成都地區(qū)外墻保溫對(duì)建筑節(jié)能的影響

周練，李曉虹，王林，楊洋

（1.西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都　610039；2.四川海聚環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司，四川 廣元　628033）

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成都地區(qū)外墻保溫對(duì)建筑節(jié)能的影響

周練1，李曉虹1，王林2，楊洋1

（1.西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都610039；2.四川海聚環(huán)保科技有限責(zé)任公司，四川 廣元628033）

摘要：運(yùn)用DesignBuilder軟件對(duì)成都地區(qū)某住宅建筑全年累計(jì)冷、熱負(fù)荷進(jìn)行模擬，研究EPS、XPS、PUR等3種保溫隔熱材料在不同保溫層厚度時(shí)，內(nèi)、外保溫方式對(duì)建筑冷、熱負(fù)荷的影響。結(jié)果表明：外墻外保溫夏季隔熱效果優(yōu)于內(nèi)保溫，冬季內(nèi)保溫效果略好于外保溫，熱負(fù)荷差別不大，總節(jié)能效果外保溫較好。外墻外保溫形式下，保溫層厚度增加后，冬季房間舒適度明顯提升，夏季舒適度不升反降；且隨保溫層厚度增加，房間舒適度提升幅度趨于平緩；當(dāng)保溫層厚度達(dá)到60mm時(shí)，再增加其厚度，總能耗相對(duì)節(jié)能率增加幅度小于0.3%；說明保溫層厚度過大并不能明顯提升節(jié)能效果，為避免加大建筑投資，應(yīng)權(quán)衡建筑冬、夏季負(fù)荷及室內(nèi)舒適度情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析，適當(dāng)選取，以達(dá)到較好節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；內(nèi)保溫；外保溫；基礎(chǔ)室溫；DesignBuilder

0　引言

為響應(yīng)國家節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)政策，近年來建筑節(jié)能愈來愈受人們關(guān)注。夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗特性不同于其它氣候地區(qū)，該地區(qū)夏季炎熱，冬季濕冷，建筑熱過程除了涉及夏季隔熱和冬季保溫外，還涉及過渡季節(jié)的除濕［1］等，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“既要保證夏季隔熱，同時(shí)又要兼顧冬季保溫”［2］。在過去，該地區(qū)較少考慮外圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑節(jié)能的影響，時(shí)至今日，該地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能仍較差，而墻體在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占了較大比重，其能耗占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的60%～70%左右［3］，是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的主要組成部分。因此，在夏熱冬冷地區(qū)，研究建筑墻體的保溫隔熱對(duì)該地區(qū)的建筑節(jié)能具有重要意義。

本文采用建筑能耗模擬計(jì)算軟件DesignBuilder，對(duì)建筑外墻分別采用XPS（擠塑聚苯板）、EPS（膨脹聚苯板）以及PUR（硬質(zhì)聚氨酯泡沫）3種在目前建筑中比較常用的保溫隔熱材料［4-6］，針對(duì)內(nèi)、外保溫2種方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，分析了外墻采用不同保溫隔熱材料時(shí)，2種保溫方式對(duì)建筑能耗的影響。

1　建筑模型

研究對(duì)象為成都地區(qū)某住宅樓。該建筑南北向布置，共6層，一梯兩戶，層高3.0m，建筑平面布局見圖1。建筑北面房間為廚房、衛(wèi)生間，臥室布置在南面，該建筑南、北向窗墻比為0.33，東、西向窗墻比為0.12，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)見表1。

圖1　建筑模型平面示意

表1　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)

2　研究方法

2.1參數(shù)設(shè)定

住宅內(nèi)部熱擾根據(jù)JCJ134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選擇：冬季室內(nèi)設(shè)定溫度為18℃，夏季室內(nèi)設(shè)定溫度為26℃，容忍溫度18～29℃，室內(nèi)得熱平均強(qiáng)度為4.3W/m2；采暖、空調(diào)設(shè)備為家用空調(diào)器，制冷時(shí)額定能效比為2.3，采暖時(shí)能效比為1.9，換氣次數(shù)為1.0次/h。根據(jù)該地區(qū)人們生活習(xí)慣并結(jié)合文獻(xiàn)［7-8］設(shè)置空調(diào)房間及其啟停時(shí)間：僅在臥室、客廳設(shè)置空調(diào)，其它房間如廚房、衛(wèi)生間無空調(diào)設(shè)備；空調(diào)采取間歇運(yùn)行方式，其開、關(guān)時(shí)間由居住者根據(jù)作息規(guī)律設(shè)定：臥室平日21：00～次日7：00開啟，周末全開，客廳平日18：00～23：00開啟，周末8：00～23：00開啟。室外氣象參數(shù)取自EnergyPlus軟件中的Weather Data。

2.2模擬條件

本次模擬為研究外墻保溫形式對(duì)建筑能耗的影響，外墻采用XPS、EPS以及PUR 3種保溫隔熱材料，內(nèi)、外保溫方式，不同保溫材料及不同厚度的選取均在DesignBuilder模擬軟件中進(jìn)行設(shè)置。

