探析寒冷地區(qū)75%建筑節(jié)能框架下圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的重組

張楊洋，李宏彥，鐘永芳，趙 玲，李嘉慶，李巧巧，王夢雨

（1.鄭州大學(xué)綜合設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.北京龍旺新材料有限公司，北京 101105；3.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060；4.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064）

1 研究背景

1.1 社會背景

2020年，新型冠狀病毒肺炎疫情全球肆虐，原世貿(mào)組織總干事阿澤維多稱疫情將給全球經(jīng)濟帶來巨大影響，多國經(jīng)濟已出現(xiàn)嚴重下滑。對房地產(chǎn)銷售而言，也帶來了巨大的壓力。2020年8月20日，住建部與人民銀行在北京召開重點房地產(chǎn)企業(yè)座談會，明確了重點房地產(chǎn)企業(yè)資金監(jiān)測和融資管理規(guī)則，被稱為“三道紅線”，該政策于2021年1月1日起全行業(yè)全面推行?！叭兰t線”的實施，開啟了保證房企后續(xù)既能做好業(yè)績，也能穩(wěn)定發(fā)展的路徑，體現(xiàn)了“房住不炒”的理念，也能保持我國房地產(chǎn)市場健康有序發(fā)展。但是對于部分依賴現(xiàn)金流周轉(zhuǎn)的高負債房企來說困難增大。在新冠肺炎疫情和“三道紅線”的雙重影響下，房地產(chǎn)企業(yè)亟需找到既能滿足國家規(guī)范，又能減少成本的方法。

1.2 行業(yè)背景

在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，我國提出要將二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，并努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！暗谑艑梦逯腥珪碧岢觯骸耙涌焱苿泳G色低碳發(fā)展，持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性，全面提高資源利用效率”。

所以，建筑行業(yè)需采取切實有力措施，全力推進碳減排工作，提前實現(xiàn)碳達峰，為國家總體實現(xiàn)碳達峰預(yù)定目標和碳中和愿景作出積極貢獻，是建筑行業(yè)必須履行的社會責任和應(yīng)盡的義務(wù)。

根據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，我國2020年城鎮(zhèn)化率達63.89%。與此同時，城鎮(zhèn)新建建筑累計增加節(jié)能建筑面積超70億m2，節(jié)能建筑占城鎮(zhèn)民用建筑面積比重超過40%。隨著國家對節(jié)能率的要求越來越高，建筑外墻外保溫也越來越厚。外墻外保溫的脫落、易燃、釋放有毒物質(zhì)等問題也正逐步成為建筑行業(yè)關(guān)注的重點。

2 研究目的

本文以寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀及實現(xiàn)更高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展目標為基礎(chǔ)，針對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的需要，致力于實現(xiàn)以下研究目標。

1）形成對我國居住建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀研究成果，彌補我國對于居住建筑節(jié)能設(shè)計單一性思維的不足。

2）識別市場和政策兩方面因素對我國居住建筑節(jié)能的驅(qū)動作用，識別居民和房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)對居住建筑節(jié)能的需求特征及其影響因素。

3）根據(jù)理論和實證研究結(jié)果，圍繞進一步促進居住建筑節(jié)能大規(guī)模市場化推廣的目標提出建議。

3 研究對象與范圍

近年來，在國家不斷提高建筑節(jié)能設(shè)計標準的基礎(chǔ)上，各地方也根據(jù)自己所在的氣候分區(qū)制定了與國家標準相對應(yīng)的地方標準。2020年4月24日河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布DBJ41/T 184—2020《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》，該標準已于2020年7月1日在河南省正式實施。以下以河南省寒冷地區(qū)居住建筑為例，在其他結(jié)構(gòu)部位傳熱系數(shù)不變的情況下，圍繞外墻平均傳熱系數(shù)及外窗傳熱系數(shù)進行理論數(shù)據(jù)分析。

4 研究依據(jù)與技術(shù)路線

4.1 研究依據(jù)

《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》中外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值如表1所示。

表1 外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值

由河南省工程建設(shè)標準設(shè)計管理辦公室主編的《12系列建筑標準設(shè)計圖集》中12YJ3-3中表4.1.2可得知，常用的B05加氣砌塊導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.16W/（m2·K）。

由GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》中2.1.9條可知，傳熱系數(shù)的定義為：在穩(wěn)態(tài)條件下，圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣為單位溫差時，單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數(shù)與傳熱阻互為倒數(shù)。由3.4.1條得知，單一材料層的熱阻計算公式為：材料層的熱阻=材料層的厚度÷材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

