張小靜

（廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計院，廣西 南寧 530005）

2019年我國能源消費(fèi)總量為48.75億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中建筑全過程能耗總量為22.33億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)總量的45.8%[1]。由此可見，建筑節(jié)能對降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要。2022年4月1日起開始實(shí)施強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（以下簡稱“新規(guī)范”）意味著我國的節(jié)能減排工作進(jìn)入一個嶄新的發(fā)展階段。根據(jù)該規(guī)范，新建居住建筑的平均設(shè)計能耗水平要在2016年執(zhí)行的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上降低30%[2]，即夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)的居住建筑平均節(jié)能率需達(dá)到65%，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率提高10%～20%。

本文基于南寧市某實(shí)際住宅建筑建立計算模型，研究建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力，并結(jié)合GB 55015—2021中各項技術(shù)指標(biāo)，給出滿足要求的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造做法，并分析這些構(gòu)造做法在廣西不同氣候區(qū)域的適用性。

1 廣西居住建筑常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料調(diào)查與分析

為確定本次研究的典型居住建筑模型和重點(diǎn)研究因素，首先對廣西近年來50個住宅項目進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，包括低層、多層及高層住宅，工程地點(diǎn)涵蓋南寧、柳州、北海等多個城市，調(diào)研結(jié)果顯示，廣西居住建筑常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料為：屋面采用正置式或倒置式保溫屋面，保溫材料以擠塑聚苯板為主，常用厚度在30～40 mm；外墻砌體材料主要采用加氣混凝土砌塊和燒結(jié)頁巖多孔磚，并采用以內(nèi)保溫為主的保溫方式，保溫材料以單獨(dú)采用無機(jī)保溫砂漿，或采用建筑反射隔熱涂料與無機(jī)保溫膩?zhàn)拥慕M合形式為主，其中，單獨(dú)采用無機(jī)保溫砂漿時，常用厚度在20～30 mm，采用建筑反射隔熱涂料與無機(jī)保溫膩?zhàn)拥慕M合形式時，無機(jī)保溫膩?zhàn)拥暮穸葹? mm或5 mm；外窗基本上采用普通鋁合金雙層中空玻璃，部分外窗外側(cè)玻璃采用了Low-E玻璃，但并不普遍，極少數(shù)建筑采用了導(dǎo)熱系數(shù)小的斷熱型鋁合金窗框。

2 研究對象

基于調(diào)研結(jié)果，確定了本次研究的典型居住建筑模型，該模型為南寧市某棟32層兩梯四戶住宅樓，南北朝向，建筑面積12 970 m2，體形系數(shù)0.39，平均窗墻比0.22，東西向主衛(wèi)外窗采用活動外遮陽，建筑遮陽系數(shù)0.8，遮陽設(shè)施應(yīng)用面積62.5 m2，占所有外窗面積的2%，如圖1所示。主要材料熱工參數(shù)見表1和表2。計算機(jī)模擬分別選取南寧、柳州、桂林作為廣西夏熱冬暖B區(qū)、夏熱冬暖A區(qū)及夏熱冬冷B區(qū)的代表城市，模擬分析工具采用清華斯維爾節(jié)能計算軟件（BECS 2023版）。

圖1 典型建筑模型示意

表1 屋面和外墻材料熱工參數(shù)

表2 外窗熱工參數(shù)

3 影響因素

本研究的重點(diǎn)是滿足新規(guī)范要求的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，確定以下幾種常用材料作為模擬計算的影響因素：加氣混凝土砌塊（B07級和B05級）、燒結(jié)頁巖空心磚（雖然調(diào)研結(jié)果顯示采用燒結(jié)頁巖多孔磚的項目較多，但考慮到燒結(jié)頁巖多孔磚的導(dǎo)熱系數(shù)較大，故將其替換為燒結(jié)頁巖磚中熱工性能較優(yōu)的燒結(jié)頁巖空心磚）、無機(jī)保溫膩?zhàn)?、無機(jī)保溫砂漿（內(nèi)保溫）；外窗方面則將外窗類型和窗墻比作為考察的因素。計算機(jī)模擬均在保持屋面、遮陽等其他構(gòu)造做法不變的情況下，通過調(diào)整上述一種因素或同時調(diào)整多種因素，計算各變量對能耗的影響。

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 夏熱冬暖B區(qū)

