沙特阿拉伯住宅建筑可持续屋顶解决方案的热能与能效混合方法比较分析

为解决沙特阿拉伯极端炎热气候下建筑能耗高的问题，研究人员开展GR(绿色屋顶)、CR(冷却屋顶)、SPV(太阳能光伏屋顶)和RC(屋顶遮阳棚)四种可持续屋顶策略的混合方法比较研究。通过居民问卷调查和热性能模拟发现，GR降温效果最佳(降低屋顶表面温度28%-52%)，节能达20%；SPV兼具发电与遮阳功能。研究为沙特实现Vision 2030可持续发展目标提供了重要技术参考。

　　

在沙特阿拉伯等炎热干旱地区，建筑物面临着严峻的能源挑战。随着全球变暖加剧，建筑能耗占全国总能耗的很大比例，其中住宅建筑的冷却需求尤为突出。传统平屋顶(FR)在烈日下表面温度可高达60°C，不仅加剧城市热岛效应(UHI)，还导致空调能耗激增。尽管沙特政府推出Vision 2030计划推动可持续发展，但建筑行业仍缺乏对不同可持续屋顶策略的系统评估。

为填补这一知识空白，Raheemat O. Yussuf等研究人员在《Results in Engineering》发表论文，首次对沙特三种气候带(利雅得、吉达和塔布克)的四种可持续屋顶方案进行综合比较。研究采用混合方法，结合212份居民问卷调查和DesignBuilder热模拟，评估了绿色屋顶(GR)、冷却屋顶(CR)、太阳能光伏屋顶(SPV)和屋顶遮阳棚(RC)的性能表现。

关键技术方法包括：1)采用Yamane公式确定样本量的问卷调查，评估居民对四种屋顶策略的接受度；2)基于典型别墅案例的DesignBuilder热模拟，比较不同屋顶在三种气候条件下的表现；3)经济性分析，计算各方案的投资回收期。

研究结果揭示：

1. 1.

   居民接受度方面：SPV最受欢迎(加权平均4.4/5.0)，CR次之(4.3/5.0)，GR(4.2/5.0)和RC(3.8/5.0)相对较低。居民更看重GR的美观性和户外空间功能，而CR因成本优势获得青睐。

2. 2.

   热性能表现：GR降温效果最显著，在利雅得夏季白天平均温度仅23.18°C，比FR降低51.28%；CR表现次之，降温12.11%-14.41%。RC在遮阳类策略中最佳，夏季峰值温度比FR低13.20%-17.74%。

3. 3.

   节能效果：GR年节能率最高(利雅得16.56%，塔布克20.04%)，CR紧随其后(13.69%-17.16%)。SPV除遮阳节能外，在塔布克可产生78,356.62kWh/年的超额电力。

4. 4.

   经济性分析：CR成本最低(110SAR/m²)，投资回收期最短(14.67年)；SPV虽初始成本高(614.09SAR/m²)，但长期收益显著。

讨论部分指出，GR虽性能优异但受限于结构承重和灌溉需求，CR更适合大规模推广。SPV在沙特太阳能资源丰富的优势下，配合政策支持可成为主流选择。研究建议将最优策略纳入沙特建筑规范(SBC 602E)，并开发GR-CR-SPV混合系统以最大化效益。

这项研究为沙特实现建筑节能目标提供了科学依据，其方法论也可推广至类似气候地区。未来研究需关注沙尘对SPV效率、GR节水技术等实际问题，以促进可持续屋顶的实际应用。