[2022/08/26]為什么屋頂光伏需要防水卷材？

屋面防水工程總體可分為三類，結構防水+防水層對應最高防水等級?？傮w來看，屋面防水工程按從下到上的結構可以分為：防水墊層、結構防水層以及防水層。其中，結構防水層一般是指屋面基層結構本身即帶有 防水性能，例如帶有導水槽的金屬屋面，而防水墊層和防水層一般兩者選一即可。

防水墊層是指在金屬板復合板中間或瓦片下方的輔助防水材料，用于坡屋面的防水，可視為結構防水中的輔助構造層次，而防水層是指鋪設或噴涂在屋面結構上方的防水卷材或防水涂料，不僅可以用于坡屋面也可以用于平屋面，既可以用于復合金屬板屋面也可用于單層金屬板屋面。盡管防水墊層和防水層只需要選擇一個即可，但由于材料的限制，防水層+ 結構防水的防水性能要高于防水墊層+結構防水。



防水墊層與防水層所選材料有所不同，高分子防水卷材在兩者中皆有應用，且效果更佳。根據《坡屋面工程技術規范》，防水墊層被分為瀝青類防水墊層、高分子類防水墊層以及防水卷材和防水涂料四類，其中防水卷材和涂料類中既包括高分子類防水卷材，也包括 SBS、APP 改性瀝青防水卷材。

當防水卷材作為防水墊層位于復合板內部時，由于其還需要承擔透氣、防潮等功能，因此高分子卷材在其中使用效果更好。而在防水層中，目前主要使用的材料為防水卷材和防水涂料，且由于卷材暴露在最外層，在沒有保護層的情況下，高分子卷材因其卓越的抗老化性能而被更多使用。

防水設計是光伏屋面工程中必不可少的一環。秉承著“以排為主，防排結合”的屋面防水方針，光伏屋面 防水設計應根據建筑物的使用性質、重要程度、區域環境和使用功能要求，合理選擇材料以及構造。

從《光伏組件屋面工程技術規程（征求意見稿）》給出的光伏組件屋面基本構造層可以看出，光伏組件屋面可以分為四個 類型，而四類的基本構造層中均包括結構防水層，其是指由光伏組件和排水槽構件組成的屋面防水層；類型 III、 類型 IV 中除結構防水層還需要增加防水墊層以及二次防水層，通常二次防水層為防水卷材。



防水設計的技術路徑有所不同，當前市場提出三種主流方案。由于防水方案的設計在不同條件下具有很大 的差異性，因此提供商根據自身優勢以及產品提出了不同的防水設計方案，目前市場上主流的設計方案包括以下三種：

①結構性防水：指通過橫向和縱向的導水槽，將水導到環形的收集器后通過屋頂排水溝將水排出。逆 變器龍頭陽光新能源的 iBuilding 智慧 BIPV 以及支架龍頭中信博的智頂 BIPV 均采用這類防水方案；

②新型彩鋼瓦：傳統彩鋼瓦是由 Q215 或 Q195 低碳鋼經過雙面鍍鋅制成的輕型鋼板，其防水設計年限僅為 8-10 年，而 新型彩鋼瓦由 Q235 鋅鋁鎂合金制成，防腐防滲性能大幅提升，使用年限可達 25 年以上。目前組件龍頭天合光能的天能瓦 BIPV 產品采用新型彩鋼瓦，同時配合大流量排水槽、180 度鎖邊實現高防水性；

③傳統彩鋼瓦+防水卷材：通過在原始屋面鋪設防水卷材和提供防水支座預制件的方式構建光伏屋面防水系統，防水龍頭東方雨虹以及凱倫股份均推出了自身的光伏屋面防水系統。

屋頂分布式光伏按根據屋面材料不同，可以大致分為混凝土屋面和金屬屋面，而根據附著下游建筑類型可 以分為工業廠房，居民建筑和公共建筑，其中，工業廠房以金屬屋面為主，還包括少量的混凝土屋面；而居民 建筑和公共建筑以混凝土屋面為主。BAPV 和 BIPV 在產品和施工有所不同，對于防水卷材需求的原因也有所不同。

為確定防水卷材在光伏屋面的使用空間，按照 BAPV 和 BIPV 兩種產品發展路徑，我們將談論在不同路徑下防水卷材的應用場景。



BAPV：原始屋面+安裝環節存在提升空間，防水卷材可兜底加強效果

按照屋面結構的不同，我們梳理了兩種屋面安裝 BAPV 的過程，并通過拆分施工環節，可以得到防水卷材 在其中的必要性。從整體來看，BAPV 安裝都需要經過以下幾個步驟：

