外墻內(nèi)保溫對空調(diào)負荷的影響
2012-12-31 00:00:00張龍
【摘要】在設(shè)計一棟建筑時，對建筑的熱性能無法進行測試，簡單的理論計算也無法對復(fù)雜的建筑進行有效分析。在進行建筑設(shè)計時，一般不考慮供暖空調(diào)系統(tǒng)的具體形式，所以，建筑的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計主要指圍護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。文中采用DeST-c輔助模擬軟件計算工具，分析了不同氣候地區(qū)外墻采用內(nèi)保溫的節(jié)能措施對空調(diào)負荷的影響?？梢詾椴煌瑲夂虻貐^(qū)的公共建筑外墻的保溫隔熱設(shè)計提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】外墻內(nèi)保溫；DeST-c模擬計算；空調(diào)負荷；節(jié)能
0.引言
建筑環(huán)境變化是由眾多因素所決定的一個復(fù)雜過程，只有通過計算機模擬計算的方法才能有效地對建筑環(huán)境狀況進行預(yù)測。計算機模擬計算可以判斷某種節(jié)能措施應(yīng)用在特定建筑物上的適用性。
不同建筑間能耗的差異很大程度上是由圍護結(jié)構(gòu)的不同引起的。外圍護結(jié)構(gòu)的作用是使室內(nèi)受到遮護，以不受室外溫度變化的影響。經(jīng)實測，我國北方采暖地區(qū)的建筑物約有三分之一的熱量經(jīng)外墻傳向室外[1]。從節(jié)能角度出發(fā)，采暖居住建筑外墻發(fā)展的總趨勢是采用高效保溫材料構(gòu)成的復(fù)合的外墻體。外墻保溫有兩種形式，即外保溫與內(nèi)保溫。內(nèi)保溫墻體即絕熱材料復(fù)合在建筑物外墻內(nèi)側(cè)，同時以石膏板、建筑人造板或其他飾面材料覆面作為保護層。構(gòu)造：①體結(jié)構(gòu)層，②空氣層，③絕熱材料層，④覆面保護層[2]。
1.圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
1.1 工程概況
以某辦公樓為計算對象。地上5層，建筑高度18.3米，總建筑面積：4408m2。1-5層有開敞式辦公區(qū)和辦公室，設(shè)置空調(diào)；衛(wèi)生間設(shè)空調(diào)；走廊等其他功能房間不設(shè)空調(diào)。
1.2 設(shè)計思路
在進行建筑設(shè)計時 ，一般也不考慮供暖空調(diào)系統(tǒng)的具體形式，所以，建筑的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計主要指圍護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，包括建筑幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建筑構(gòu)件材料的選擇。在設(shè)計一棟建筑時，對建筑的熱性能無法進行測試，簡單的理論計算也無法對復(fù)雜的建筑進行有效分析。文中采用DeST-c輔助模擬計算工具來幫助設(shè)計者完成人力不能為的計算，優(yōu)化方案，實現(xiàn)節(jié)能舒適的設(shè)計。
提出一個建筑設(shè)計方案，然后增加外墻的內(nèi)保溫這一項節(jié)能措施，用DeST-c模擬軟件計算，了解外墻內(nèi)保溫的節(jié)能效果。選取兩個不同的地區(qū)，分別比較外墻內(nèi)保溫的節(jié)能措施對空調(diào)負荷的影響。
（1）寒冷地區(qū)選取北京為代表城市。
模擬建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數(shù)：1.281。②外墻做內(nèi)保溫（聚苯板 60mm厚），傳熱系數(shù)：0.476。屋頂傳熱系數(shù)0.543；樓板傳熱系數(shù)2.7；內(nèi)墻傳熱系數(shù)：1.041；外窗傳熱系數(shù)：2.4。
根據(jù)建筑所處城市的建筑氣候分區(qū)，圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中的規(guī)定。
（2）夏熱冬冷地區(qū)選取上海為代表城市。
方案1：
圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)及采取的內(nèi)保溫措施達到與寒冷地區(qū)相同的水平模擬建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數(shù)：1.281。②外墻做內(nèi)保溫（聚苯板 60mm厚），傳熱系數(shù)：0.476。屋頂、樓板、內(nèi)墻、外窗傳熱系數(shù)與上同。
方案2：
根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中對夏熱冬冷地區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能的規(guī)定來設(shè)定圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)。
