近零能耗建筑外墻保溫材料及適宜厚度研究

1 概述

建筑的節(jié)能減碳對于我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重要意義，因此外墻保溫性能的研究成為近年來關(guān)注的熱點(diǎn)。國家和地方相繼出臺的建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均對外墻保溫性能提出了要求。作為降低建筑能耗和碳排放的重要標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對外墻保溫性能提出了相關(guān)要求和實(shí)施方法。

董曉亞等人

利用DeST軟件，對我國嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖4個氣候區(qū)的近零能耗建筑外墻保溫材料厚度對建筑能耗的影響進(jìn)行研究，并分析得到保溫材料經(jīng)濟(jì)厚度。高英博等人

利用DeST軟件建立北京地區(qū)典型農(nóng)村住宅模型，分別模擬了頁巖多孔磚、鋼筋混凝土、加氣混凝土外墻外保溫改造效果。采用全壽命周期費(fèi)用評價方法，計算得出了3種墻體使用膨脹聚苯板進(jìn)行外保溫改造時的經(jīng)濟(jì)厚度，并對保溫改造的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益進(jìn)行了評價。晉衛(wèi)兵等人

對被動式建筑常用的保溫、密封材料產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并分析各種保溫、密封材料在被動式建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題。鄧琴琴等人

對近零能耗建筑多種外墻保溫材料及耐候、抗剪、防火等性能進(jìn)行了檢測與對比。

本文篩選綜合性能相對理想的外墻保溫材料。采用DeST軟件，綜合考慮成本和性能，計算分析嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)近零能耗居住建筑外墻保溫材料適宜厚度。

壓電體的表面電極上所產(chǎn)生的電荷量與很多因素有關(guān)，D33工作模式的壓電陶瓷兩端的電壓幅值V的理論計算公式如下[14]：

用城市平均投資回報率作為投資港口是否經(jīng)濟(jì)的參考點(diǎn)，通過比較投資港口的回報率與平均投資回報率，確定是否值得投資。投資回報率的函數(shù)式可簡化為

2 外墻保溫材料對比分析

對于近零能耗建筑外墻保溫材料，除經(jīng)濟(jì)性、保溫性能外，材料的防火性、密度、機(jī)械強(qiáng)度、防水性以及施工難度等也是需要考慮的因素。

塑化劑，一般也稱增塑劑。增塑劑是工業(yè)上廣泛使用的高分子材料助劑，在塑料加工中添加這種物質(zhì)，可以使其柔韌性增強(qiáng)。某些塑化劑的分子結(jié)構(gòu)類似荷爾蒙，被稱為“環(huán)境荷爾蒙”，環(huán)境荷爾蒙系指外在因素干擾生物體內(nèi)分泌的化學(xué)物質(zhì)。在環(huán)境中殘留的微量此類化合物，經(jīng)由食物鏈進(jìn)入體內(nèi)，形成假性荷爾蒙，傳送假性化學(xué)訊號，并影響本身體內(nèi)荷爾蒙含量，進(jìn)而干擾內(nèi)分泌之原本機(jī)制，會造成內(nèi)分泌失調(diào)，生殖系統(tǒng)異常，甚至造成畸胎、癌癥的危險。

2.1 保溫材料性能

GB/T 51350—2019對外墻傳熱系數(shù)和保溫材料性能指標(biāo)進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定并經(jīng)市場調(diào)研，筆者選取6種保溫材料作為研究對象，為膨脹聚苯板(EPS)、石墨聚苯板(SEPS)、巖棉(RW)、聚氨酯板(PU)、真空絕熱板(STP)、擠塑聚苯板(XPS)。

膨脹聚苯板：熱導(dǎo)率小于等于0.037 W/(m·K)，密度18～22 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：保溫性能好、施工簡單、施工技術(shù)成熟、價格低廉。缺點(diǎn)：防火性差、機(jī)械強(qiáng)度比較低。

巖棉：熱導(dǎo)率小于等于0.044 W/(m·K)，密度大于等于140 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：防火性好、價格低廉。缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、密度大、吸濕性強(qiáng)、吸水后易分層、工序復(fù)雜、施工期長。

石墨聚苯板：熱導(dǎo)率小于等于0.032 W/(m·K)，密度18～22 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：保溫效果好、施工簡單、防火性比較好、有很好的耐候性和溫度變化時的尺寸穩(wěn)定性、價格比較低。缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度比較低。

