佛山地區(qū)建筑外墻隔熱性能分析

鐘媛玲，郭 斌

（1.筑博設(shè)計股份有限公司，廣東深圳518000；2.深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣東深圳518048）

0 引言

通風(fēng)外墻作為一種被動式技術(shù)，是建筑可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向之一，也是降低我國建筑能耗的重要應(yīng)用技術(shù)。佛山市位于我國夏熱冬暖地區(qū)，具有高溫高濕的氣候特征，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要具有良好的隔熱性能。尤其是受太陽輻射影響較大的屋頂和東、西外墻。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能不好，會導(dǎo)致內(nèi)壁溫度很高。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度過高時，對人體所產(chǎn)生的輻射熱會令人產(chǎn)生烘烤感，大大影響室內(nèi)環(huán)境的舒適性。

因此，對于夏季時間長且炎熱的夏熱冬暖地區(qū)，為改善室內(nèi)熱舒適度，節(jié)能空調(diào)能耗，該地區(qū)的建筑必須加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱，滿足隔熱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的隔熱要求。并且自 《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》DB／T50378－2014頒布實施以來，每個申報綠色建筑評價標(biāo)識項目都要滿足強條 “8.1.6屋面和東、西外墻隔熱性能應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176”的要求?；谝陨纤龅貐^(qū)氣候特點以及標(biāo)準(zhǔn)政策要求，每個新建項目屋頂和東、西外墻隔熱性能都要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)以往的項目經(jīng)驗，屋頂均有采用保溫材料，都能滿足隔熱驗算的要求。目前主要的問題在于如何讓東、西外墻隔熱性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本文從保溫材料類別、保溫材料厚度、保溫措施和外墻的太陽輻射吸收系數(shù)四個因素詳細(xì)分析了東、西外墻的隔熱性能，并得出各因素與外墻隔熱性能的關(guān)系，為以后的項目設(shè)計提供一定的參考價值。

1 隔熱驗算方法

1.1 驗算原理

外墻在給定兩側(cè)空氣溫度及變化規(guī)律的情況下，內(nèi)表面最高溫度應(yīng)符合表1的要求：

表1 外墻內(nèi)表面最高溫度的限值

表中：

θi，max—圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度 （℃），應(yīng)按《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176－2016附錄C.3的規(guī)定計算；

ti—室內(nèi)空氣溫度，（℃）。

te，max—累年日平均溫度最高日的最高溫度（℃），應(yīng)按 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176－2016配套軟件氣象數(shù)據(jù)取用。

1.2 內(nèi)表面最高溫度的計算方法

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度按照規(guī)范 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》 （GB50176－2016）附錄C.3的規(guī)定計算：

按式 （1）建立常物性、無內(nèi)熱源的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的內(nèi)部微分方程，微分方程的求解可采用有限差分法：

式中：—溫度對于時間的導(dǎo)數(shù)，℃／s。

α—材料的導(dǎo)溫系數(shù)，α＝，m2／s。

按式 （2）建立第三類邊界條件隱式差分格式邊界節(jié)點方程 （邊界節(jié)點1，節(jié)點n可參照）：

式中：

Cp—材料的比熱，J／（kg·K）；

ρ—材料的密度，kg／m3；

α—材料的導(dǎo)溫系數(shù)，α＝c，m2／s；

Δx—差分步長，m；

λ—材料的導(dǎo)熱系數(shù)，［W／（m·K）］；

ρs—外表面的太陽輻射吸收系數(shù)；

按式 （3）列出各內(nèi)部節(jié)點和邊界點的節(jié)點方程，并求解節(jié)點方程組得到外墻、屋頂內(nèi)表面溫度值。

式中：ti—差分節(jié)點溫度值，℃。

2 工程驗算及結(jié)果分析

2.1 工程概況

本項目位于佛山市，主要為住宅建筑及配套建筑，在實際設(shè)計施工條件下，選取典型的戶型為計算物理模型，驗證其東、西外墻體在不同的構(gòu)造做法情況下的隔熱效果。本項目申請國家綠色建筑設(shè)計標(biāo)識三星級，總體目標(biāo)是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度的節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為住戶提供舒適和節(jié)能的居住環(huán)境。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫效果是衡量綠色建筑是否達(dá)到綠色建筑星級要求的基本條件，這也正是本驗算的最大意義所在。

根據(jù) 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176－2016，室外空氣溫度如圖1所示：室外最大溫度為37.3℃；空調(diào)房間的空氣溫度均為26℃。為了便于對比研究分析，本次模擬計算分析主要針對空調(diào)房間進(jìn)行，根據(jù)建筑設(shè)計圖紙本項目標(biāo)準(zhǔn)層如圖2所示。

2.2 隔熱驗算結(jié)果比較分析

2.2.1 保溫材料對 θi，max值的影響

外墻采用20mm水泥砂漿＋200mm鋼筋混凝土＋50mm保溫材料＋20mm水泥砂漿，外墻太陽輻射吸收系數(shù)取值0.7，考慮高層建筑外墻保溫材料的燃燒性能需要滿足A級要求，因此，本次計算選用以下三種熱工性能各不相同的保溫材料，東、西向外墻內(nèi)表面溫度θi，max值如表2所示。