模擬建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數(shù)：1.281。②外墻做內(nèi)保溫（聚苯乙烯泡沫塑料 10mm厚），傳熱系數(shù)：0.946。屋頂傳熱系數(shù)0.7；外窗傳熱系數(shù)：2.9；樓板、內(nèi)墻傳熱系數(shù)與上同。
注：傳熱系數(shù)單位：W/（m2·k）。
1.3 其他輸入?yún)?shù)的設(shè)定
1.3.1 通風換氣量的確定
在夏季夜間及過渡季，室內(nèi)外通風量為開窗風量；其他時間為關(guān)窗風量（滲透風量）。開窗風量及關(guān)窗風量的大小與當?shù)氐臍庀髼l件、建筑周圍的地形與建筑本身的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，難以給出確定的數(shù)值[3]。文獻[4-5]通過測試和調(diào)研得出，建筑物房間的關(guān)窗風量可取換氣次數(shù)0.5h-1（考慮到關(guān)窗不嚴引起的滲透風量），開窗風量取10h-1。最后綜合考慮確定關(guān)窗風量取換氣次數(shù)0.5h-1，開窗風量取10h-1。
1.3.2 內(nèi)遮陽措施的確定
內(nèi)遮陽設(shè)施采用百葉窗簾。窗簾的作息：只在6月中旬到9月中旬的中午11點到下午4點打開窗簾，其余時間關(guān)閉窗簾。
2.計算結(jié)果與分析
2.1 外墻內(nèi)保溫對空調(diào)負荷的影響（間歇采暖方案）
對于間歇采暖的方案，采用內(nèi)保溫措施后，累計熱負荷明顯降低，而空調(diào)冷負荷變化不大。
這是由于，冬季，一般室內(nèi)溫度高，室外溫度低，熱流必然由室內(nèi)流向室外。采取保溫措施，使流出的熱量減少，既可以節(jié)能，又可以使室內(nèi)溫度變得舒適。夏季，一到夜間必須把白天房間內(nèi)所積蓄的熱量盡快地排向室外，這時，重要的是散熱。上海地區(qū)，白天因受強烈日射而室溫升的很高的房間，即使白天也要盡量把熱排放出去。這時，因為房間采取了保溫措施，反倒使房間變的更熱。即采取內(nèi)保溫措施后，冷負荷反而增大。
2.2不同采暖方式對空調(diào)負荷的影響
墻體采取內(nèi)保溫措施后，在間歇采暖與連續(xù)采暖方案下能耗的比較：采用連續(xù)采暖的方案后，最大熱負荷顯著增大。（這個跟采暖時間段有關(guān)）。內(nèi)保溫節(jié)能墻體的外側(cè)結(jié)構(gòu)層密度大、蓄熱能力大，因此采用這種墻體時室溫波動較大，供暖時升溫快，不供暖時降溫也快，在冬季時，宜采用連續(xù)供暖方式以保證正常的室內(nèi)熱環(huán)境。
2.3 不同內(nèi)保溫方案對空調(diào)負荷的影響
采用兩種內(nèi)保溫方案（這里指前面1.2節(jié)提到的方案1和方案2）后，經(jīng)模擬得出：采取較好的保溫措施，可以明顯降低采暖能耗。而空調(diào)季，采用內(nèi)保溫措施時甚至比不采用保溫能耗還要高。
冬季外圍護結(jié)構(gòu)的熱阻決定著各內(nèi)表面溫度和室內(nèi)所需熱量。這是因為在冬季室內(nèi)的溫度一般比室外溫度要高，熱量由室內(nèi)傳向室外，方案1圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)低于方案2，所以方案1熱負荷最低。夏季，雖然室內(nèi)外溫差的方向并不總是一致的，而在夜間可能由室內(nèi)向室外方向傳熱，但是，在有空調(diào)設(shè)備的建筑中，外圍護結(jié)構(gòu)熱阻的作用仍與冬季類似。不過，由于夏季室內(nèi)外溫差與室外空氣溫度的日波動值相比，兩者不相上下，所以，在決定室內(nèi)熱環(huán)境方面，圍護結(jié)構(gòu)熱阻的相對重要性減小了，而蓄熱量的相對重要性要比冬季大。方案2的蓄熱量大于方案1，所以方案2的冷負荷要大一些。
3.結(jié)論
從以上研究可得如下結(jié)論：
（1）不同氣候地區(qū)外墻內(nèi)保溫對降低空調(diào)熱負荷均有利。在上海地區(qū)增大內(nèi)保溫效果，即減小墻體傳熱系數(shù)，對降低空調(diào)熱負荷有利，反而使得空調(diào)冷負荷增加。
（2）不同氣候地區(qū)應(yīng)采取不同的隔熱保溫措施，如夏熱冬冷地區(qū)在進行圍護結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計時，不能簡單地采用降低圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，來達到節(jié)約建筑能耗的目的。夏熱冬冷地區(qū)，既要保證夏季隔熱，又要兼顧冬季保溫；寒冷地區(qū)，既要保證冬季保溫，又要兼顧夏季隔熱。
采用內(nèi)保溫的節(jié)能墻體，供暖時升溫快，不供暖時降溫也快，在冬季時，宜采用連續(xù)供暖方式以保證正常的室內(nèi)熱環(huán)境。經(jīng)過上述分析這種墻體應(yīng)用在禮堂、俱樂部、會場等公共建筑上較為有利。
【參考文獻】
[1]李秋啟，程玉林，王淑琴.墻體的內(nèi)保溫與外保溫.http：//www.cnki.net.
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