聚氨酯板：熱導(dǎo)率小于等于0.024 W/(m·K)，密度大于等于35 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)。缺點(diǎn)：防火性差、價格比較高。

58到家現(xiàn)在不融資，但是會推出下面的公司進(jìn)行融資甚至上市，比如快狗打車。58到家現(xiàn)在兩三年的沉寂，是在苦練內(nèi)功，把握好自己的節(jié)奏。

5座城市基準(zhǔn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、傳熱系數(shù)見表3。不同氣候區(qū)的基準(zhǔn)建筑外墻傳熱系數(shù)分別滿足JGJ 26—2018《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 75—2012《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 475—2019《溫和地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限值。

第二天一早，甲洛洛煮了一碗面條來到公安局，他只小聲的對著老鄧那個病懨懨的老婆請求能不能看看登子，可那個女人打死都不敢去叫醒老鄧。

綜合以上分析，膨脹聚苯板的防火性比較差，并不是理想的保溫材料。雖然真空絕熱板熱導(dǎo)率極低，防火性好，但價格極高，并且不耐刺穿，無法進(jìn)行現(xiàn)場裁切，施工難度大，也不是理想的保溫材料。巖棉雖然防火性比較好，但熱導(dǎo)率比較大，而且工序復(fù)雜，施工難度大，施工期較長，不能作為理想的保溫材料。聚氨酯板、擠塑聚苯板的防火性差，也不是理想的保溫材料。

2.2 保溫材料厚度

GB/T 51350—2019表6.1.1給出的不同氣候區(qū)居住建筑外墻傳熱系數(shù)允許范圍見表1。將表1的傳熱系數(shù)允許范圍作為限定條件，以200 mm厚鋼筋混凝土+10 mm厚石膏板+保溫材料+8 mm厚石膏板為墻體構(gòu)造，利用DeST軟件計算不同氣候區(qū)近零能耗建筑保溫材料厚度范圍，見表2。

2.3 綜合分析結(jié)果

擠塑聚苯板：熱導(dǎo)率小于等于0.028 W/(m·K)，密度22～35 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：保溫效果好、防水性好。缺點(diǎn)：防火性差、價格比較高、尺寸穩(wěn)定性差、易開裂、防火性差。

另外，由于本檢測臺采集數(shù)據(jù)時間為4秒，有些油剎的司機(jī)幾腳剎車，4秒鐘結(jié)束也沒達(dá)到峰值，測得的數(shù)據(jù)則沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

石墨聚苯板的防火性比較理想，具有很好的耐候性和溫度變化時的尺寸穩(wěn)定性，可作為現(xiàn)階段適宜的外墻保溫材料。

3 保溫材料適宜厚度

3.1 研究對象

選取一棟典型的6層居住建筑作為研究對象。建筑南北朝向，層高為2.9 m，體形系數(shù)為0.316，綜合窗墻比為0.23，建筑面積2 354.64 m

。功能房間分為臥室、衛(wèi)生間、廚房、起居室等。標(biāo)準(zhǔn)層平面布置見圖1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置采用DeST軟件建立建筑模型，模型僅考慮外墻、屋面、外窗傳熱以及室內(nèi)熱擾、通風(fēng)負(fù)荷。

3.2 基準(zhǔn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

保持基準(zhǔn)建筑屋面、外窗傳熱系數(shù)不變，通過增大石墨聚苯板厚度，使外墻傳熱系數(shù)符合GB/T 51350—2019表6.1.1給出的不同氣候區(qū)居住建筑外墻傳熱系數(shù)允許范圍(見表1)。各城市近零能耗建筑外墻石墨聚苯板厚度、傳熱系數(shù)見表4。

真空絕熱板：熱導(dǎo)率小于等于0.008 W/(m·K)，密度小于等于220 kg/m

。優(yōu)點(diǎn)：熱導(dǎo)率極低，防火性好。缺點(diǎn)：價格極高、可粘接性差、存在熱橋、不耐刺穿、無法現(xiàn)場裁切。

3.3 近零能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

選取哈爾濱、北京、上海、廣州、昆明5座城市分別作為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)的代表城市。選取石墨聚苯板作為外墻保溫材料。

