論述長江流域住宅圍護結(jié)構(gòu)熱工性能要求研究

張俊發(fā)

摘要：研究了圍護結(jié)構(gòu)采暖負荷對外墻和外窗傳熱系數(shù)和窗壁比的影響。根據(jù)現(xiàn)行標準，在不同的室外溫度下給出每單位面積的建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱負荷極限。為了滿足供熱負荷限制的要求，當(dāng)外窗的傳熱系數(shù)降低到一定值時，外墻不能采取保溫措施。

關(guān)鍵詞：住宅建筑;圍護結(jié)構(gòu);熱工性能

1 長江流域住宅建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能要求

圍護結(jié)構(gòu)的隔熱性能通常是指圍護結(jié)構(gòu)在夏季自然通風(fēng)條件下，在室外綜合溫度波和室內(nèi)氣溫波動的作用下，內(nèi)部表面保持較低溫度的能力。《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》對圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計的要求：在自然通風(fēng)條件下，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度應(yīng)小于或等于夏季室外最大計算溫度。保溫性能是指外殼在冬季防止從室內(nèi)到室外的熱傳遞的能力，以保持適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)溫度。其傳熱過程通常以穩(wěn)態(tài)來考慮。傳熱系數(shù)K值（或熱阻R）是絕緣性能的評估指標。

因我國的可用能源極其有限，但我國的能源消費總量已位居世界前列，這就不得不使我國高度重視建筑節(jié)能。舒適的熱環(huán)境是提高人們生活水平的一個方面，為了滿足人們對室內(nèi)熱舒適性的要求，必須采取一些有效的措施來改善室內(nèi)熱環(huán)境，提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱性能是實現(xiàn)這一目標的主要措施之一。

氣候影響建筑形式因此建筑形式應(yīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c。所以在確定了室內(nèi)外空間布局及環(huán)境因素后，達到更好的室內(nèi)熱舒適性的關(guān)鍵是提高圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能。提高屋頂、墻體、門窗的熱工性能，合理安排遮陽形式，最終目的是降低當(dāng)?shù)刈≌膳照{(diào)的能耗，達到提高能效的目的。

2 圍護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)

為了達到65%的節(jié)能目標，長江流域住宅建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)符合表1的要求，這些組合參數(shù)可能略大于住宅建筑節(jié)能65%設(shè)計標準中傳熱系數(shù)的極限范圍，因為它們是通過模擬長江流域不同地區(qū)的住宅建筑而獲得的。

得出新風(fēng)冷卻負荷是空調(diào)冷卻負荷的組成部分之一的結(jié)論。它占空調(diào)制冷負荷的很大比例。根據(jù)節(jié)能65%的要求，圍護結(jié)構(gòu)承擔(dān)約35%的負荷，由新風(fēng)荷載和圍護結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)。不使用全熱交換器時，新風(fēng)負荷較大，應(yīng)達到節(jié)能目標。為了提高圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能比例，有必要對圍護結(jié)構(gòu)的熱性能提出更高的要求。使用全熱交換器時，由于是熱回收裝置，新風(fēng)和回風(fēng)換熱，降低新風(fēng)負荷，由圍護結(jié)構(gòu)承擔(dān)的節(jié)能比例降低，其熱性能參數(shù)可適當(dāng)降低增加。

3 屋頂?shù)臒峁ば阅?/p>

屋頂是住宅建筑的重要組成部分。雖然它的熱量消耗只占建筑圍護結(jié)構(gòu)總熱量消耗的一小部分，但它對頂層房間的影響很大。它是頂樓圍護結(jié)構(gòu)熱量消耗的主要部分，對頂樓的熱舒適性有很大的影響。在炎熱的夏季，屋頂是所有建筑圍護結(jié)構(gòu)中接受太陽輻射熱最強烈的部位，例如對于平屋頂，陽光垂直照射在屋面上，太陽高度角接近于90°，導(dǎo)致水平屋面外表面的空氣綜合溫度通常達到60-80℃，且頂層室內(nèi)溫度比其下層室內(nèi)溫度要高出2-4℃，通過屋頂進入頂層房間的熱量是造成頂層室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和熱舒適性差的主要原因。因此，屋頂應(yīng)采取保溫措施，對降低建筑的總能耗起到一定的作用，尤其是調(diào)節(jié)和改善屋頂房間的熱舒適性，減少熱損失。

