魏香玉　陳永良　陳宇紅　王麗　衛(wèi)松

摘 要：采用仿真研究方法，研究嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)的建筑物用能強(qiáng)度控制技術(shù)和室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技術(shù)的關(guān)聯(lián)特征。研究發(fā)現(xiàn)，增加建筑物單層面積可以有效提升該控制能力，且證實(shí)北方地區(qū)可以在同等建筑物用能強(qiáng)度控制需求下使用全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，有效增加建筑物套內(nèi)面積占比。

關(guān)鍵詞：用能強(qiáng)度;室內(nèi)環(huán)境;套內(nèi)面積;墻體隔熱能力;窗體隔熱能力

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）04-0146-03

Abstract： With the method of simulation， the correlative characteristics of building energy intensity control technology and indoor environment construction technology in cold regions are studied. The study found that increasing the single floor area of the building can effectively improve the control ability， and confirmed that the northern region can use the full glass curtain wall structure under the same building energy intensity control demand， which can effectively increase the proportion of the built-in area.

Key words：? energy intensity; indoor environment; interior area; wall heat insulation capacity; window heat insulation capacity

中國(guó)北方地區(qū)每年存在數(shù)十天時(shí)間最高氣溫在-10℃以下，平均氣溫在-18℃以下，此時(shí)建筑物的保暖工作用能強(qiáng)度指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)直接關(guān)系到建筑物的宜居性。而室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技術(shù)是該用能強(qiáng)度指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的核心實(shí)現(xiàn)路徑。

根據(jù)住建部及其他相關(guān)部門(mén)的具體要求，冬季居室供暖溫度需要保障室溫在18℃以上，即室內(nèi)外溫差需要達(dá)到30℃。此時(shí)除布局集中供能水暖系統(tǒng)外，還應(yīng)加強(qiáng)建筑物的隔熱保溫性能，此時(shí)增加墻體厚度、增加隔熱夾層、使用多層中空玻璃等室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技術(shù)，確保建筑物的供熱用能受到有效控制。

該研究對(duì)不同形式建筑隔熱技術(shù)條件下的建筑用能強(qiáng)度指標(biāo)變化特征進(jìn)行分析，尋找最大建筑物套內(nèi)面積率的建筑物用能強(qiáng)度控制方案。

1 墻體結(jié)構(gòu)與套內(nèi)面積率

北方低溫地區(qū)的建筑物，外墻部分使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的隔熱墻體，而內(nèi)墻的承重墻結(jié)構(gòu)和非承重墻結(jié)構(gòu)與南方非低溫地區(qū)的墻體結(jié)構(gòu)基本一致。而建筑物的室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技術(shù)受到墻體厚度的影響，特別對(duì)其套內(nèi)面積占比的控制目標(biāo)是其重要技術(shù)目標(biāo)。受到早期粘土治磚技術(shù)的影響，多參照標(biāo)磚尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，標(biāo)磚尺寸為240 mm×120 mm×60 mm，即單磚墻厚度120 mm，雙磚墻厚度240 mm，附屬保溫措施為聚苯烯板（標(biāo)準(zhǔn)厚度80 mm），發(fā)泡水泥涂層（標(biāo)準(zhǔn)厚度50 mm），普通砂漿涂層（標(biāo)準(zhǔn)厚度20 mm）。所以，該地區(qū)保溫墻體的常見(jiàn)構(gòu)造如表1所示。

由表1可知，發(fā)現(xiàn)建筑物保溫外墻的厚度在470～710 mm，考察4種常見(jiàn)建筑物平面，分別為雙通道一梯三戶(hù)結(jié)構(gòu)下的12 m×55 m結(jié)構(gòu)，建筑面積660 m2，三通道一梯兩戶(hù)結(jié)構(gòu)下的11 m×72 m結(jié)構(gòu)，建筑面積792 m2，商業(yè)房結(jié)構(gòu)下的9 m×35 m結(jié)構(gòu)，建筑面積315 m2，商業(yè)主樓結(jié)構(gòu)下的25 m×45 m結(jié)構(gòu)，建筑面積1 125 m2。所以，該地區(qū)常見(jiàn)建筑物平面條件下的建筑面積與套內(nèi)面積的分布情況如表2所示。

表2中，相同墻體厚度條件下，單層建筑面積越大，套內(nèi)面積率越高，當(dāng)單層建筑面積達(dá)到1125 m2時(shí)，建筑套內(nèi)面積率達(dá)到91.2%～94.1%。但此套內(nèi)面積并不包括建筑物內(nèi)墻，內(nèi)承重墻一般采用厚度240 mm的雙磚墻，非承重墻一般采用厚度120 mm的單磚墻。

2 不同溫差下墻體結(jié)構(gòu)與保溫窗結(jié)構(gòu)對(duì)用能強(qiáng) 度的影響

建筑物用能強(qiáng)度的工程學(xué)意義為每平方米建筑面積的供熱能耗，北方地區(qū)的冬季供熱一般采用蒸汽熱能，蒸汽熱能一般來(lái)自火電廠(chǎng)鍋爐余熱，可以折算為W/m2的用能強(qiáng)度。所以后續(xù)研究在A(yíng)NSYS仿真環(huán)境下對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造使用的隔熱結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物用能強(qiáng)度的影響。