1）檢測屋面情況：如果是混凝土屋面需要檢測漏水程度；如果是彩鋼瓦金屬屋面，需要確定彩鋼瓦厚度來 保證荷載，檢測銹蝕情況來確定是否滲漏水。而如果當前防水設計年限未能和光伏組件使用年限相匹配，則需 要更換或新增防水。

2）安裝支座：如果是混凝土平屋面通常采用新增灌注水泥基座或壓載的方式安裝支座；如果是混凝土瓦頂 坡屋面，則需要拆除瓦片，在瓦片后打孔安裝預制件支座，之后需要再放回瓦片；如果是金屬屋面，則有兩種 方式，一是加裝檁條或墊高座，二是支座通過膠粘、夾具或螺栓的方式固定在金屬屋面上。

3）安裝支架：支座安裝完畢后，在支座上方安裝導軌以及橫向和縱向的導水槽。

4）安裝光伏組件：安裝支架后，通過固定支架將光伏組件固定在導軌上，光伏組件之間安裝防水蓋板。以上安裝步驟，對建筑物的屋面防水產品性能提出更高要求。



產品端：原始屋面防水等級難以匹配光伏組件，系統升級為大勢所趨

在傳統防水標準下，防水合理使用年限僅為 10 年，原始屋面質量殘差不齊。通過上文的討論，我們可以 看出 BAPV 主要應用于存量建筑，而存量建筑的防水年限由于標準偏低一般較短。在《屋面工程技術規范》現行條例中，屋面防水被分為三個等級，一般工業建筑的防水等級為屋面Ⅲ級防水，其防水層合理使用年限僅僅為10 年，一旦使用超過10 年以上，那么防水層的翻新會對光伏系統的經濟性造成不利影響。

光伏組件使用壽命大幅超過當前屋面防水標準，屋面防水系統升級為大勢所趨。光伏組件的運營周期一般 為 25 年，25 年之后僅是發電效率有所下降，其真實運營年限可能超過 25 年。

根據勞倫斯伯克利國家實驗室數據顯示，光伏電站的壽命已經從 2007 年的平均約 21.5 年增加到 2019 年的約 32.5 年。這意味著我國屋面防水年 限與光伏電站運營周期出現嚴重錯配，而屋面漏水不僅意味著后期運維難度的提升，同時也是對工廠生產和居 民生活造成極大影響。

在這樣背景下，2018 年中國建筑金屬結構協會發布的《光伏組件屋面工程技術規程（征 求意見稿）》中，要求屋面材料的設計使用年限應與光伏系統的設計使用年限向匹配，無法滿足要求時應給出維 修替換方案；2020 年，住建部發布《屋面工程技術規范（局部修訂條文征求意見稿）》，明確規定屋面工程的設 計工作年限不少于 20 年。在光伏與建筑建材兩個行業標準的推動下，防水等級提升為大勢所趨。



組件及系統自身難以實現高性能防水，防水卷材起到兜底和加強的作用。光伏屋面的防水采取“以排為主， 防排結合”方針，防水方案通常采用 W 導水槽（豎向）與 U 型導水槽（橫向）結合方式。

我國分布式光伏的裝機大省多集中于華北、華中和華東地區，其中山東、安徽、浙江的裝機量名利前茅，這些省份降雨量高于全國平均水平，防水支架在雨水量過大或水槽堵塞時易造成返水、漏水；同時，光伏防水支架的安裝步驟繁瑣，易產生由于裝配不良而導致的事故。因此，僅靠支架防水可能難以保證屋頂分布式光伏的運營質量，需要加裝屋 頂防水卷材為其兜底。

因此防水卷材是光伏屋面一級防水結構的基本構造。在防水升級的背景下，防水卷材作為光伏屋面防水的 主要技術路徑之一，占據了一定的市場空間。而在《光伏組件屋面工程技術規程（征求意見稿）》中要求光伏屋面一級防水結構中，除光伏結構防水層以外必須加裝防水卷材。由此可以預見，未來組件的使用年限將不斷延長，屋面防水要求逐步趨嚴，對防水卷材需求的確定性也將明顯提升。



