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        佛山地區(qū)建筑外墻隔熱性能分析

        2018-07-10 08:20:24鐘媛玲
        制冷 2018年2期
        關(guān)鍵詞:隔熱性太陽(yáng)輻射表面溫度

        鐘媛玲,郭 斌

        (1.筑博設(shè)計(jì)股份有限公司,廣東深圳518000;2.深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,廣東深圳518048)

        0 引言

        通風(fēng)外墻作為一種被動(dòng)式技術(shù),是建筑可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向之一,也是降低我國(guó)建筑能耗的重要應(yīng)用技術(shù)。佛山市位于我國(guó)夏熱冬暖地區(qū),具有高溫高濕的氣候特征,因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要具有良好的隔熱性能。尤其是受太陽(yáng)輻射影響較大的屋頂和東、西外墻。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能不好,會(huì)導(dǎo)致內(nèi)壁溫度很高。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度過(guò)高時(shí),對(duì)人體所產(chǎn)生的輻射熱會(huì)令人產(chǎn)生烘烤感,大大影響室內(nèi)環(huán)境的舒適性。

        因此,對(duì)于夏季時(shí)間長(zhǎng)且炎熱的夏熱冬暖地區(qū),為改善室內(nèi)熱舒適度,節(jié)能空調(diào)能耗,該地區(qū)的建筑必須加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱,滿足隔熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的隔熱要求。并且自 《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》DB/T50378-2014頒布實(shí)施以來(lái),每個(gè)申報(bào)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)項(xiàng)目都要滿足強(qiáng)條 “8.1.6屋面和東、西外墻隔熱性能應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176”的要求。基于以上所述地區(qū)氣候特點(diǎn)以及標(biāo)準(zhǔn)政策要求,每個(gè)新建項(xiàng)目屋頂和東、西外墻隔熱性能都要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),屋頂均有采用保溫材料,都能滿足隔熱驗(yàn)算的要求。目前主要的問(wèn)題在于如何讓東、西外墻隔熱性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本文從保溫材料類別、保溫材料厚度、保溫措施和外墻的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)四個(gè)因素詳細(xì)分析了東、西外墻的隔熱性能,并得出各因素與外墻隔熱性能的關(guān)系,為以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

        1 隔熱驗(yàn)算方法

        1.1 驗(yàn)算原理

        外墻在給定兩側(cè)空氣溫度及變化規(guī)律的情況下,內(nèi)表面最高溫度應(yīng)符合表1的要求:

        表1 外墻內(nèi)表面最高溫度的限值

        表中:

        θi,max—圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度 (℃),應(yīng)按《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-2016附錄C.3的規(guī)定計(jì)算;

        ti—室內(nèi)空氣溫度,(℃)。

        te,max—累年日平均溫度最高日的最高溫度(℃),應(yīng)按 《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-2016配套軟件氣象數(shù)據(jù)取用。

        1.2 內(nèi)表面最高溫度的計(jì)算方法

        外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度按照規(guī)范 《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50176-2016)附錄C.3的規(guī)定計(jì)算:

        按式 (1)建立常物性、無(wú)內(nèi)熱源的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的內(nèi)部微分方程,微分方程的求解可采用有限差分法:

        式中:—溫度對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù),℃/s。

        α—材料的導(dǎo)溫系數(shù),α=,m2/s。

        按式 (2)建立第三類邊界條件隱式差分格式邊界節(jié)點(diǎn)方程 (邊界節(jié)點(diǎn)1,節(jié)點(diǎn)n可參照):

        式中:

        Cp—材料的比熱,J/(kg·K);

        ρ—材料的密度,kg/m3;

        α—材料的導(dǎo)溫系數(shù),α=c,m2/s;

        Δx—差分步長(zhǎng),m;

        λ—材料的導(dǎo)熱系數(shù),[W/(m·K)];

        ρs—外表面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù);

        按式 (3)列出各內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊界點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)方程,并求解節(jié)點(diǎn)方程組得到外墻、屋頂內(nèi)表面溫度值。

        式中:ti—差分節(jié)點(diǎn)溫度值,℃。

        2 工程驗(yàn)算及結(jié)果分析

        2.1 工程概況

        本項(xiàng)目位于佛山市,主要為住宅建筑及配套建筑,在實(shí)際設(shè)計(jì)施工條件下,選取典型的戶型為計(jì)算物理模型,驗(yàn)證其東、西外墻體在不同的構(gòu)造做法情況下的隔熱效果。本項(xiàng)目申請(qǐng)國(guó)家綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)三星級(jí),總體目標(biāo)是在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度的節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染,為住戶提供舒適和節(jié)能的居住環(huán)境。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫效果是衡量綠色建筑是否達(dá)到綠色建筑星級(jí)要求的基本條件,這也正是本驗(yàn)算的最大意義所在。

        根據(jù) 《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-2016,室外空氣溫度如圖1所示:室外最大溫度為37.3℃;空調(diào)房間的空氣溫度均為26℃。為了便于對(duì)比研究分析,本次模擬計(jì)算分析主要針對(duì)空調(diào)房間進(jìn)行,根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖紙本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層如圖2所示。