3　模擬結(jié)果與分析

通過軟件DesignBuilder模擬外墻分別采用外保溫和內(nèi)保溫時(shí)，3種保溫隔熱材料下，保溫層厚度為0～80mm時(shí)建筑全年累計(jì)冷、熱負(fù)荷及相對(duì)節(jié)能率（外墻采取保溫隔熱措施后相對(duì)于無保溫時(shí)的節(jié)能率），結(jié)果見圖2、圖3、圖4。

圖2　內(nèi)、外保溫方式下采用不同保溫材料時(shí)全年累計(jì)冷負(fù)荷及相對(duì)節(jié)能率

圖3　內(nèi)、外保溫方式下采用不同保溫材料時(shí)全年累計(jì)熱負(fù)荷及相對(duì)節(jié)能率

圖4　內(nèi)、外保溫方式下采用不同保溫材料時(shí)建筑全年總能耗及相對(duì)節(jié)能率

3.1外墻內(nèi)、外保溫方式對(duì)建筑全年累計(jì)

冷、熱負(fù)荷的影響

由圖2可知，隨保溫層厚度增加，對(duì)于XPS、EPS、PUR 3種保溫隔熱材料，外墻外保溫時(shí)冷負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率均有所下降，但始終高于內(nèi)保溫，外保溫全年累計(jì)冷負(fù)荷均低于內(nèi)保溫，說明外保溫方式下外墻夏季隔熱效果優(yōu)于內(nèi)保溫，具有更好的節(jié)能性。

從圖3可知，外墻采取保溫措施后，冬季熱負(fù)荷顯著減小，當(dāng)保溫層厚度達(dá)50mm時(shí)，熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率均達(dá)50%以上；隨保溫層厚度增加，對(duì)于XPS、EPS、PUR 3種保溫材料，外墻內(nèi)保溫全年累計(jì)熱負(fù)荷均略低于外保溫，內(nèi)保溫時(shí)熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率略高于外保溫，說明對(duì)于冬季保溫而言，外墻內(nèi)保溫略優(yōu)于外保溫。隨著保溫層厚度的增加，熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率增加幅度趨于平緩，說明一味增加保溫層厚度并不能明顯提高節(jié)能效果。

由圖4可知，隨保溫層厚度增加，3種保溫隔熱材料下，內(nèi)、外保溫方式時(shí)總能耗相對(duì)節(jié)能率均逐漸增加；雖然外墻外保溫時(shí)冷負(fù)荷節(jié)能率會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，但保溫層厚度增加后，冬季熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率的增加幅度遠(yuǎn)大于夏季冷負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率的減小幅度，因此外墻外保溫時(shí)總能耗相對(duì)節(jié)能率亦隨保溫層厚度增加而增加。對(duì)于外墻內(nèi)、外保溫方式，外墻外保溫建筑全年總能耗均低于內(nèi)保溫，外保溫時(shí)總能耗相對(duì)節(jié)能率高于內(nèi)保溫，可知從全年運(yùn)行能耗來看，外墻外保溫節(jié)能效果較好，即成都地區(qū)住宅建筑宜采用外墻外保溫方式。

基于以上分析，同時(shí)兼顧到內(nèi)保溫外墻由于難以避免熱橋的存在會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象［5］及內(nèi)保溫外墻的其它不利因素［9］，則成都地區(qū)住宅建筑外墻宜采用外保溫形式。

3.2保溫層厚度對(duì)建筑能耗及基礎(chǔ)室溫的影響

3.2.1保溫層厚度對(duì)建筑能耗的影響

從圖4可知，采用不同保溫隔熱材料時(shí)，建筑全年總能耗相對(duì)節(jié)能率大小稍有差異，研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)保溫層從10mm增加到80mm時(shí)，每增加10mm，XPS、EPS、PUR保溫隔熱材料建筑全年總能耗相對(duì)節(jié)能率的增長(zhǎng)率分別為1.44%、0.76%、0.58%、0.38%、0.30%、0.26%、0.22%；1.46%、0.85%、0.57%、0.42%、0.33%、0.27%、0.25%；1.48%、0.71%、0.46%、0.35%、0.30%、0.27%、0.14%，可知，外墻采取保溫隔熱措施后，建筑全年總能耗會(huì)隨保溫層厚度的增加逐漸減小，但并非保溫層越厚節(jié)能率提升的越明顯，當(dāng)保溫層厚度達(dá)60mm時(shí)，再增加其厚度，總能耗相對(duì)節(jié)能率增加幅度趨緩，說明保溫層厚度過大并不能明顯提升節(jié)能效果，反而有悖于建筑經(jīng)濟(jì)性投資。這在文獻(xiàn)［10-12］中也有相關(guān)說明。

3.2.2保溫層厚度對(duì)建筑基礎(chǔ)室溫的影響

建筑基礎(chǔ)室溫是指給定的建筑（圍護(hù)結(jié)構(gòu)、熱擾、通風(fēng)等都已確定）在不投入空調(diào)情況下的室內(nèi)溫度。它全面反映了建筑本身的性能和各種被動(dòng)性熱擾動(dòng)對(duì)房間熱環(huán)境狀況的影響。

