防水保温与光伏发电合二为一的BAPV屋面安装实例丨技术

某外商投资项目位于江苏省太仓市，为钢结构厂房，屋面面积约22000㎡，厂房周围无遮挡，屋面结构简单平整，屋面工程的系统设置层次自下而上依次为压型钢板、隔汽层、保温层、防水层。为响应当下绿色建筑及低能耗建筑发展倡议，该项目在防水工程完成后，继续安装并网型光伏发电系统，实现清洁能源在建筑物上的应用。整个屋面共设计安装太阳能组件1529片，装机总容量为688kWp。光伏支架固定基座使用了1122个西卡预制锚固件作为TPO柔性防水屋面与光伏支架的连接构件。

屋面系统层次

综合考虑屋面的保温性能和防水性能，第一层隔汽层选用自粘型铝箔隔汽膜，施工方便简单，搭接边5 cm，与钢板直接粘贴，不易移位；随后保温层选用2层5 cm厚的岩棉板，错缝拼接，并使用专用固定件将两层保温固定在钢板上，螺钉一次成活，穿出钢板2 cm；面层选用西卡内增强型热塑性聚烯烃防水卷材（以下简称TPO防水卷材），其可焊接性能好，耐候持久，施工时平铺于保温板上，使用专用卷材紧固件进行固定，搭接边12 cm，再通过热风将搭接边焊实，确保TPO防水卷材连接为一体（图1）。

图1 屋面防水层次设计图

屋面天窗

天窗最高处高出屋面1.8 m，呈三角形，垂直面中间开口，另一面以斜坡形式与屋面连接，防水层亦与屋面大面防水连接（图2）。在开口处，卷材上翻和下翻至天窗框内收口，确保防水层的有效性。天窗斜屋面层次设置与屋面大面一致，隔汽膜与基层粘贴密实，确保隔汽层整体密实有效；天窗岩棉板拼接密实，与屋面大面岩棉板连接，形成连续的保温层，确保保温效果。

图2 屋面天窗设计图

屋面女儿墙/山墙

墙体立面使用单层5 cm厚岩棉板作为保温层，TPO防水卷材上翻满包至墙顶收口同时使用耐候密封胶密封外口，再单独焊接一块防水卷材将墙体覆盖，最后安装女儿墙顶的保温棉和金属盖帽（图3）。

图3 女儿墙/山墙设计图

屋面落水口

由于屋面结构层未在落水口处设置坡度，因此在落水口四周一圈使用保温找坡。使用刀具裁切岩棉保温板，形成顺畅角度，裁剪大小合适的TPO防水卷材，外边缘与屋面大面卷材焊接为一体，内边缘使用密封胶与法兰圈粘结固定，并将挡叶器固定在法兰环上（图4）。

图4 屋面落水口设计图

光伏支架固定基座

采用西卡TPO预制锚固件。其由优质TPO片材与金属构件预制成型，安装时通过屋面专用紧固件将其金属垫片固定在屋面钢板基层上，实现连接件与屋面结构的物理连接；预制锚固件自带的TPO防水片材通过热风焊接，将由锚固件穿破的部位覆盖修复（图5），实现屋面防水的整体完好性；连接光伏支架的螺母接口采用市场通用的M12型号连接口，适配绝大部分类型的光伏支架体系。

图5 TPO预制锚固件安装设计图

该配件用于在完成后的防水卷材面上增加后续设备、安装光伏支架，为了保证屋面防水的完好性，因此专门开发出与屋面高分子防水卷材同材质修复片，组合金属垫片和不锈钢内嵌式螺母形成一整套构件，配套使用。

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屋面基层安装

B-36型压型钢板固定在屋面檩条上，固定牢固，通过屋面结构验收后交付给防水分包商进行后序施工（图6-7）。

图6 屋面天窗框架

图7 屋面钢板基层

隔汽膜安装

屋面大面与天窗隔汽膜安装如图8-9所示。自粘隔汽膜粘贴在钢板基层上，膜搭接宽度5 cm，以确保隔汽膜的整体性。

图8 大面隔汽膜安装

图9 天窗隔汽膜安装

保温层及防水层安装

岩棉保温板铺放于隔汽膜上，并使用紧固件（塑料套筒和螺钉）将保温层固定在钢板上，螺钉穿出钢板≥2 cm，同层板缝错缝平铺，上下两层也需错缝拼接。保温板铺设完成后，展开TPO防水卷材，在屋面上进行预铺以确定卷材铺贴位置。两幅卷材搭接边至少12 cm，沿搭接标识线使用卷材固定件将卷材固定在屋面钢板上，搭接边使用自动焊机进行热风焊接，将防水卷材焊接连成整体。