        2.2 隔熱驗(yàn)算結(jié)果比較分析

        2.2.1 保溫材料對(duì) θi,max值的影響

        外墻采用20mm水泥砂漿+200mm鋼筋混凝土+50mm保溫材料+20mm水泥砂漿,外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)取值0.7,考慮高層建筑外墻保溫材料的燃燒性能需要滿足A級(jí)要求,因此,本次計(jì)算選用以下三種熱工性能各不相同的保溫材料,東、西向外墻內(nèi)表面溫度θi,max值如表2所示。

        圖1 室外逐時(shí)溫度折線圖 (單位:℃)

        圖2 建筑標(biāo)準(zhǔn)層

        表2 三種保溫材料內(nèi)表面溫度

        從以上模擬計(jì)算結(jié)果可以看出:基于其他情況不變的條件下,改變保溫材料的類型,東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度各不相同,導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料隔熱性能更好,內(nèi)表面溫度更低。

        2.2.2 保溫材料厚度對(duì)θi,max值的影響

        外墻采用20mm水泥砂漿+200mm鋼筋混凝土+δ(mm)玻化微珠保溫砂漿+20mm水泥砂漿,外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)取值0.7,保溫材料采用不同的厚度,東、西向外墻內(nèi)表面溫度θi,max值如表3所示。

        從以上模擬計(jì)算結(jié)果可以看出:基于其他情況不變的條件下,改變保溫材料的厚度,東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度各不相同,保溫材料越厚,東、西外墻的隔熱性能更好,內(nèi)表面溫度更低。比較分析采用50mm厚的?;⒅楸厣皾{才能滿足空調(diào)房間東、西外墻的隔熱驗(yàn)算要求。

        2.2.3 保溫措施對(duì) θi,max值的影響

        分析三種復(fù)合墻體保溫措施的室內(nèi)溫度,假設(shè)墻體基層結(jié)構(gòu)為200mm厚鋼筋混凝土〔(λ=1.74W/(m·K),S=17.200W/(m2·K)〕,保溫材料為50mm厚?;⒅楸厣皾{〔(λ=0.07W/(m·K),S=1.200W/(m2·K)〕,ρ取值0.7,計(jì)算結(jié)果如表4。

        表3 保溫材料不同厚度內(nèi)表面溫度

        表4 三種墻體保溫措施內(nèi)表面溫度

        模擬計(jì)算結(jié)果表明:對(duì)于夏季的空調(diào)房間,同種材料,同樣厚度的墻體結(jié)構(gòu),保溫材料位置的不同,內(nèi)表面溫度最大值也是不同的,外保溫小于自保溫,自保溫小于內(nèi)保溫,由此可見(jiàn),內(nèi)保溫措施的隔熱效果要明顯劣于另外兩種保溫措施,外保溫措施效果最好,主要是由于外保溫能更有效更直接的阻止室外熱量傳入室內(nèi)。

        2.2.4 外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)對(duì)θi,max值的影響

        夏熱冬暖地區(qū)夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈,尤其是東、西側(cè)外墻和屋頂對(duì)室內(nèi)的舒適度和建筑能耗有巨大的影響,因此,研究分析太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)對(duì)建筑東、西向外墻的隔熱性能的影響,對(duì)提高室內(nèi)熱舒適性和建筑節(jié)能有重要的意義。

        外墻采用20mm水泥砂漿+200mm鋼筋混凝土+30mm玻化微珠保溫砂漿+20mm水泥砂漿,外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)取值ρ,計(jì)算結(jié)果如表5。

        表5 外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)不同內(nèi)表面溫度

        如表5所示,通過(guò)對(duì)建筑降低外墻太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)可以有效的減少因太陽(yáng)輻射導(dǎo)致傳入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量,有效的降低室內(nèi)內(nèi)表面溫度。因此,有越來(lái)越多的廠家研發(fā)了新型的外墻反射隔熱涂料,這些新型的熱反射涂料,既優(yōu)化了外墻隔熱性能,又美觀,且施工方便。

        3 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)佛山地區(qū)氣候條件下東、西外墻隔熱性能的各影響因素的計(jì)算分析得出:

        (1)佛山地區(qū)建筑西外墻高于東外墻內(nèi)表面溫度,在隔熱設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮西外墻的隔熱性能;

        (2)外墻采用導(dǎo)熱系數(shù)更小的保溫材料隔熱性能更好,同理,保溫材料越厚,外墻隔熱性能更好;

        (3)外墻的外保溫效果比自保溫效果好,自保溫隔熱性能比內(nèi)保溫隔熱性能更好;

        (4)太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)是影響外墻隔熱性能的重要因素之一,在建筑立面設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮采用淺色飾面或隔熱涂料。

        隨著市場(chǎng)對(duì)建筑節(jié)能和綠色環(huán)保設(shè)計(jì)要求的不斷提高,不斷地有新型的節(jié)能保溫材料和措施投入到設(shè)計(jì)施工中,綜合考慮外墻保溫材料熱工性能和保溫措施,對(duì)減少建筑能耗,提高室內(nèi)熱舒適性有著無(wú)可替代的顯著作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]DB/T50378-2014,綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014

        [2]GB50176-2016,民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2016

        [3]JGJ75-2012,夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[D].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012

        [4]陸耀慶,實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993

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