4.1.1 材料選型分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，非隔熱金屬型材搭配普通中空玻璃的傳熱系數(shù)為4.0 W/（m2·K），搭配Low-E中空玻璃的傳熱系數(shù)為3.2 W/（m2·K），而GB 55015—2021規(guī)定外窗傳熱系數(shù)不得降低，必須滿足規(guī)定性指標(biāo)要求，即便在夏熱冬暖B區(qū)，對外窗傳熱系數(shù)的最低要求為≤3.5 W/（m2·K），因此本次模擬均采用較普通中空玻璃熱工性能更優(yōu)的Low-E中空玻璃。夏熱冬暖B區(qū)幾種方案的模擬計算結(jié)果見表3。

表3 夏熱冬暖B區(qū)模擬計算結(jié)果

4.1.2 模擬結(jié)果分析

（1）對比方案1和方案2可知：無機(jī)保溫砂漿與無機(jī)保溫膩?zhàn)拥墓?jié)能效果基本相同，主要是因為模擬采用的無機(jī)保溫砂漿和無機(jī)保溫膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)相同，蓄熱系數(shù)略有不同。

（2）對比方案2和方案3可知：當(dāng)將所有外窗均更換為斷熱鋁合金型材時，外墻相應(yīng)地可減少5mm厚無機(jī)保溫膩?zhàn)?，即在夏熱冬暖B區(qū)，外窗型材由普通鋁合金更換為斷熱鋁合金，對建筑整體熱工性能的提升有一定貢獻(xiàn)。

（3）對比方案3～方案5可知：平均窗墻比為0.22時，外墻需采用總厚度為30mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)?無機(jī)保溫砂漿的組合才能通過權(quán)衡判斷；對比方案6～方案9可知：平均窗墻比為0.19時，無機(jī)保溫膩?zhàn)?無機(jī)保溫砂漿組合的總厚度達(dá)到27 mm，即可通過權(quán)衡判斷；進(jìn)一步對比方案5和方案6可知，外窗總面積減少約10%基本等同于3mm厚無機(jī)保溫膩?zhàn)拥墓?jié)能效果，即在夏熱冬暖B區(qū)減小外窗面積能夠一定程度上降低建筑能耗。

（4）本次研究還模擬了外墻砌體材料為B05級加氣混凝土砌塊和燒結(jié)頁巖空心磚的方案，由于篇幅有限，未列于表3中，結(jié)果顯示：在其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造均相同的情況下，將B07級加氣混凝土砌塊改為B05級加氣混凝土砌塊，無機(jī)保溫膩?zhàn)?無機(jī)保溫砂漿組合的總厚度可減小7～8 mm；改為燒結(jié)頁巖空心磚，總厚度則需增加6～8mm。

4.1.3 區(qū)域適宜性小結(jié)

在夏熱冬暖B區(qū)，正南北朝向的典型居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計可參考以下方案：

（1）屋面：采用80mm厚的絕熱擠塑聚苯乙烯板。

（2）外墻：①采用B05級加氣混凝土砌塊，并輔以總厚度在20～27 mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合；②采用B07級加氣混凝土砌塊，并輔以總厚度在27～35 mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合。

（3）外窗：①窗墻比≤0.35時（東西向除外）采用外窗Ⅰ，東西向及其他采用外窗Ⅱ；②全部采用外窗Ⅱ。

（4）活動外遮陽：東西向無平板遮陽的外窗采用建筑遮陽系數(shù)≤0.8的活動外遮陽。

4.2 夏熱冬暖A區(qū)

4.2.1 材料選型分析

考慮到夏熱冬暖A區(qū)對外窗傳熱系數(shù)要求較夏熱冬暖B區(qū)有所提高，因此夏熱冬暖A區(qū)均采用斷熱鋁合金型材，模擬結(jié)果如表4所示。

4.2.2 模擬結(jié)果分析

（1）由表4可以看出，南向外墻保溫層的厚度普遍比其他朝向大，這主要是因為模擬建筑為南北朝向，南向外窗最多，使得南向外窗線性熱橋的長度最長，也就是說在各朝向外墻平壁傳熱系數(shù)相同的情況下，南向外墻的平均傳熱系數(shù)最大，而夏熱冬暖A區(qū)居住建筑進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能權(quán)衡判斷的外墻傳熱系數(shù)門檻值與規(guī)定性指標(biāo)要求的限值相同，是不得降低的，故為達(dá)到權(quán)衡判斷的門檻要求，需適當(dāng)增加南向外墻的保溫層厚度。