施工端：當前安裝工藝存在改進空間，防水配套預制件有望解決現有痛點

當前支座安裝工藝多會造成滲漏可能性。目前支座無論是混凝土屋面還是金屬屋面可總體上分為兩種，螺 栓打孔固定式和夾具夾持式，但二者都可能會造成屋面滲漏。首先螺栓打孔固定式需要將螺絲釘打入原有屋面， 會對原有防水層產生破壞，而為了防止滲漏通常會安裝防水膠條或灌注防水密封膠，但這兩種防水材料無法對 打孔處實現完全的密閉包裹。根據《EPDM 膠條質保期計算方法(可公開版)》測算，EPDM 防水膠條的自然老 化時間為 10-15 年，而防水膠帶使用年限則更短，長期來看必然會開裂漏水。夾具加持式基本用于金屬屋面， 但夾具一般采用鋁合金材質，與金屬板材存在電位差，會加速金屬板材的腐蝕。

打孔式支座安裝后需要對屋面進行防水維護，長時間施工可能造成二次傷害。傳統情況下，為了彌補打孔 帶來的滲漏風險，需要對支座進行單獨防水處理，一般流程為：在支座安裝完成后，用防水卷材覆蓋支座底部， 并用熱風焊接的方式與原屋面卷材鏈接，之后再采用細部卷材將支架包裹并與大面卷材焊接為一個整體，形成完整防水體系，整體施工流程較為復雜，安裝時間較長，而屋面長時間上人安裝將對彩鋼瓦形成踩踏，造成鎖 邊松脫，進而對屋面防水造成二次傷害。



防水一體化預制件可兼顧防水和固定雙重功能，加快施工進度。為解決支座和防水單獨施工所帶來二次傷害，防水企業結合支座施工特點以及自身產品特性，開發出防水一體化固定預制件，此類預制件提前用防水卷材包覆立柱，底盤防水卷材在工廠預制成形，并在預制件底部固定錨，安裝時通過 90°翻轉，反扣在鋼板基層，為屋面分布式光伏提供足夠的抗風性能保障。防水預制件由于安裝步驟提前，防水材料與支座在工廠就已經預 制成形，因此能縮短施工流程，更好實現防水效果。

2.2.2 BIPV：組件需承擔建筑材料性能，防水卷材當下必不可缺

與 BAPV 不同，屋頂 BIPV 需替代原有屋面。屋頂 BIPV 產品除了發電產生收益外，建筑屬性是其最為重 要的特性。BAPV 的防水是為了滿足光伏組件的使用年限，而 BIPV 的防水則是其作為建筑材料所必須要承擔的性能。在應用領域中，BIPV 由于當前技術限制，仍不能替代混凝土公共建筑的屋頂，多以加蓋的采光頂形式體現；而在工商業金屬屋面以及民用領域，已經出現可以替代原有屋面的 BIPV 產品，例如工商業的保溫防水 光伏一體化屋面，民用領域的光伏瓦。

從產品結構來看，采光頂型BIPV 由于采用透光組件，其對于裝飾需求較大，而防水卷材和涂料都不具有 透光性，因此在此類產品中，防水材料的適用空間較??；而工商業領域的屋頂一般采用金屬屋頂，當前 BIPV 產品可通過集成的方式將光伏組件、保溫材料、防水卷材以及彩鋼瓦組合形成光伏屋面系統，在發電的同時承擔建筑特性，進而替代原有屋面；而民用領域中，目前光伏瓦僅替代磚瓦和瀝青瓦，光伏瓦屋面仍需要底部防 水層打底。



細分來看，工商業 BIPV 屋頂系統采取一體化銷售模式，防水卷材通常包含在系統內。在目前使用于工商 業屋頂的 BIPV 產品中，通常將防水卷材復合在系統中打包銷售，即在產品端就已經確定了防水卷材的使用。在后續的施工階段中，防水材料一般位于保溫材料之上，光伏組件之下，而且一體化施工更會考慮到防水層與 支座的集成，進而保證 BIPV 屋面系統的防水性。

民用領域中光伏瓦僅替代原有瓦片，屋面防水仍需防水卷材打底。在傳統磚瓦和瀝青瓦屋面中，屋面的防 水大多由瓦片下方的防水卷材層所承擔，而光伏瓦僅替代傳統磚瓦和瀝青瓦，并沒有過多承擔防水性能；同時更換光伏瓦后，由于需要加裝支座，難免會對原有防水層造成傷害。在龍焱新能源公開的光伏瓦安裝流程中， 光伏瓦需要安裝在由混凝土瓦制造商推薦的屋面防水卷材之上。因此，在民用領域中，使用光伏瓦作為屋面仍然需要底層的防水卷材打底。