2.1 墻體結(jié)構(gòu)影響

研究前文表1及表2中的4種隔熱墻，分析不同溫差條件下的保溫墻結(jié)構(gòu)在不同溫差條件下的用能強(qiáng)度特征曲線(xiàn)，如圖1所示。

圖1中，更厚的墻體結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物在不同室內(nèi)外溫差條件下的用能強(qiáng)度指標(biāo)特征曲線(xiàn)有直接影響，其中，室內(nèi)外20℃溫差條件下，用能強(qiáng)度最大值和最小值為3.5 W/m2和11.3 W/m2，差值為7.8 W/m2，墻體厚度最大的雙磚雙夾層墻用能強(qiáng)度為單磚雙夾層墻的31.0%，室內(nèi)外35℃溫差條件下，用能強(qiáng)度最大值和最小值為9.8 W/m2和25.1 W/m2，差值為15.3 W/m2，墻體厚度最大的雙磚雙夾層墻用能強(qiáng)度為單磚雙夾層墻的39.0%。

2.2 保溫窗結(jié)構(gòu)

北方地區(qū)的常見(jiàn)保溫窗結(jié)構(gòu)主要為2層夾膠鋼化玻璃中間構(gòu)筑8～10 mm厚的真空隔熱層，該結(jié)構(gòu)可以避免保溫窗內(nèi)外的熱交換，但無(wú)法避免熱輻射過(guò)程。所以，該研究?jī)H研究一種最常見(jiàn)保溫窗結(jié)構(gòu)，即兩層夾膠鋼化玻璃層厚度均為12 mm，中間真空層厚度為10 mm。該保溫窗在不同室內(nèi)外溫差條件下對(duì)用能強(qiáng)度的影響特征曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2中，室內(nèi)外溫差20℃條件下用能強(qiáng)度指標(biāo)為4.9 W/m2，室內(nèi)外溫差35℃條件下用能強(qiáng)度指標(biāo)約為12.4 W/m2，將該圖數(shù)據(jù)與前文圖1數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該保溫窗結(jié)構(gòu)的保溫效果略低于厚度710 mm的雙磚雙夾層墻體，但較其他形式保溫墻體的保溫性能更強(qiáng)。所以，以往受制于建筑物保溫技術(shù)在北方地區(qū)通過(guò)增加外立面墻體結(jié)構(gòu)面積占比且壓縮窗口面積占比的方式已經(jīng)存在足夠的技術(shù)積累，使用保溫窗雙層夾膠鋼化玻璃作為玻璃幕墻的全幕墻結(jié)構(gòu)建筑可以在北方地區(qū)實(shí)現(xiàn)大溫差條件下的建筑物用能強(qiáng)度控制。

3 低用能強(qiáng)度需求下的建筑物室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技 術(shù)策略

綜合上述分析，與南方地區(qū)常用的240 mm外墻和大規(guī)模使用的玻璃幕墻相比，北方建筑物保溫墻體厚度470～710 mm的技術(shù)條件，會(huì)嚴(yán)重影響建筑物套內(nèi)面積率，影響建筑物室內(nèi)環(huán)境，且影響建筑物的宜居性。而該研究發(fā)現(xiàn)基于雙層夾膠鋼化玻璃真空結(jié)構(gòu)幕墻對(duì)用能強(qiáng)度的影響能力僅次于厚度710 mm的雙磚雙夾層結(jié)構(gòu)墻體，但強(qiáng)于厚度630 mm的雙磚單夾層結(jié)構(gòu)墻體。所以，該研究提供了兩個(gè)室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造技術(shù)導(dǎo)向：

（1）北方低溫地區(qū)可以使用全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻除使用厚度更大的夾膠鋼化玻璃，減少玻璃幕墻真空層的氣壓，使用鍍膜技術(shù)增加玻璃幕墻對(duì)室內(nèi)來(lái)源的紅外線(xiàn)和遠(yuǎn)紅外線(xiàn)的反射率，增加幕墻對(duì)室外來(lái)源的光線(xiàn)透過(guò)率。此時(shí)可以進(jìn)一步增加全玻璃幕墻的保溫性能，有效控制建筑物的用能強(qiáng)度。

（2）增加單層建筑面積可以提升建筑物套內(nèi)面積占比。如果建筑物墻體厚度不能被有效控制，那么，根據(jù)前文仿真分析，建筑物外墻占用面積呈線(xiàn)性關(guān)系增加，而建筑物建筑面積和套內(nèi)面積呈二次方關(guān)系增加，此時(shí)增加建筑物單層面積，可以有效提升建筑物套內(nèi)面積占比，建議建筑物單層面積超過(guò)1 000 m2時(shí)，可以得到更高的經(jīng)濟(jì)性。

4 總結(jié)

該技術(shù)體系對(duì)建筑物室內(nèi)環(huán)境的營(yíng)造路徑，包括對(duì)建筑物墻體壓占面積的控制技術(shù)和不同結(jié)構(gòu)的建筑物外墻條件在不同室內(nèi)外溫差條件下的保溫能力及其對(duì)建筑物用能強(qiáng)度的控制能力。增加建筑物單層面積可以有效提升該控制能力，且證實(shí)北方地區(qū)可以在同等建筑物用能強(qiáng)度控制需求下使用全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，有效增加建筑物套內(nèi)面積占比。

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