（2）對比平均窗墻比為0.22和0.19的方案：當(dāng)外窗總面積減少約10%時，各朝向外墻的無機(jī)保溫砂漿厚度均可適當(dāng)減小，此結(jié)果與夏熱冬暖B區(qū)類似，即減小外窗面積能夠一定程度上降低建筑能耗。

（3）在其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造均相同的情況下，將B07級加氣混凝土砌塊改為B05級加氣混凝土砌塊，南向無機(jī)保溫膩?zhàn)?無機(jī)保溫砂漿組合的總厚度可減少12～15 mm，北/東/西向無機(jī)保溫膩?zhàn)?無機(jī)保溫砂漿組合的總厚度可減少6～7 mm；改為燒結(jié)頁巖空心磚，南向總厚度需增加10～13 mm，北/東/西向總厚度需增加5～8mm。

表4 夏熱冬暖A區(qū)模擬計算結(jié)果

4.2.3 區(qū)域適宜性小結(jié)

在夏熱冬暖A區(qū)，正南北朝向的典型居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計可參考以下方案：

（1）屋面：采用80mm厚的絕熱擠塑聚苯乙烯板。

（2）外墻：①采用B05級加氣混凝土砌塊，并輔以總厚度（10±2）mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合；②采用B07級加氣混凝土砌塊，并且南向輔以總厚度20～27mm、北/東/西向輔以總厚度15～17mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合；③采用燒結(jié)頁巖空心磚，并且南向輔以總厚度30～40 mm、北/東/西向輔以總厚度20～25 mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合。

（3）外窗：①窗墻比≤0.35時采用外窗Ⅱ，其他采用外窗Ⅲ；②全部采用外窗Ⅲ。

（4）活動外遮陽：東西向無平板遮陽的外窗采用建筑遮陽系數(shù)≤0.8的活動外遮陽。

4.3 夏熱冬冷B區(qū)

4.3.1 材料選型分析

材料選型原則同夏熱冬暖B區(qū)，模擬結(jié)果如表5所示。

表5 夏熱冬冷B區(qū)模擬計算結(jié)果

4.3.2 模擬結(jié)果分析

由表5可以看出，相比夏熱冬暖地區(qū)而言，夏熱冬冷B區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計要滿足GB 55015—2021新規(guī)范的要求需增加外墻保溫材料的厚度。

（1）對比方案18和方案19：當(dāng)所有外窗均采用外窗Ⅲ時，外墻僅可減少1 mm保溫材料的厚度，對建筑整體熱工性能的提升貢獻(xiàn)不大，且此時外墻保溫層總厚度為45mm，施工上存在一定的難度。

（2）對比方案18和方案20：當(dāng)通過調(diào)整窗墻比，將外窗總面積減少約10%時，無機(jī)保溫砂漿的厚度可以降低13 mm，此時可滿足施工要求，可見在夏熱冬冷B區(qū)，減小外窗面積能夠較有效降低建筑能耗。

（3）當(dāng)外墻砌體材料采用燒結(jié)頁巖空心磚時，無機(jī)保溫砂漿的厚度已無法滿足施工要求，即在夏熱冬冷B區(qū)，居住建筑外墻砌體應(yīng)優(yōu)先選擇熱工性能好的加氣混凝土砌塊。

4.3.3 區(qū)域適宜性小結(jié)

在夏熱冬暖A區(qū)，正南北朝向的典型居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計可參考以下方案：

（1）屋面：采用80 mm厚的絕熱擠塑聚苯乙烯板。

（2）外墻：采用B05級或B07級加氣混凝土砌塊，并輔以總厚度約33 mm的無機(jī)保溫砂漿或無機(jī)保溫膩?zhàn)优c無機(jī)保溫砂漿的組合。

（3）外窗：①窗墻面積比≤0.40時采用外窗Ⅱ，其他采用外窗Ⅲ；②全部采用外窗Ⅲ。

（4）窗墻比：合理控制窗墻比，滿足采光、通風(fēng)、日照等基本功能前提下盡量減小外窗面積，本方案中的平均窗墻比宜≤0.19。

（5）活動外遮陽：東西向無平板遮陽的外窗采用建筑遮陽系數(shù)≤0.8的活動外遮陽。

5 結(jié)語

通過調(diào)查分析和軟件模擬計算研究，分別得到適宜廣西夏熱冬暖B區(qū)、夏熱冬暖A區(qū)及夏熱冬冷B區(qū)典型居住建筑節(jié)能設(shè)計的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造基本做法，為新規(guī)范在廣西的實(shí)施和應(yīng)用提供參考。