3.4 其他參數(shù)設(shè)定

房間最大照明熱功率密度、最大設(shè)備熱功率密度、最大在室人數(shù)見表5。人體發(fā)熱量取53 W/人，人均新風(fēng)量取30 m

/h。照明使用率、設(shè)備使用率、人員在室率均用0.0、0.5、1.0表示：0.0表示房間無熱擾，即室內(nèi)無照明裝置、設(shè)備使用，室內(nèi)無人。0.5表示房間熱擾居中，即室內(nèi)照明熱功率、設(shè)備熱功率、人數(shù)為最大值的50%。1.0表示房間熱擾最大，即室內(nèi)照明熱功率、設(shè)備熱功率、人數(shù)均為最大值。照明使用率：6:00—7:00為1.0，7:00—8:00為0.5，21:00—23:00為1.0，其他時間為0.0。設(shè)備使用率：7:00—9:00、21:00—23:00為1.0，其他時間為0.0。人員在室率：0:00—7:00、22:00—24:00為1.0，7:00—9:00、21:00—22:00為0.5，其他時間為0.0。

各城市供暖期、供冷期見表6。為條件對等，對廣州、昆明人為施加供暖需求。供暖室內(nèi)設(shè)計溫度為20 ℃，空調(diào)室內(nèi)設(shè)計溫度為26 ℃。室外氣象參數(shù)由DeST軟件調(diào)用。

漢語不同于印歐語系的語言，印歐語系的語言主要用形態(tài)變化來表示語法意義，而漢語有大量的虛詞，我們可以通過對某些虛詞的研究了解漢語中虛詞的發(fā)展特點(diǎn)。語氣詞對句子的語音起調(diào)節(jié)作用，表達(dá)不同的語氣和感情色彩，戰(zhàn)國楚簡的出現(xiàn)，為我們研究語氣詞的發(fā)展提供了重要線索。

3.5 模擬結(jié)果與分析

不同外墻石墨聚苯板厚度下，由DeST軟件計算得到的各城市基準(zhǔn)建筑、近零能耗建筑單位面積耗熱量、耗冷量，分別見表7～11。

由表7～11可知，由于供冷期室外溫度低于空調(diào)室內(nèi)設(shè)計溫度的時間比較長，哈爾濱、北京、昆明的單位面積耗冷量隨外墻傳熱系數(shù)減小而增大。將單位面積耗熱量與單位面積耗冷量之和定義為單位面積綜合能耗。與基準(zhǔn)建筑相比，各氣候區(qū)近零能耗建筑的單位面積綜合能耗均有所下降。隨著保溫材料厚度增大，各氣候區(qū)近零能耗建筑的單位面積綜合能耗雖然均呈下降趨勢，但下降趨勢隨保溫層厚度增大而減緩。綜合考慮成本和性能，近零能耗建筑外墻保溫材料厚度恰好滿足近零能耗建筑外墻傳熱系數(shù)允許范圍的下限(即近零能耗建筑允許的外墻傳熱系數(shù)最大值)即可。

4 結(jié)語

① 石墨聚苯板的防火性比較理想，具有很好的耐候性和溫度變化時的尺寸穩(wěn)定性，可作為現(xiàn)階段適宜的外墻保溫材料。

② 將單位面積耗熱量與單位面積耗冷量之和定義為單位面積綜合能耗。與基準(zhǔn)建筑相比，各氣候區(qū)近零能耗建筑的單位面積綜合能耗均有所下降。隨著保溫材料厚度增大，各氣候區(qū)近零能耗建筑的單位面積綜合能耗雖然均呈下降趨勢，但下降趨勢隨保溫層厚度增大而減緩。綜合考慮成本和性能，近零能耗建筑外墻保溫材料厚度恰好滿足近零能耗建筑外墻傳熱系數(shù)允許范圍的下限(即近零能耗建筑允許的外墻傳熱系數(shù)最大值)即可。

[1] 董曉亞，李德英，王藝霖. 近零能耗辦公建筑外墻保溫材料厚度優(yōu)化研究[J]. 新型建筑材料，2020(7)：143-146，151.

[2] 高英博，聶金哲，李德英. 北京地區(qū)農(nóng)村住宅墻體外保溫改造效益分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2019(27)：298-303.

[3] 晉衛(wèi)兵，應(yīng)姍姍，李松濤，等. 被動式建筑中保溫密封材料的應(yīng)用研究[C]//中冶建筑研究總院有限公司. 土木工程新材料、新技術(shù)及其工程應(yīng)用交流會論文集(中冊). 北京：中冶建筑研究總院有限公司，2019：302-306.

[4] 鄧琴琴，江威，趙矗，等. 近零能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)性能檢測研究[J]. 建筑節(jié)能，2018(8)：13-18.