本文研究外墻外保溫形式，以XPS保溫隔熱材料為例，（EPS、PUR結(jié)果類似）夏季合理利用自然通風(fēng)條件下，建筑1、3、6樓中間2單元主臥室房間基礎(chǔ)室溫隨保溫層厚度增加時(shí)的全年時(shí)間分布見表2。

表2　室外及房間基礎(chǔ)室溫全年時(shí)間分布　h

由表2可知，夏季房間基礎(chǔ)室溫大于29℃的小時(shí)數(shù)1樓很小，而6樓偏大，冬季室內(nèi)基礎(chǔ)室溫低于16℃的小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)大于夏季基礎(chǔ)室溫高于29℃的小時(shí)數(shù)。為詳細(xì)分析保溫層厚度增加時(shí)，房間基礎(chǔ)室溫的變化情況，現(xiàn)以3樓2單元主臥室為例，分析各溫度段時(shí)間所占全年比例隨保溫層厚度增加時(shí)的變化，結(jié)果見圖5。

圖5　3樓主臥室自然室溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由圖5可知，保溫層厚度增加后，冬季房間基礎(chǔ)室溫低于最低容忍溫度16℃的小時(shí)數(shù)顯著減小，房間舒適度明顯提升，可知外墻采取保溫隔熱措施后對(duì)冬季保溫效果明顯；而夏季舒適度有下降趨勢(shì)，其原因在于本次模擬夏季自然通風(fēng)一定，保溫層厚度增加后，墻體傳熱系數(shù)減小，當(dāng)室外溫度較低時(shí)，反而不利于室內(nèi)向外散熱，造成房間基礎(chǔ)室溫過高，不舒適度上升。以上2點(diǎn)對(duì)房間基礎(chǔ)室溫變化的分析同時(shí)也驗(yàn)證了前面負(fù)荷變化的規(guī)律。

由以上分析可知，隨著保溫層厚度增加，房間舒適度逐漸提升，但提升的幅度趨于平緩，說明保溫層厚度過大時(shí)對(duì)提升房間舒適度效果不明顯，為避免加大建筑投資，應(yīng)權(quán)衡建筑冬、夏季負(fù)荷及室內(nèi)舒適度情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析，適當(dāng)選取，以達(dá)到較好的建筑節(jié)能效果。

4　結(jié)語

成都地區(qū)居住建筑的墻體保溫與隔熱對(duì)該地區(qū)建筑節(jié)能意義重大。本研究表明，成都地區(qū)居住建筑宜采用外墻外保溫形式。外墻采取保溫隔熱措施后，冬季保溫效果顯著；保溫層厚度過大時(shí)，不利于夏季散熱，同時(shí)建筑節(jié)能率提升幅度趨于平緩；為避免加大建筑初投資，同時(shí)兼顧節(jié)能效益，應(yīng)權(quán)衡建筑冬、夏季負(fù)荷及室內(nèi)舒適條件，結(jié)合實(shí)際工程預(yù)算，通過經(jīng)濟(jì)性分析以選取合適保溫層厚度，切不可生搬北方寒冷地區(qū)的節(jié)能方法，不考慮氣候之間的差異而簡(jiǎn)單地采用增加保溫層厚度來達(dá)到節(jié)能的目的。

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中圖分類號(hào)：TU761.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）05-0091-04

基金項(xiàng)目：西華大學(xué)碩士研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目（ycjj2015176）

收稿日期：2015-11-27；

修訂日期：2016-01-05

作者簡(jiǎn)介：周練，男，1992年生，河南虞城人，碩士研究生。

The effects of different exterior wall insulation forms on building energy saving in Chengdu

ZHOU Lian1，LI Xiaohong1，WANG Lin2，YANG Yang1
（1.School of Architecture and Civil Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China；2.Sichuan E.A.Environmental Technology Co.Ltd.，Guangyuan 628033，China）

Abstract：Using the software DesignBuilder，research was carried out on the simulation of the annual cooling and heating load of a residential building in Chengdu，to explore the effects of internal and external insulation forms about the exterior wall on the cooling and heating load of the building，with different insulation materials in different insulation thickness.Results show，external insulation is superior to internal insulation on energy efficiency in summer cooling load，internal insulation is slightly better than external insulation for energy saving in winter heating load，with little difference about heating load，and external insulation has a better effect than internal insulation about the total energy saving.Based on external insulation form，with the increase of the insulation thickness，the room comfort level in winter improves obviously，and the summer's comfort level has an opposite trend；As the insulation thickness increasing，the increase rate of the room com fort level tends to be flat；When the insulation thickness increased to 60mm，increasing its thickness，the increase rate of the building's relative energy saving ratio is less than 0.3%；Thus，it can't increase the energy saving effect obviously when insulation thickness is too large，and in order to avoid increasing the building's investment，we should tradeoff the room com fort conditions and the load in winter and summer，binding economic analysis to choose the appropriate insulation thickness，to obtain a better energy efficiency.

Keywords：building energy saving，internal insulation，external insulation，basic room temperature，DesignBuilder