4 外窗的熱工性能

（1）在建筑四大圍護結(jié)構(gòu)部件墻體、屋面、門窗以及地面中，門窗是影響室內(nèi)環(huán)境熱舒適性和建筑節(jié)能的主要因素之一，但是它的絕熱性能最差，因此應(yīng)對窗戶采取各種措施以改善窗戶的熱工性能。傳熱的方式主要有導(dǎo)熱、對流換熱和輻射傳熱，外窗的傳熱是上述三種傳熱方式共同作用的結(jié)果。因此外窗節(jié)能應(yīng)從增加熱阻、減少空氣滲透量、合理選擇窗型、適當(dāng)控制窗墻比和改善遮陽技術(shù)等方面來提高門窗的保溫隔熱性能。長江流域的建筑氣候特征是夏季氣候炎熱，冬季陰冷，氣候條件十分復(fù)雜。建筑氣候突出表現(xiàn)在夏季時間長，太陽輻射強度大，因此長江流域地區(qū)居住建筑的窗戶節(jié)能應(yīng)側(cè)重在夏季隔熱上。

（2）中空玻璃。窗扇材料一般是玻璃，它是窗戶的主要組成部分，玻璃的性能對窗戶的保溫隔熱性能極其重要。通過玻璃的傳熱損失途徑有導(dǎo)熱和輻射傳熱，要提高其保溫性能，就需通過減小玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)和輻射傳熱熱阻來增大玻璃的傳熱阻。中空玻璃的隔熱性能主要是由于中空玻璃內(nèi)氣體夾層的熱絕緣作用，使其內(nèi)外兩側(cè)表面的溫差接近甚至超過10℃，大大地減少熱量的傳遞。這是因為中空玻璃夾層內(nèi)的氣體處于一個封閉的空間，氣體不產(chǎn)生對流，因比對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱在中空玻璃的能量傳遞中所占的比例較小。中空玻璃正是利用空氣的熱阻較大，尤其是形成基本不產(chǎn)生對流的空氣夾層，這樣室內(nèi)和室外相互之間的熱量交換就明顯降低，能達到顯著的隔熱效果。而這一作用又會隨著玻璃表面的風(fēng)速和玻璃表面的輻射的不同而變化。中空玻璃的保溫性是指在冬季減少室內(nèi)熱量通過其傳出室外，熱阻越小，保溫性能就越好。如果玻璃鍍上一層低輻射膜，便可使其輻射發(fā)射率降到0.1，在冬天就會減少從室內(nèi)向室外輻射的熱量，起到更好的保溫作用。如果在中空玻璃的兩個內(nèi)表面分別鍍上遮陽膜和低輻射膜，在夏天擋住炎熱的太陽光;在冬天減少室內(nèi)的熱量散失，這樣就達到了室內(nèi)冬暖夏涼的目的。

5 保溫外墻的熱工性能及節(jié)能性

通過大量研究表明，采取保溫措施的復(fù)合墻體在夏季具有更高的外壁溫和更低的內(nèi)壁溫。從傳熱原理上分析，當(dāng)采用外保溫系統(tǒng)時，外墻最外層的輕質(zhì)保溫隔熱材料層的熱惰性較低，蓄熱能力較差，增強與周圍空氣的換熱，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)蓄存的熱量減少，達到隔熱效果;反之，當(dāng)保溫材料采用內(nèi)保溫系統(tǒng)時，外墻最外層的主體結(jié)構(gòu)材料屬于重質(zhì)材料，其蓄熱能力較大，在夏季較高的室外綜合溫度作用下，最外層材料蓄積了大量的熱量，其熱量又會傳熱室內(nèi)，容易使外墻內(nèi)壁溫上升較高。由此可知，保溫形式不同但組成材料相同的兩種墻體，在同一溫度波連續(xù)作用下，外保溫墻體的溫度波衰減度比內(nèi)保溫墻體大，并且外保溫墻體的內(nèi)壁溫波幅較小，能夠抵抗室外溫度波的大幅度變化，有著更好的熱穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

節(jié)能減排是我國的基本國策，是建設(shè)節(jié)約型社會的根本要求。長江流域地區(qū)夏季炎熱，冬季陰冷潮濕，室內(nèi)居住熱環(huán)境惡劣，居住建筑數(shù)量多、耗能大、建設(shè)速度快，其節(jié)能是當(dāng)務(wù)之急。建筑節(jié)能措施都是先從改善圍護結(jié)構(gòu)熱工性能開始，為實現(xiàn)這一目標，居住建筑圍護結(jié)構(gòu)各部件熱工性能應(yīng)符合標準中的規(guī)定，這需要對建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能提出更高要求。

參考文獻：

[1]張湘圓，張輝.建筑圍護結(jié)構(gòu)能耗檢測及評價的等效模型[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2012，31（5）：58-61.

（作者單位：德州市建筑規(guī)劃勘察設(shè)計研究院）