對(duì)南京地區(qū)外墻保溫體系技術(shù)路線的探討

王明民 龔延風(fēng)

對(duì)南京地區(qū)外墻保溫體系技術(shù)路線的探討

王明民 龔延風(fēng)

南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院

近年來(lái)，外墻外保溫體系在夏熱冬冷地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。但多起建筑外墻外保溫火災(zāi)事件的發(fā)生，引發(fā)了各界對(duì)保溫防火的思考，也引發(fā)了對(duì)保溫體系的思考。為深入研究南京地區(qū)建筑外墻保溫技術(shù)體系，本文結(jié)合南京地區(qū)的氣候特點(diǎn)，采用動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件DeST-h，對(duì)典型建筑的外墻按三種不同保溫體系進(jìn)行能耗分析。研究不同保溫體系的負(fù)荷特性、能耗特性以及室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定性，探討適合南京地區(qū)的建筑外墻保溫形式。

南京地區(qū)保溫體系外墻保溫建筑節(jié)能

墻體是圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能的主體，在夏熱冬冷地區(qū)，外墻的耗熱量約占整個(gè)居住建筑熱量損失的20%～30%。通過(guò)外墻保溫技術(shù)，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑的冷、熱消耗，從而達(dá)到建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能降耗和污染減排的目的。采用先進(jìn)的建筑外墻保溫技術(shù)不僅可以節(jié)約能源，而且提高建筑物的使用壽命。目前，南京地區(qū)普遍采用的是外墻外保溫體系。通過(guò)近幾年的使用實(shí)踐，外墻外保溫存在較大的安全性問(wèn)題和防火問(wèn)題。因此，有必要針對(duì)南京的氣候特點(diǎn)選擇適宜的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)路線。

南京屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，年降水1200mm，四季分明，年平均溫度15.4℃，年極端氣溫最高39.7℃，最低-13.1℃，年平均降水量1106mm。針對(duì)南京地區(qū)的氣候特點(diǎn)，采用建筑動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件DeST-h[1]對(duì)使用三種不同外墻保溫體系的典型建筑進(jìn)行分析，研究不同保溫體系的傳熱特性、室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定性以及能耗特性，探討適合南京地區(qū)的外墻保溫形式。

1 建筑模型的基本參數(shù)

本文使用清華大學(xué)的建筑能耗模擬軟件DeST-h對(duì)選定的典型建筑進(jìn)行了詳細(xì)的負(fù)荷模擬及分析，建筑模型見(jiàn)圖1。

圖1 建筑平面圖

建筑共3層，建筑面積：839.45m2，體形系數(shù)0.378。建筑參數(shù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能參數(shù)及不同的保溫體系構(gòu)造參數(shù)[2]見(jiàn)表1～4。由于DeST-h模擬軟件不能處理熱橋影響問(wèn)題，因此，此處給出的外墻內(nèi)保溫和外墻自保溫構(gòu)造按保溫的等效值輸入。

表1 建筑屋頂與外窗參數(shù)

表2 外保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成參數(shù)

表3 內(nèi)保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成參數(shù)

表4 自保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成參數(shù)

2 模擬結(jié)果及討論

2.1建筑全年冷熱負(fù)荷分析

模擬得出不同保溫體系下建筑全年累計(jì)冷熱負(fù)荷如圖2所示。

圖2 不同保溫體系下建筑全年累計(jì)冷熱負(fù)荷

由模擬結(jié)果可以看出，在有效傳熱系數(shù)近似的情況下，三種保溫墻體的產(chǎn)熱量無(wú)明顯區(qū)別，建筑全年累計(jì)冷熱負(fù)荷無(wú)顯著差異。從建筑總負(fù)荷角度考慮，不同的墻體保溫形式差別不大。

2.2房間內(nèi)熱穩(wěn)定性分析

選取三層的主臥室作為典型房間，進(jìn)行負(fù)荷分析，比較分析三種保溫體系對(duì)房間熱穩(wěn)定性的影響。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3～4。

圖3 典型房間冬季（1月8日～1月10日）室內(nèi)溫度比較

圖4 典型房間夏季（7月10日～7月12日）室內(nèi)溫度比較

模擬結(jié)果表明，無(wú)論在冬季工況下，還是在夏季工況下，使用三種保溫體系的墻體，室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度一致，且變化很小。說(shuō)明對(duì)于單個(gè)房間，室內(nèi)溫度動(dòng)態(tài)變化較小，保溫效果較佳。

2.3能耗特征分析

由分析可以看出，在采用不同保溫體系時(shí)，外墻的傳熱特性是不同的。本節(jié)將分析在南京地區(qū)，采用間歇式空調(diào)與采暖情況下，采暖計(jì)算期為當(dāng)年的12月1日至次年2月28日，空調(diào)計(jì)算期為當(dāng)年6月15日至8月31日，三種保溫體系的空調(diào)耗冷量特征。圖5為三種不同保溫體系在南京地區(qū)的空調(diào)全年耗冷量比較。

圖5 三種不同保溫體系的空調(diào)耗冷量比較

從圖5可以看出自保溫體系與內(nèi)保溫體系空調(diào)耗冷量略高于墻體外保溫體系，但是超過(guò)量不大。說(shuō)明在外墻等效傳熱系數(shù)近似的情況下，雖然三種保溫體系外墻動(dòng)態(tài)傳熱特性有差別，但能耗量基本相等。

2.4模擬討論

通過(guò)對(duì)三種保溫體系的模擬計(jì)算分析可以得出：在外墻有效傳熱系數(shù)近似的情況下，雖然三種保溫體系的外墻動(dòng)態(tài)傳熱特性不同，但在南京地區(qū)從全年能耗和房間穩(wěn)定性角度來(lái)看，這三種保溫體系基本上是等效的。

