王洲 吳佳霖 郭燕

環(huán)境、資源、人口是當(dāng)今人類社會(huì)面臨的三大主題?！盀榱藢?shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,21世紀(jì)是綠色技術(shù)的時(shí)代,這一理念已經(jīng)在政治、經(jīng)濟(jì)、文化各個(gè)層面上得到廣泛的認(rèn)同與推廣”。而住宅建筑作為人居空間環(huán)境的創(chuàng)造,與自然生態(tài)環(huán)境密不可分,其建成環(huán)境在人類對(duì)自然環(huán)境及其生活質(zhì)量的影響中起著重要作用。屋頂作為建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一,在節(jié)能方面具有重要作用。提高屋面的熱工性能,對(duì)于節(jié)省能源消耗及改善頂層居住環(huán)境具有重要意義。

1 鋁箔的作用

鋁是地殼中蘊(yùn)藏量最多的金屬,早在18世紀(jì)初被人們發(fā)現(xiàn)使用,是有色金屬中應(yīng)用最為廣泛的金屬之一。重熔鋁錠熔化后的熔融鋁或液態(tài)電解鋁經(jīng)過成分調(diào)整、精煉、鑄造—熱軋或鑄軋、冷軋、退火、箔軋、分切和成品退火等工序處理后制成的鋁箔具有以下特點(diǎn):比重小,使用成本低;反輻射隔熱能力強(qiáng);在日常環(huán)境中比較耐腐蝕等。鋁箔的反射率高,發(fā)射率低,是一種良好的反射型絕熱材料。在我國建筑行業(yè)中,一般中央空調(diào)管道外使用鋁箔作隔熱材料。也有的利用鋁箔著色性好、光熱反射率高的特性,把鋁箔作為基層與另外一種材料一起制作成一種復(fù)合材料用做建筑物屋頂?shù)母魺釋?如鋁箔面防水卷材等。這種防水卷材的防水隔熱效果好,使用周期長,是一種理想的建筑材料。

2 鋁箔防水卷材熱工性能的理論分析

本文的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象選在邯鄲地區(qū)某校學(xué)生宿舍樓,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)用房均在北面,受太陽輻射熱的影響相對(duì)較小。實(shí)驗(yàn)用房平面位置如圖1所示。

同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)用房的屋頂冬季傳熱模型簡化成理想的一維穩(wěn)定傳熱,其傳熱特征如下:1)通過平壁的熱流強(qiáng)度處處相等。平壁內(nèi)無蓄熱現(xiàn)象,保證溫度的穩(wěn)定,因此平壁能任一截面流進(jìn)與流出的熱量必須相等。2)同一材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度分布成直線關(guān)系。3)屋蓋防水卷材所附鋁箔的厚度和導(dǎo)熱熱阻可忽略。

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠?jì)算與對(duì)比

實(shí)驗(yàn)用房1和實(shí)驗(yàn)用房2的屋蓋構(gòu)造自內(nèi)至外均是:水泥砂漿抹面10 mm,鋼筋混凝土樓板100 mm,水泥砂漿結(jié)合層10 mm,聚苯保溫板50 mm,水泥砂漿結(jié)合層20 mm,二氈三油10 mm。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膮^(qū)別在于:實(shí)驗(yàn)用房1采用普通防水卷材,實(shí)驗(yàn)用房2采用鋁箔面防水卷材。

在采暖期,兩個(gè)試驗(yàn)用房采用溫度計(jì)測量室內(nèi)氣溫和室外氣溫。實(shí)測室外氣溫為-4.6℃,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)用房熱供應(yīng)和熱環(huán)境基本一樣,實(shí)測室內(nèi)氣溫均為18.1℃。

水泥砂漿抹面10 mm,R1=0.010 8(m2·K)/W。

鋼筋混凝土樓板100 mm,R2=0.057 5(m2·K)/W。

水泥砂漿結(jié)合層10 mm,R3=0.010 8(m2·K)/W。

聚苯保溫板50 mm,R4=0.087 7(m2·K)/W。

水泥砂漿結(jié)合層20 mm,R5=0.021 5(m2·K)/W。

二氈三油10 mm,R6=0.058 8(m2·K)/W。

屋蓋總熱阻R0=查表得到內(nèi)表面換熱系數(shù) αi=8.7 W/(m2·K),外表面換熱系數(shù) αe=23.0 W/(m2·K),計(jì)算得到 R0=0.396(m2·K)/W。

根據(jù)理想模型假設(shè),在穩(wěn)定傳熱條件下,通過平壁的熱流量與通過各分部的熱流量彼此相等,得到內(nèi)表面溫度為:θi=ti-(ti-te),其中,ti為室內(nèi)氣溫;te為室外氣溫。

根據(jù)以上數(shù)據(jù),計(jì)算理想模型的屋蓋內(nèi)表面溫度θi=11.8℃。

通過紅外熱像儀實(shí)測實(shí)驗(yàn)用房1的屋頂內(nèi)表面溫度為11.9℃,而實(shí)驗(yàn)用房2的實(shí)測屋頂內(nèi)表面溫度為13.2℃。

根據(jù)理論公式反算兩個(gè)實(shí)驗(yàn)用房的屋蓋等效總熱阻:

由此得到,通過實(shí)驗(yàn)用房1的屋蓋單位面積的熱量要比實(shí)驗(yàn)用房2的屋蓋單位面積的熱量多21.2%。

計(jì)算得到:R01=0.402(m2·K)/W,R02=0.510(m2·K)/W。

4 初步結(jié)論與建議

1)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)用房的條件雖然沒有完全相同,但基本相同,這個(gè)比較還基本反映了兩種防水卷材的保溫性能。2)建筑節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要各個(gè)環(huán)節(jié)的配合。從建筑方案設(shè)計(jì)到建筑施工,再到后面的運(yùn)行階段都需要從節(jié)能方面進(jìn)行系統(tǒng)管理,這樣才能達(dá)到最有效的節(jié)能效果。3)鋁箔面防水卷材的等效熱工性能要比普通防水卷材的熱工性能好,是一種較好的保溫隔熱建筑材料,值得推廣。4)通過一維穩(wěn)定傳熱理想模型計(jì)算的屋蓋內(nèi)表面溫度與實(shí)測溫度相差甚小,在允許的誤差范圍內(nèi)。

[1]劉加平.建筑物理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003:1-116.

[2]孫鳳明,李 娟.既有居住建筑節(jié)能改造研究[J].工業(yè)建筑,2008(3):35-38.

[3]蔡龍俊,馮哲雋,蔡志紅.溫室內(nèi)設(shè)保溫幕的節(jié)能效果研究[J].節(jié)能技術(shù),2002(5):5-8.

[4]劉 輝,井 淥.屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J].徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006(4):39.