夏熱冬暖地區(qū)居住建筑熱橋效應對建筑節(jié)能的影響

謝 意

(廣西賀州市平桂設計院有限責任公司，廣西 賀州 542827)

夏熱冬暖地區(qū)居住建筑熱橋效應對建筑節(jié)能的影響

謝 意

(廣西賀州市平桂設計院有限責任公司，廣西 賀州 542827)

以夏熱冬暖地區(qū)居住建筑為例，通過進行多工況能耗計算分析，得出了熱橋效應對建筑節(jié)能有明顯影響的結(jié)論，并提出了對熱橋部位局部加強節(jié)能措施的設計方法，以達到預期的節(jié)能效果。

熱橋效應，構(gòu)件熱橋，金屬熱橋，節(jié)能設計

0 引言

熱橋效應，即熱傳導的物理效應。主要是指在建筑物外圍護結(jié)構(gòu)與外界進行熱量傳導時，由于圍護結(jié)構(gòu)中的某些部位的傳熱系數(shù)明顯大于其他部位，使得熱量集中地從這些部位快速傳遞，從而增大了建筑物的空調(diào)、采暖負荷及能耗。

夏熱冬暖地區(qū)為亞熱帶濕潤季風，其特征表現(xiàn)為夏季漫長，冬季寒冷時間很短，甚至幾乎沒有冬季，長年氣溫高濕度大，氣溫的年較差和日較差都小，太陽輻射強烈，雨量充沛。這樣的氣候特點決定著在建筑熱工設計上，冬天不考慮采暖(或短時間采暖)，建筑能耗除照明外主要體現(xiàn)在夏季空調(diào)降溫的能耗，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占整個建筑能耗比例較大，主要用于補償圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗能，處理新風、空調(diào)設備的運行。建筑是能源消耗大戶，據(jù)統(tǒng)計在全球的能源消耗上，建筑物就占了將近30%，在節(jié)能減排成為社會的發(fā)展方向的今天，建筑的節(jié)能已經(jīng)成為不得不面對的現(xiàn)實。建筑節(jié)能的實質(zhì)是減少建筑物在其設計使用年限內(nèi)對能源的消耗，對于夏熱冬暖地區(qū)來說，關(guān)鍵在于減少空調(diào)系統(tǒng)用電量。建筑節(jié)能設計往往關(guān)注外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能性能，而熱橋部位由于熱橋效應耗散了大量的能量，這些能量占建筑總體能源消耗的比例有多大，對建筑節(jié)能效果有多大的影響，這應該成為研究的對象和關(guān)注的焦點。

1 熱橋效應對建筑能耗的影響分析

1.1 熱橋的分類

圍護結(jié)構(gòu)中窗過梁、圈梁、鋼筋混凝土剪力墻、梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于傳熱系數(shù)遠大于墻體部位的傳熱系數(shù)，形成熱流密集通道稱為構(gòu)件熱橋。墻體設置的金屬聯(lián)結(jié)件，外保溫墻體中為固定保溫板加設的金屬錨固件，內(nèi)保溫層中設置的龍骨，挑出的陽臺板與主體結(jié)構(gòu)的連接部位，保溫門窗中的門窗框特別是金屬門窗框等形成的熱橋稱為金屬熱橋。構(gòu)件熱橋和金屬熱橋是建筑節(jié)能設計中最常見的熱橋形式。

1.2 算例分析

工程概況：夏熱冬暖地區(qū)五層住宅樓，總建筑面積731.7 m2，建筑高度15.15 m。平面圖見圖1，建筑平面規(guī)則，南北朝向。圍護結(jié)構(gòu)做法見表1，屋面和外墻的太陽輻射吸收系數(shù)均為0.75，建筑體形系數(shù)0.43；在滿足采光通風的前提下盡量減少外窗的面積，建筑窗墻比東西向均為0，南向為0.3，北向為0.24，建筑平均窗墻比為0.18。在計算中均未考慮窗的外遮陽，每個朝向窗的綜合遮陽系數(shù)等于窗自身的遮陽系數(shù)。構(gòu)件熱橋面積占所在朝向外墻面積的比例，東西向均為5.3%，南向為10.1%，北向為7.5%。本工程使用斯維爾節(jié)能設計軟件DECS中內(nèi)置的DOE2.1E進行空調(diào)耗電量模擬仿真計算。

計算結(jié)果見表2，表2中的四種工況均為屋面和外墻的做法不變的情況下，對構(gòu)件熱橋和金屬熱橋采取節(jié)能措施與不采用節(jié)能措施進行模擬分析。工況二耗電量比工況一少2.12 kWh/m2，能耗減少3.4%；工況三耗電量比工況一少1.23 kWh/m2，能耗減少1.97%；工況四耗電量比工況一少3.31 kWh/m2，能耗減少5.3%。

