患。

2、设计方案的选择

在寒冷地区的金属围护系统设计，应该尽量避免出现女儿墙或者高低跨的出现，在由于工艺等特殊要求必须有上述设计时，应该在这些特殊位置增加次结构檩条的设计密度和强度，避免在极端气候条件下雪水的大量堆积导致的屋面结构的变形造成建筑安全隐患；同时在相应位置增设防水防渗漏和保温处理，避免雪水的渗漏造成的保温性能缺失。

3、金属围护系统的选择和改进

3.1要对选用刚性防水系统做如下改进：

3.1.1 在双层金属屋面系统之间增加连接件（隔间架或者连续支架），消除由于固定座连接对保温材料的压缩，使得整个屋面保温体系连续无断开，解决保温性能缺失及冷桥结露问题；

3.1.2 在刚性防水屋面易积雪的部位（洞口、高低跨、女儿墙、排水沟、排水管等）增加电伴热消融系统，电伴热系统可采用人工开启形式或者智能感应开启形式，根据建筑物特点针对性设置，在冬季冰雪过大时，通过电伴热有效融雪，防止冰雪堆积和渗漏，减缓屋面积雪压力。

3.1.3 在屋面檐口位置增加挡雪系统（可根据实际情况，不同的造型坡度设置不同的长度和密度），防止冰雪大面积滑落对排水沟的破坏，消除安全隐患。

3.2通过寒冷地区的金属围护系统使用特点可以看出，柔性防水系统相对刚性防水系统更加适合于寒冷地区使用，因此在金属围护系统选择时优先选用柔性防水系统，同时要做如下改进：

3.2.1 选用成品的复合材料（复合保温板）代替原有的单层钢板加保温体系，复合板的保温材料封闭在两层钢板之间，可以避免潮湿水汽的进入，保证保温性能不缺失，同时与卷材防水接触面由较软的保温材料改为硬质的钢板，提高整体系统的承载力，避免由于人为踩踏造成的保温材料压缩形成屋面凹陷。

3.2.2 防水卷材采用满粘施工工艺代替机械固定连接方式，可以提升屋面卷材平整度防止雨雪堆积，同时室内无外漏螺钉头，避免螺钉锈蚀。

五、配合金属屋面系统使用的新能源衍生产品

随着能源科技的到来，越来越多的新能源科技应用到了建筑设计中，针对金属围护系统屋面来说，目前应用最为广泛及成熟的是太阳能系统。针对金属屋面围护系统的特点，薄膜型光伏太阳能产品已经有了完美的解决方案，利用太阳能发电带动屋面融雪系统，使整个屋面围护系统的保温、节能应用上升到一个新的高度，同时光伏产品产生的能源还可应用于建筑内部的照明保温，提供一体化的建筑节能保温解决方案，是新能源建筑体系的重要发展方向。

1、薄膜型光伏产品的特点：

1.1柔性的光伏产品，可以为建筑师提供自由的设计空间，可以与不同造型的屋面系统结合，满足光伏建筑一体化的审美要求；

1.2轻便的光伏产品，对原有建筑物完全没有附加重量和风力荷载。无玻璃的光伏产品，减低施工难度，减少施工成本；

1.3耐用的光伏产品，用聚酯膜封装，防紫外线，防湿气，超过十年极端条件下的应用已得到广泛验证，应用到包括卫星、海洋和军事等领域；

1.4耐阴影的光伏产品，在低光照和发散光照射下仍有较好的室外工作性能，因为该产品在蓝光波段有较高的吸收率。在部分受到遮挡或污染时，仍能产生电力；

1.5高效的光伏产品，在光照条件好的高温及热带地区，柔性光伏产品比一般晶体硅光伏组件多产生20%的电力；

1.6柔性光伏产品以柔性的薄板形式为光伏建筑一体化提供解决方案，本产品可与普通金属屋面板、单层膜、SBS、PVC或TPO面材料粘合。组件非常耐用，每隔电池都有加装旁路二极管，使组件部分受到遮挡或污染时，仍能产生电力。可以保证20年内输出电力不低于80%（标准测试条件）。

2、薄膜型光伏产品在两种金属屋面系统中的应用方案：

2.1金属屋面围护系统薄膜光伏产品的使用

为保证屋面围护系统防水性能，金属屋面围护系统外层钢板多选用波峰高度较高的板型。为保证薄膜型光伏产品与金属屋面的结合，薄膜光伏产品会按照不同建筑要求设计在屋面外层系统的波谷位置，这样可以最大限度的扩大光伏产品的接收面，提高光伏发电性能。由于屋面外层系统存在波峰波谷，在冬季大雪天气雪水容易在波谷位置积留，需要配合屋面融雪系统，以便保证光伏产品的正常使用。光伏产品为融雪系统提供必要的电能，融雪系统为光伏产品工作面清理积留的积雪，利用二者各自的特点使得金属屋面系统更加完善。在实际使用过程中，会发生由于积雪过大导致融雪系统无法有效清除积雪的情况，必要时还需安排人工清理积雪。

2.2柔性屋面围护系统薄膜光伏产品的使用

柔性屋面系统屋面相对金属屋面系统更加平整，薄膜光伏产品的应用可以更加灵活有效。根据建筑物特点可以将光伏产品设置在不容易积雪的位置，增加薄膜光伏产品的效率。柔性防水屋面产品相对较为脆弱，因此在设计薄膜光伏产品时，因充分考虑对原有屋面防水体系的成品保护。

除了光伏太阳能产品外，越来越多的新能源产品被设计结合到了屋面围护系统中来，这样必将是未来屋面围护系统的主要发展方向。

六、金属屋面系统在寒冷地区的施工方案

除了材料和产品的选择，金属屋面系统在寒冷地区的施工也要做特殊的安排和处理。工程应该提前制定完备的施工进度计划，尽可能避免在冬季施工；同时要根据建筑物所在区域的特殊气候地理条件，结合工程项目特点，制定针对性的寒冷地区金属围护系统施工方案。做好设备、材料的寒冷天气使用规范和要求，提前组织施工人员做好冬季施工安全培训，规范冬季施工及生活取暖要求，做好人员防冻保护措施，并提前制定好恶略天气的防范措施。

金属围护系统作为新兴的建筑围护系统，已为越来越多的业内人士所了解、关注和重视，随着近些年的发展可以看出，金属围护系统必将成为未来建筑领域围护系统的第一选择。我国到目前为止还没有专门的针对金属围护系统的专项规范要求，在多数人的认识中，金属围护系统只是作为钢结构产品的一个分项，这对金属围护系统的施工和管理和技术推广造成了障碍。作为金属围护系统从业成员，需要不断学习、不断探索、不断创新，积极总结以往的经验教训，根据不同的建筑特点和施工条件，整理相应的资料。充分发挥金属围护系统的优势，改进现有金属围护系统的弊端，结合新技术、新方案、新能源等最前沿的产品应用，努力推动行业的进一步发展。

[注：本文部分图片来自互联网！未经授权，不得转载！每天跟着我们读更多的书]