熱惰性指標(biāo)表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)反抗溫度波動(dòng)和熱流波動(dòng)能力的無(wú)量綱指標(biāo)，其值等于材料層熱阻與蓄熱系數(shù)的乘積。熱惰性指標(biāo)D值，是表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)周期性溫度波在其內(nèi)部衰減快慢程度的一個(gè)無(wú)量綱指標(biāo)，單層結(jié)構(gòu)D=R·S；多層結(jié)構(gòu)D=∑(R·S)。式中R為結(jié)構(gòu)層的熱阻，S為相應(yīng)材料層的蓄熱系數(shù)，D值愈大，周期性溫度波在其內(nèi)部的衰減愈快，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性愈好。

從表1、表2、表3三種保溫體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成參數(shù)和熱惰性指標(biāo)定義可以看出自保溫方式熱惰性指標(biāo)比其他兩種保溫體系小。室內(nèi)溫度受外界環(huán)境的影響較明顯，在夏季更容易實(shí)現(xiàn)利用夜間室外溫度較低的空氣來(lái)降低室內(nèi)溫度。因此，從能耗方面考慮，自保溫方式是適合南京地區(qū)的。

目前常見(jiàn)的內(nèi)、外保溫墻體存在一系列不足[3～4]。

1）內(nèi)保溫缺點(diǎn)：由于圈梁、樓板、構(gòu)造柱等會(huì)引起熱橋，熱損失較大；由于材料、構(gòu)造、施工等原因，飾面層出現(xiàn)開(kāi)裂；不便于用戶(hù)二次裝修和吊掛飾物；占用室內(nèi)使用空間；對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，對(duì)居民的日常生活干擾較大；墻體受室外氣候影響大，晝夜溫差和冬夏溫差大，容易造成墻體開(kāi)裂。

2）外保溫缺點(diǎn)：施工技術(shù)難度較大，工序較多，施工質(zhì)量較難把握，需要專(zhuān)業(yè)施工單位承擔(dān)；施工周期長(zhǎng)；對(duì)外飾材料要求較高，不宜選用重質(zhì)的、較大規(guī)格的外飾材料，如面磚類(lèi)，否則易出現(xiàn)安全隱患；存在防火的安全隱患。

3 結(jié)論

本文結(jié)合南京地區(qū)的氣候特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)三種保溫體系的模擬分析得出以下結(jié)論：

1）在有效傳熱系數(shù)近似的情況下，三種保溫墻體的產(chǎn)熱量無(wú)明顯區(qū)別，建筑全年累計(jì)冷熱負(fù)荷無(wú)顯著差異。

2）無(wú)論在冬季工況下，還是在夏季工況下，使用三種保溫體系的墻體，室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度一致，且變化很小。

3）在外墻有效傳熱系數(shù)近似的情況下，雖然三種保溫體系的外墻動(dòng)態(tài)傳熱特性不同，但在南京地區(qū)從全年能耗和房間穩(wěn)定性角度來(lái)看，這三種保溫體系基本上是等效的。

4）自保溫方式熱惰性指標(biāo)比其他兩種保溫體系小。室內(nèi)溫度受外界環(huán)境的影響較明顯，在夏季更容易實(shí)現(xiàn)利用夜間室外溫度較低的空氣來(lái)降低室內(nèi)溫度。因此，從能耗方面考慮，自保溫方式是適合南京地區(qū)的。

綜上所述，鑒于外墻外保溫的安全問(wèn)題，防火材料的限制要求。對(duì)于南京地區(qū)而言外墻自保溫也是一個(gè)較好的外墻保溫形式，而不是沿襲北方地區(qū)使用外墻外保溫體系。應(yīng)根據(jù)南京地區(qū)的氣候特點(diǎn)，研究因地適宜的外墻保溫體系，建立一套適合南京地區(qū)的外墻保溫技術(shù)體系，促進(jìn)節(jié)能工作的健康發(fā)展。

[1]顧俊強(qiáng),楊軍,陳海燕.建筑能耗動(dòng)態(tài)模擬氣象資料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2008,(1):119-125

[2]夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ75-2012)[S].

[3]周磊,石震東.建筑節(jié)能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)保溫工程質(zhì)量監(jiān)管重點(diǎn)與原因分析[J].建筑施工,2006,28(8):646-647

[4]張景全.外墻保溫技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].科技信息, 2011,(5):60-61

Studie s on He a t Pre s e rva tion De s igns Conc e rning the Exte rior Wa lls in Na njing

WANG Ming-min,GONG Yan-feng
College of Urban Construction and Safety Engineering,Nanjing University of Technology

In recent years,exterior wall external insulation system is widely used in hot-summer and cold-winter zone. However,multiple fires related to exterior wall external insulation system of the buildings have raised consideration about exterior wall external insulation system and its fireproofing.In order to study the technology system of wall external insulation in Nanjing area,the energy consumption analysis of three insulation systems of typical building exterior wall were performed according to the characteristcs of the weather in Nanjing area with the dynamic energy simulation software DeST-h.The characteristcs of load,energy consumption and thermostability of indoor environment were studied and exterior wall external insulation form appropriate for Nanjing area was discussed.

Nanjing area,exterior wall insulation system,building energy efficiency

1003-0344（2014）06-084-3

2013-8-1

王明民（1987～），男，碩士研究生；南京市中山北路200號(hào)南京工業(yè)大學(xué)（210000）；E-mail:shili_1988@126.com