高層建筑外墻材料節(jié)能分析研究

穆婧瑜

【摘 要】本文闡述介紹了建筑設(shè)計(jì)中，節(jié)能的重要性。建立了能耗模擬的計(jì)算模型。分別對240粘土多孔磚、190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒以及砂加氣B05三種墻體材料進(jìn)行能耗模擬，通過分析結(jié)果的對比，得出240粘土多孔磚材料節(jié)能率更高的結(jié)論，為建筑的外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】建筑；外墻材料；節(jié)能

隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技等各方面的飛速發(fā)展，能源的消耗量日趨增大。以目前我國城鎮(zhèn)民用建筑耗電量為例，其能源消耗比率約占全國發(fā)電總量的21%～23%。而且，這些數(shù)據(jù)顯示的僅僅是建筑物自身正常運(yùn)行（如家電、樓梯燈具、公用電梯等）所耗費(fèi)的能源。尚未算及建筑材料的制造、使用以及建筑在施工過程中所消耗的能源。而與此同時，全球的能源供應(yīng)卻是日益緊張，能源的短缺和高速發(fā)展的生產(chǎn)力之間，矛盾愈趨加劇。因此，如何更好地節(jié)約能源，提高其使用率，成為了當(dāng)前倍受關(guān)注的話題。本文針對某高層建筑的外墻材料，提出了3種材料對比方案，并進(jìn)行能耗模擬分析，目的在于選擇節(jié)能率更高的外墻結(jié)構(gòu)，以達(dá)到建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中節(jié)能的目的。

1 建筑模型的構(gòu)建

本文選擇某二類高層民用建筑為計(jì)算模型，進(jìn)行外墻材料節(jié)能模擬分析。其相關(guān)參數(shù)如下：

1）層高：19

2）每層單元數(shù)：2

3）單元戶型：A型（2個）、B型（2個）

4）每層建筑面積：365 m2

5）總建筑面積：6550 m2

繪制出的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 外墻結(jié)構(gòu)的分析

建筑物外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)的耗能率，是影響建筑能耗的關(guān)鍵因素之一。因此，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，必須得對外墻材料，進(jìn)行能耗模擬。本文針對該高層建筑的相關(guān)參數(shù)，選定了240粘土多孔磚、190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫以及砂加氣B05三種外墻材料進(jìn)行分析對比，以便確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

2.1 240粘土多孔磚墻體的模擬計(jì)算

作為近年來，市面上出現(xiàn)的新型節(jié)能材料，240粘土多孔磚墻體的能耗性能如何，需進(jìn)行模擬。其相關(guān)參數(shù)如表1所示：

詳細(xì)計(jì)算條件如下：

1）室內(nèi)溫度設(shè)定：冬季18℃，夏季26℃；

2）外墻：240粘土多孔磚，K=2.074W/（㎡·K）；

3）屋頂：砼板+保溫漿料，K=1.66W/（㎡·K）；

4）外窗：普通單層玻璃鋁合金窗，K=6.6W/（㎡·K），SC=0.9；

5）換氣次數(shù)：n=1.0；

6）設(shè)備能效比：冬季EER=1.0，夏季EER=2.2；

7）內(nèi)熱源：照明0.5875W/㎡，人員設(shè)備 4.3 W/㎡。

此外，以當(dāng)?shù)刈顭岬募竟?jié)（7、8月）中的一天為基準(zhǔn)，定義建筑的耗電量以及室內(nèi)溫度狀況。據(jù)當(dāng)?shù)刈顭嵩路莸臍庀髷?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，7月的平均溫度為25.79℃。計(jì)算日24小時干球溫度，如圖2所示。

計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

2.2 190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒以及砂加氣B05墻體的計(jì)算模擬

對于這兩種材料的能耗模擬，方法與章節(jié)2.1類似。計(jì)算參數(shù)不變和分析對象不變，只需分別重設(shè)建筑模型，對導(dǎo)熱熱阻和傳熱系數(shù)進(jìn)行修改。其具體分析結(jié)果如圖4和圖5所示。

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)對三種不同材料進(jìn)行能耗模擬圖?？梢灾溃?/p>

（1）由圖3所示，室外出現(xiàn)最低溫度的時間是凌晨1點(diǎn)，此刻的溫度為21.55℃.與此同時，室內(nèi)的最高自然溫度是29.69℃。此外，室外出現(xiàn)最高溫度的時間是12點(diǎn)的左右，溫度是28.79℃，而室內(nèi)的最高自然溫度是33.91℃，大約在20點(diǎn)左右，比起室外出現(xiàn)最高溫度的時間，整整延遲了8個小時。這是由于：①室外維護(hù)結(jié)構(gòu)對室溫有一定的延遲功能；②與本文設(shè)置的通風(fēng)換氣次數(shù)有關(guān)。

（2）由圖4所示，采用190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫墻體材料下，室內(nèi)的自然溫差，差別非常小，且溫度比采用240粘土多孔磚材料墻體時要低。

（3）由圖5所示，采用砂加氣B05墻體材料時，室內(nèi)溫度偏高。且隨著樓層增高，室內(nèi)溫度也隨之增加。特別是第4層與5層的房間溫度，差距較大。在15點(diǎn)左右，第5層的溫度高達(dá)達(dá)到36.7℃，而第4層的溫度僅為31.5℃，相差達(dá)到了4℃。與此同時，室外的溫度是25.79℃。與第5層存在10.51℃的差別。可見，采取有效措施，以降低室內(nèi)在無空調(diào)設(shè)置狀態(tài)下的頂端溫度十分必要。

本文以第一種材料為基準(zhǔn)，對比其余兩種材料的相對節(jié)能率，具體情況如表2所示。

由表2可知，240粘土多孔磚外墻能耗比190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫材料小17.1%，比砂加氣B05材料小9.5%。因此，可以得出結(jié)論，240粘土多孔磚外墻材料的能耗最小，是為外墻結(jié)構(gòu)最優(yōu)選擇方案。

3 結(jié)論

建筑節(jié)能，對于改善空氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展等方面都具有舉足輕重的意義。本文也做了相關(guān)的探索，通過建立建筑模型，分別對三種外墻材料的能耗進(jìn)行了模擬分析，得出了240粘土多孔磚外墻為最佳維護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)論，為建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了有利的理論支持，同時，也為高層建筑的節(jié)能措施的選擇，提供了參考依據(jù)。

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[責(zé)任編輯：侯天宇]