圖1 室外逐時溫度折線圖 （單位：℃）

圖2 建筑標(biāo)準(zhǔn)層

表2 三種保溫材料內(nèi)表面溫度

從以上模擬計算結(jié)果可以看出：基于其他情況不變的條件下，改變保溫材料的類型，東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度各不相同，導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料隔熱性能更好，內(nèi)表面溫度更低。

2.2.2 保溫材料厚度對θi，max值的影響

外墻采用20mm水泥砂漿＋200mm鋼筋混凝土＋δ（mm）?；⒅楸厣皾{＋20mm水泥砂漿，外墻太陽輻射吸收系數(shù)取值0.7，保溫材料采用不同的厚度，東、西向外墻內(nèi)表面溫度θi，max值如表3所示。

從以上模擬計算結(jié)果可以看出：基于其他情況不變的條件下，改變保溫材料的厚度，東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度各不相同，保溫材料越厚，東、西外墻的隔熱性能更好，內(nèi)表面溫度更低。比較分析采用50mm厚的?；⒅楸厣皾{才能滿足空調(diào)房間東、西外墻的隔熱驗算要求。

2.2.3 保溫措施對 θi，max值的影響

分析三種復(fù)合墻體保溫措施的室內(nèi)溫度，假設(shè)墻體基層結(jié)構(gòu)為200mm厚鋼筋混凝土〔（λ＝1.74W／（m·K），S＝17.200W／（m2·K）〕，保溫材料為50mm厚?；⒅楸厣皾{〔（λ＝0.07W／（m·K），S＝1.200W／（m2·K）〕，ρ取值0.7，計算結(jié)果如表4。

表3 保溫材料不同厚度內(nèi)表面溫度

表4 三種墻體保溫措施內(nèi)表面溫度

模擬計算結(jié)果表明：對于夏季的空調(diào)房間，同種材料，同樣厚度的墻體結(jié)構(gòu)，保溫材料位置的不同，內(nèi)表面溫度最大值也是不同的，外保溫小于自保溫，自保溫小于內(nèi)保溫，由此可見，內(nèi)保溫措施的隔熱效果要明顯劣于另外兩種保溫措施，外保溫措施效果最好，主要是由于外保溫能更有效更直接的阻止室外熱量傳入室內(nèi)。

2.2.4 外墻太陽輻射吸收系數(shù)對θi，max值的影響

夏熱冬暖地區(qū)夏季太陽輻射強烈，尤其是東、西側(cè)外墻和屋頂對室內(nèi)的舒適度和建筑能耗有巨大的影響，因此，研究分析太陽輻射吸收系數(shù)對建筑東、西向外墻的隔熱性能的影響，對提高室內(nèi)熱舒適性和建筑節(jié)能有重要的意義。

外墻采用20mm水泥砂漿＋200mm鋼筋混凝土＋30mm?；⒅楸厣皾{＋20mm水泥砂漿，外墻太陽輻射吸收系數(shù)取值ρ，計算結(jié)果如表5。

表5 外墻太陽輻射吸收系數(shù)不同內(nèi)表面溫度

如表5所示，通過對建筑降低外墻太陽輻射吸收系數(shù)可以有效的減少因太陽輻射導(dǎo)致傳入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量，有效的降低室內(nèi)內(nèi)表面溫度。因此，有越來越多的廠家研發(fā)了新型的外墻反射隔熱涂料，這些新型的熱反射涂料，既優(yōu)化了外墻隔熱性能，又美觀，且施工方便。

3 結(jié)論

通過對佛山地區(qū)氣候條件下東、西外墻隔熱性能的各影響因素的計算分析得出：

（1）佛山地區(qū)建筑西外墻高于東外墻內(nèi)表面溫度，在隔熱設(shè)計時要重點考慮西外墻的隔熱性能；

（2）外墻采用導(dǎo)熱系數(shù)更小的保溫材料隔熱性能更好，同理，保溫材料越厚，外墻隔熱性能更好；

（3）外墻的外保溫效果比自保溫效果好，自保溫隔熱性能比內(nèi)保溫隔熱性能更好；

（4）太陽輻射吸收系數(shù)是影響外墻隔熱性能的重要因素之一，在建筑立面設(shè)計時重點考慮采用淺色飾面或隔熱涂料。

隨著市場對建筑節(jié)能和綠色環(huán)保設(shè)計要求的不斷提高，不斷地有新型的節(jié)能保溫材料和措施投入到設(shè)計施工中，綜合考慮外墻保溫材料熱工性能和保溫措施，對減少建筑能耗，提高室內(nèi)熱舒適性有著無可替代的顯著作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］DB／T50378－2014，綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn) ［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014

［2］GB50176－2016，民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范 ［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016

［3］JGJ75－2012，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［D］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

［4］陸耀慶，實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊 ［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993