4.2 技術(shù)路線

首先，通過計算，厚0.4m的B05混凝土加氣塊的熱阻為2.5m2·K/W，根據(jù)傳熱系數(shù)與傳熱阻互為倒數(shù)的原則，0.4m厚的B05混凝土加氣塊的傳熱系數(shù)為0.4W/（m2·K）。在市場上找到龍旺鋼化真空玻璃TL6+0.4V+T6，在國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心出具的檢測報告上顯示，其玻璃傳熱系數(shù)為0.4W/（m2·K）。搭配60系列內(nèi)平開隔熱鋁合金（內(nèi)開·真空）TL6+0.4V+T6的整窗傳熱系數(shù)為0.98W/（m2·K），搭配MD70系列內(nèi)平開下懸塑料窗（內(nèi)開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6的整窗傳熱系數(shù)為0.73W/（m2·K）。

按照《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》將寒冷地區(qū)居住建筑分為≤3層和≥4層兩大類，在其他所有外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)均已達標且只有內(nèi)墻作為剪力墻（外墻不做剪力墻）的理想情況下，分類將外窗和外墻兩項傳熱系數(shù)的取值進行重組計算。

4.2.1 計算1

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數(shù)取1.8W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.785W/（m2·K）；當采用MD70系列內(nèi)平開下懸塑料窗（內(nèi)開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由1.80W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K），則計算得知當B05混凝土加氣塊厚度為198mm，其傳熱系數(shù)為0.808W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.785W/（m2·K）。

因此，當外墻為198mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.785W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.2 計算2

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數(shù)取1.5W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.925W/（m2·K）；當采用MD70系列內(nèi)平開下懸塑料窗（內(nèi)開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由1.50W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為143mm，其傳熱系數(shù)為1.119W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.924W/（m2·K）。

因此，當外墻為143mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.925W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.3 計算3

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數(shù)取2.2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.975W/（m2·K）；當采用MD70系列內(nèi)平開下懸塑料窗（內(nèi)開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由2.2W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為149mm，其傳熱系數(shù)為1.074W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.971W/（m2·K）。

因此，當外墻為149mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.971W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.4 計算4

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數(shù)取2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為1.225W/（m2·K）；當采用MD70系列內(nèi)平開下懸塑料窗（內(nèi)開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由2.00W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為93mm，其傳熱系數(shù)為1.72W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為1.225W/（m2·K）。

因此，當外墻為93mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》內(nèi)要求的1.225W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.5 計算5

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數(shù)取1.8W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.785W/（m2·K）；當采用60系列內(nèi)平開隔熱鋁合金（內(nèi)開·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由1.8W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為200mm，傳熱系數(shù)為0.785W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.785W/（m2·K）。

因此，當外墻為200mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.785W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.6 計算6

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數(shù)取1.5W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.925W/（m2·K）；當采用60系列內(nèi)平開隔熱鋁合金（內(nèi)開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由1.8W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為184mm，其傳熱系數(shù)為0.925W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.924W/（m2·K）。

因此，當外墻為184mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.925W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.7 計算7

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數(shù)取2.2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.975W/（m2·K）；當采用60系列內(nèi)平開隔熱鋁合金（內(nèi)開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由2.2W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為165mm，其傳熱系數(shù)為0.972W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為0.973W/（m2·K）。

因此，當外墻為165mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的0.975［W/（m2·K）］的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

4.2.8 計算8

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數(shù)取2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數(shù)當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為1.225W/（m2·K）；當采用60系列內(nèi)平開隔熱鋁合金（內(nèi)開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數(shù)由2.2W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為109mm，其傳熱系數(shù)為1.224W/（m2·K）時，窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)為1.224W/（m2·K）。

因此，當外墻為109mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數(shù)為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》要求的1.225W/（m2·K）的窗墻加權(quán)傳熱系數(shù)。

5 結(jié)語

依上述計算得知，同等節(jié)能等級情況下，只要降低外窗的傳熱系數(shù)即可適當提高外墻傳熱系數(shù)，可使之整體節(jié)能滿足《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（寒冷地區(qū)75%）》的要求。進一步分析可看出，200mm厚的B05混凝土加氣塊搭配傳熱系數(shù)0.73W/（m2·K）的鋼化真空玻璃外窗，更適合窗墻比為0.3的居住建筑；200mm厚的B05混凝土加氣塊搭配傳熱系數(shù)0.98W/（m2·K）的鋼化真空玻璃外窗，則更適合窗墻比為0.5的居住建筑。

至此可拋棄外墻內(nèi)外保溫的傳統(tǒng)做法，并解決外墻內(nèi)外保溫的脫落、易燃、釋放有毒物質(zhì)等問題，同時可減少房地產(chǎn)企業(yè)在外墻內(nèi)外保溫方面的投入，降低房屋建設(shè)成本，提高得房率。