落水口安装

先将洞口周圈30 cm范围内的岩棉板切成斜坡形成排水坡度，然后裁剪大小合适的TPO防水卷材压入雨水斗的金属法兰环中（图10），并打上耐候密封胶密封，再与大面卷材焊接连成一体，最后安装金属挡叶器。

图10 防水层及法兰安装

屋面整体防水层施工结束（图11），并经过几次雨水检验通过验收后，进行光伏系统安装。安装布局应根据设计图纸排布方案进行交底，施工过程中严格做好防水成品的保护，避免后续工艺破坏防水层。

图11 屋面防水安装完成

光伏支架固定基座安装

1）根据基座定位布置图，选取参照点，将基座的位置临时标识在防水层上，完成基座在屋面上的定位（图12）。

2）光伏支架固定基座选用西卡TPO预制锚固件，该锚固件通过四颗紧固螺钉穿透防水层和保温层，直接固定在屋面钢板上（图13）。

图12 基座定位弹线

图13 锚固件机械固定

3）TPO预制锚固件自带的预制TPO片材与大面卷材通过热风焊接连成一体。

4）为确保防水层焊缝密封的完好性，使用真空检测仪，对锚固件的焊缝进行密封性检测（图14）。在真空检测仪施加到一定的负压之后停止施压，等待约1 min，如压力表读数保持不变，即说明焊缝质量合格。

图14 锚固件焊缝检测

导轨支架安装

预制锚固件依据定位点安装并逐个测试焊接质量，验收后进行下一道工序。先用M12的螺杆锚入TPO预制锚固件的连接口中，然后通过金属扣件将导轨支架固定在螺杆上（图15），再将模块中的所有支架连接起来（图16）。

图15 支架安装详图

图16 导轨安装

光伏板安装

将光伏板依次拼装在支架上，并通过金属扣件固定在导轨支架上（图17）。GB 50794—2012《光伏发电站施工规范》要求，安装过程中避免板面碰撞损坏，光伏板通过螺栓机械固定。确保整个网架与结构固定牢靠后，及时清理现场建筑垃圾及杂物，为光伏方阵留出安全的散热距离。

图17 光伏板安装

光电入柜及并网调试

随后按照GB/T 50865—2013《光伏发电接入配电网设计规范》进行光伏组件直流电缆的绝缘性测试，测试完成即可将各组件串联，进行开路电压与短路电流的测试，完成电器接地工作。在逆变器、电池组件等设备完全连接后进行联合调试并做好交接工作。图18为光伏系统安装完工后屋面照片。

图18 光伏系统完工图

在屋面上进行分布式光伏系统的安装，有几个重要的考虑因素：

1）防水层的有效性。作为围护结构的屋面，其基本的功能是遮风避雨，因此在防水功能的要求上不能有任何松懈，一旦防水失效，会直接影响到建筑物内部日常工作的正常运营，而加装光伏后的屋面维修也是一种挑战。

2）防水层的耐久性。目前国家关于光伏系统的设计年限是25年，那么意味着防水层的服务年限也应齐平甚至更长，才能支持后期光伏体系的正常运营。

3）光伏与防水两大系统的连接方式。在BAPV（安装型太阳能建筑）模式下，光伏体系是刚性的，而屋面防水如果选用高分子卷材进行防水保护，就是柔性的，刚柔连接是难点，如何在不破坏屋面防水系统的前提下，实现刚性支架的安装，确保屋面不渗漏是一大难题。因此，以一个全局性的视角，用系统工程的思维模式来进行屋面工程的设计、施工安装，显得非常必要。（作者为西卡渗耐防水系统（上海）有限公司屋面事业部产品管理经理卢嫔婷）