表1 圍護結(jié)構(gòu)做法及材料

表2 能耗模擬仿真計算工況及結(jié)果

2 建筑節(jié)能設計中的應對措施

建筑節(jié)能設計的實質(zhì)是通過提高外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能來減少建筑室內(nèi)外空間的熱傳遞，減少空調(diào)系統(tǒng)的開啟次數(shù)和運行時間，來達到減少用電量的節(jié)能目的。建筑的圍護結(jié)構(gòu)包括外墻、屋頂、外門窗和地面，建筑的節(jié)能設計實質(zhì)上是對圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設計。算例中在保持屋頂和外墻的做法不變的情況下，對構(gòu)件熱橋部位外加15厚EVB保溫砂漿，計算結(jié)果表明能耗比未加保溫層的情況減少3.4%，建筑每平方米年耗電量減少2.12 kWh，對于算例建筑來說，全年可減少耗電量1 551.2 kWh。為了避免金屬熱橋的快速傳遞熱量，算例工況三采用PVC窗框代替鋁合金窗框進行能耗計算，計算結(jié)果表明，能耗減少1.97%；當對構(gòu)件熱橋采取外保溫措施，采用PVC窗框代替鋁合金窗框以避免形成金屬熱橋，同時保持屋頂和外墻做法不變時，能耗減少5.3%，全年可減少耗電量2 421.9 kWh，節(jié)能效果明顯。通過算例的能耗分析比較，熱橋效應對建筑的節(jié)能效果有明顯的影響,算例為一磚混結(jié)構(gòu)多層建筑，構(gòu)件熱橋占所在朝向外墻面積比不大,對于框架、框剪等其他結(jié)構(gòu)類型的建筑來說，構(gòu)件熱橋所占的面積比例更大，通過熱橋耗散的能量也更大。在節(jié)能設計中應重視熱橋效應對建筑節(jié)能的影響，建筑熱橋作為圍護結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，它的存在成為熱量散發(fā)的快速通道，所以對熱橋部位采取局部加強的做法很有必要。

一些老舊建筑，由于建造年份較早，建造過程基本沒有建筑節(jié)能方面的意識，也沒有采取必要的節(jié)能技術(shù)措施，加上這類建筑的使用功能齊全，圍護結(jié)構(gòu)形式多樣，各種用能系統(tǒng)和設備復雜，人員密度大等原因，使得這些建筑成為當前的建筑能耗大戶。對既有建筑進行節(jié)能改造成為一個緊迫的任務。由于既有建筑一般都在正常使用中，對外墻、屋面、空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)進行節(jié)能改造有很大的難度。對既有建筑的節(jié)能改造中，可提倡實現(xiàn)一定的節(jié)能指標或目標，不宜制定統(tǒng)一的節(jié)能措施或做法。必須因地制宜，因項目具體情況而行，防止采用高能耗、高投入的方法來進行既有建筑的節(jié)能改造。對熱橋部位進行局部加強節(jié)能措施，投資不大，節(jié)能效果較好，可為既有建筑節(jié)能改造提供一種可行的方法，如果有條件可以采用傳熱系數(shù)小的窗框材料來代替金屬窗框以避免形成金屬熱橋，同樣可以收到良好的節(jié)能效果。

建筑節(jié)能是指建筑全壽命過程中每一個環(huán)節(jié)節(jié)能的總和，除了節(jié)能材料的應用外，還涉及采暖、通風、空調(diào)、照明和給排水等各系統(tǒng)的高效運行，可再生能源的應用，因此建筑節(jié)能還是一項系統(tǒng)工程。一個理想的節(jié)能建筑能夠在不同季節(jié)保持室內(nèi)的舒適性，這就要求減少建筑圍護結(jié)構(gòu)的能量損失，能夠使室內(nèi)實現(xiàn)必要的通風換氣，控制接收或阻止太陽輻射。對于新建建筑來說，嚴格按照節(jié)能設計規(guī)范的要求來設計，除了對外圍護結(jié)構(gòu)采取必要的節(jié)能措施外，還應重視熱橋部位的局部加強設計。對于既有建筑的節(jié)能改造，應不拘一格，不要局限于節(jié)能設計規(guī)范，對這樣的建筑采取一些小改造比圍護結(jié)構(gòu)的大翻新更有意義，比如窗玻璃貼膜，對窗加外遮陽棚，屋頂綠化等。建筑節(jié)能設計需要的不是生搬硬套而是因地制宜。

3 結(jié)語

通過對算例進行多工況能耗對比分析，熱橋效應對建筑節(jié)能有明顯的影響，是建筑外圍護結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，對熱橋部位進行局部加強節(jié)能措施可以達到較好的節(jié)能效果，為新建建筑節(jié)能設計和既有建筑節(jié)能改造提供參考。

[1] JGJ 75—2012，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準[S].

[2] GB 50189—2005，公共建筑節(jié)能設計標準[S].

[3] 06J 908—2，公共建筑節(jié)能構(gòu)造——夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)[S].

Impact of residential building heat bridge effect upon architectural energy-saving in hot summer and warm winter region

Xie Yi

(GuangxiHezhouPingguiDesignInstituteCo.,Ltd,Hezhou542827,China)

Taking residential building in hot summer and warm winter region, through calculating and analyzing energy consumption under various working conditions, the article finds out obvious impact of heat bridge effect upon building energy-saving, and puts forward design methods of strengthening energy-saving measures in local heat bridge parts, with a view to achieve expected energy-saving effect.

heat bridge effect, structural heat bridge, metal heat bridge, energy-saving design

2015-01-10

謝 意(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0209-02

TU201.5

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