徐晨萌

1 概述

在我國，傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)的新房子第一個(gè)采暖季能耗比舊房子要高，若維持相同的室內(nèi)溫度需要增加一些供熱量，或稱供熱裕量。其原因是施工時(shí)結(jié)構(gòu)中積存了水分，它們或者由于自然降水或者由于施工的需要。因此使得房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能變差，能耗增加。一項(xiàng)研究表明［1］，含濕加氣混凝土砌塊實(shí)測到的總當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λ隨含濕量的增加而單調(diào)地遞升。結(jié)構(gòu)中水分的散失是緩慢的，它與結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣的含濕量、自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)的組成材質(zhì)等因素有關(guān)。不同朝向的墻體也不盡相同。受太陽輻射影響，南向墻體中水分散失通常比北向快。含濕多孔材料中水分遷移可有五個(gè)途徑，即濃度梯度下的擴(kuò)散、液體在毛細(xì)管內(nèi)的遷移、壓力梯度下的滲流、溫度梯度引起的濕分熱擴(kuò)散和多孔材料中蒸發(fā)或冷凝引起的濕分遷移。而結(jié)構(gòu)內(nèi)水的相變化不僅影響結(jié)構(gòu)的熱工性能，還能引起墻面龜裂和平屋面防水的破壞。

我們對朝向和建筑設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)相同的新舊兩棟建筑的供熱能耗進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，兩棟建筑皆為6層，墻體為370加氣混凝土砌塊，南北朝向，體形系數(shù)0.3，窗墻比0.3。兩棟建筑毗鄰，外環(huán)境相似。

2 現(xiàn)場測試

熱量計(jì)測量兩棟建筑的累積供熱量Qx和Qj，下標(biāo)x表示新建筑，下標(biāo)j表示舊建筑。室內(nèi)溫度設(shè)定為ti=18℃;熱電耦測量兩棟建筑的南、北向各一個(gè)房間的室內(nèi)溫度txn，txb和tjn，tjb以及室外溫度to，其中下標(biāo)n和b分別表示南向和北向房間。以此調(diào)節(jié)新建筑的供熱量(Qx)，以滿足對應(yīng)房間的溫度都與室內(nèi)設(shè)定溫度相同，即txn=txb=tjn=tjb=ti=18℃。同時(shí)采暖中期對新、舊建筑所選擇房間的南、北外墻的內(nèi)、外表面溫度和熱流密度做了測量，分別得到新建筑南向房間外墻的內(nèi)、外表面溫度txni，txno，新建筑北向房間外墻的內(nèi)、外表面溫度txbi，txbo和新建筑南、北外墻的熱流密度qxn，qxb，同時(shí)測得舊建筑對應(yīng)房間南、北外墻的內(nèi)、外表面溫度(tjni，tjno，tjbi，tjbo)以及相應(yīng)的熱流密度qjn和qjb。統(tǒng)計(jì)平均熱流密度和溫度，以確定新建筑南、北向墻體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λxn和λxb及舊建筑南、北向墻體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λjn和λjb。

3 測量數(shù)據(jù)分析

1 )整個(gè)采暖季新建筑比舊建筑多消耗的能量由Δ=(Qx/Qj)－1確定，在室內(nèi)溫度相同的情況下，Δ=24%。以哈爾濱為例，室內(nèi)溫度設(shè)為18℃，若采暖季室外平均溫度為－9.1℃～－10.0℃，以其平均值－9.55℃估算，如果新建筑不增加這部分供熱量，室內(nèi)溫度將降低［18－(－9.55)］×24%=6.612℃，室內(nèi)溫度僅為11.39℃。2)依照測得的數(shù)據(jù)，新建筑南向墻體與舊建筑南向墻體的耗熱量之比qxn/qjn=1.194，即南向墻體首年采暖年度要多耗能19.4%;新、舊建筑北向墻體耗能比為qxb/qjb=1.23，即北向墻體首年采暖年度要多耗能23%。新建筑墻體首年采暖平均比舊建筑墻體多耗能(19.4%+23%)/2=21.2%。建筑采暖能耗包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻、窗、屋面等能耗及滲風(fēng)能耗?？梢姡陆ㄖ扰f建筑多散失的能量中，墻體濕分的影響最大。3)確定新建筑南向和北向墻體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。南向墻體有qxn=(txni－txno)/∑(δni/λni)，其中，δni，λni分別為南向墻體各層材料厚度和相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。忽略內(nèi)外抹面層影響，求出首年采暖年度南向墻砌體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λxn=0.293W/(m·K)。代入北向墻體的測量數(shù)據(jù)qxn，txni，txno及墻體厚度δbi(與δni相等)求出首年采暖年度砌體北向墻砌體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λxb=0.302 5W/(m·K);同樣，算出舊建筑南向墻體當(dāng)年的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λjn=0.245 4 W/(m·K);舊建筑北向墻體當(dāng)年的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)λjb=0.245 9W/(m·K)，舊建筑南、北向墻體當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)平均為0.245 6W/(m·K)。

4 節(jié)能墻體首年采暖年度傳熱系數(shù)的估算

忽略墻體兩側(cè)的對流換熱阻，墻體傳熱系數(shù)K=1/RO= 1/∑(δi/λi)，其中，RO為墻體總熱阻;δi，λi分別為組成墻體材料的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)。

選擇兩種混凝土砌塊復(fù)合墻體，分別是:1)聚苯板外保溫，厚度80 mm，混凝土砌塊墻厚度200 mm。2)聚苯板外保溫，厚度50 mm，混凝土砌塊墻厚度300 mm。

以上獲得的砌體當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，估算南、北兩個(gè)朝向新砌復(fù)合墻體的傳熱系數(shù)和舊墻加聚苯板改造后的兩種情況下墻體的傳熱系數(shù)。兩種新建復(fù)合墻體南向混凝土砌塊的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)按0.293W/(m·K)計(jì)算，北向按0.302 5 W/(m·K)計(jì)算，而舊墻改造中的混凝土砌塊的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)按0.245 6W/(m·K)計(jì)算，聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為0.049W/(m·K)，結(jié)果見表1。

通過比較表1中的傳熱系數(shù)值，可知第一種新建復(fù)合墻體(南北向)傳熱系數(shù)和舊墻改造的相近;第二種新建復(fù)合墻體(北向)傳熱系數(shù)只比舊墻改造多了8%。

表1 估算的墻體傳熱系數(shù) W/(m·K)

5 結(jié)語

由于濕分的影響，新建筑首年采暖年度能耗比舊建筑多24%;墻體施工水分的存在和遷移導(dǎo)致其導(dǎo)熱系數(shù)增加，保溫性能變差。新墻體的平均能耗增加了21.2%;對采用兩種復(fù)合墻體的新建筑物的墻體傳熱系數(shù)估算，用了聚苯板材料保溫后，首年采暖年度墻體能耗受濕分影響不大。

［1］ 王補(bǔ)宣，王 仁.含濕建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，1983，4(2)：146-151.

［2］ 孟繁勇.同程與異程采暖系統(tǒng)在節(jié)能方面的比較［J］.山西建筑，2009，35(12)：198-199.