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1、住宅建筑围护结构保温性能的确定分析摘要：根据北京地区实际的住宅建筑方案，针对当地冬、夏季不同的室外气象条件,采用建筑热环境模拟软件DeST,讣算分析了房间耗热量和耗热量指标随住宅外围护结构保温状况的变化。通过分析比较，初步确定满足冬、夏季住宅节能要求的外围护结构保温性能。关键词：住宅建筑外围护结构耗热量指标耗冷量指标1刖弓在节能住宅的设计中，围护结构的保温状况是影响住宅冬、夏季能耗指标的重要因素。我国现行的民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）从降低冬季采暖能耗的角度，详细规定了北方各采暖地区住宅围护结构构件传热系数的上限值1,但这些限值主要是根据冬季的室外气象参数确定的，并没有考虑当地夏季
2、室外气象条件的变化特点。而对于某些采暖地区（如北京），其室外气象条件的特点是冬季寒冷和夏季炎热。此外，作为影响住宅热状况的另一个重要外扰，太阳辐射对各个朝向的作用乂是有所差别的。因此，为了以最少的投入获得最好的保温效果，应同时考虑室外气象条件变化的动态性和方向性对住宅围护结构保温性能的不同要求，合理地确定住宅外墙及屋面的保温性能。住宅节能的主要U的是在满足人体热舒适的基础上，尽可能地降低机械系统的使用能耗。因此，本文以北京地区实际的住宅建筑作为研究对象，采用建筑热环境模拟分析软件DeST,分析住宅建筑外墙和屋面保温性能的变化对房间冬季耗热量指标和夏季（6、7、8月）耗冷量指标的影响，并初步确定
3、同时满足冬、夏季住宅节能要求的外围护结构的保温性能。2研究方法及工具采用计算模拟分析的方法。相比于实验研究，这种方法可以方便有效地研究不同住宅建筑方案在各种内扰和外扰作用下的室内热状况特性（室温和负荷）。模拟分析的工具是清华大学空调教研组经过20年时间研究开发的DeST软件。该软件对建筑热过程模拟的可靠性已通过傅里叶变换方法，在不同建筑物结构和不同室内外热扰状况下得到了验证。因此，在建筑描述、室外气象条件、室内热扰量及室温设定值定的情况下，可通过DeST模拟分析。住宅耗热量指标和耗冷量指标的全年逐时变化情况。3研究对象建筑形式研究对象为普通的5层居民住宅楼，其标准层的平面布局见图1所示。为了简
4、化问题，选取取底层、中间层（3层）和顶层的中间段及东、西端头的南、北向房间，分析它们的耗热量和耗冷量指标的变化。这些房间的功能均为卧室，房间的朝向分别为南向、北向、东南向、东北向、西南向和西北向。16500图1研究对象的标准层平面围护结构圉护结构材料的选择应保证它们的传热系数不超过新节能标准中所规定的相应限值。各部分围护结构构件的具体构造及其传热系数见表1所列。表1围护结构构件及其传热系数（W/edK）构件具体构造传热系数外墙加气磴300mmo内墙栓隔墙140mm,内、外各抹20mm的屋顶石灰砂浆加气磴保温屋面，防水珍珠岩保温100mm,钢肋磴150mm,内、外抹灰楼板分别为15mm和20mm
5、楼地钢肋栓150mm,上下抹灰均匀为20外门mnio外窗磴保温楼地，碎石40mm,聚苯保温150mm,内抹灰20mm。单层阳台木制外门单层塑钢外窗，尺寸120mnix1500mm,5mm平板玻璃。构件具体构造传热系数外墙内墙屋顶楼板楼地外门外窗加气栓300mmo栓隔墙140mm,内、外各抹20mm的石灰砂浆加气栓保温屋面，防水珍珠岩保温100mm,钢肋栓150mm,内、外抹灰分别为15mm和20mm钢肋栓150mm,上下抹灰均匀为20mm。栓保温楼地，碎石40mm,聚苯保温150mm,内抹灰20mm。单层阳台木制外门单层塑钢外窗，尺寸120mmX1500mm,5mm平板玻璃。室内热扰量住宅卧式
6、内热源（照明灯具、家用电器及人体）的平均散热状况见表2所列。这是通过对100户住宅内热源散热状况的调查数据统计整理得出。表2住宅卧室内热源的逐时散热状况内热源人员总数或功率运行模式人员2人0：008：00：100%,8：0012：00及15：0019：00：18%,13：0014：00：60%,20：00：25%,21：00：40%,22：00：50%,23：00：60%。照明灯具45W0：00：20%,1：0018：00：3%,19：00：20%,20：00：30%,21：00：40%,22：0023：00：50%o家用电器110W0：00：20%,1：0018：00：3%,19：00：55
7、%,20：0022：00：80%,23：00：40%o内热源人员总数或功率运行模式人员2人0：008：00：100%,8：0012：00及15：0019：00：18%,13：0014：00：60%,20：00：25%,21：00：40%,22：00：50%,23：00：60%照明灯具45W0：00：20%,1：0018：00：3%,19：00：20%,20：00：30%,21：00：40%,22：0023：00：50%。家用电器110W0：00：20%,1：0018：00：3%,19：00：55%,20：0022：00：80%,23：00：40%室外气象的条件全年逐时的外温和太阳辐射值可通过气
8、象数据随机生成软件Medpha得出，它们能够代表北京地区室外气象条件历年变化的平均状况。另一方面，为了更真实地反映住宅热过程的实际变化，在模拟讣算中还考虑了南向阳台底板对太阳直射遮挡所导致的南外墙和南外窗所实际接受太阳辐射的变化，以及冬季由于门窗缝隙的渗透所导致室内外次的通风换气和夏季的夜间通风。室温的设定值冬季的室温设定值为16C,夏季为28Co4冬季耗热量分析冬季室外气象条件的特点是外温总是低于室温，从而使得室内热量向室外散失，而太阳辐射对降低房间冬季耗热量乂总是有利的因素。因此，失热与得热这两者对住宅冬季能耗的影响是相反的。首先，图2表示出对于本文的研究对象，在不改变围护结构保温性能的基
9、本状况下，不同楼层、不同朝向房间的耗热量指标。图2基本状况下的房间耗热量指标不同朝向房间的耗热量指标相差较大。其中南向房间的耗热量指标最低，并已达到节能标准所规定的要求，北向房间稍偏高，而东北、西北、东南及西南房间则明显增加。这是山于南向房间所接受的太阳辐射热较大而外墙面积乂较小;而对于东北、西北、东南及西南向房间，外墙表面积的加大同时，导致了房间所接受太阳辐射热和室内向室外散热的增加，而太阳辐射热增加的幅度要小于室内室外散热的增加幅度，因此，房间的冬季耗热量指标增加。而不同楼层房间相比较，底层、中间层和顶层对应房间的耗热量指标则相差较小，这说明通过屋面向室外散失的热量与所接受的太阳辐射热基本
10、相等。因此，住宅房间冬季耗热量指标的大小主要与房间外围护结构的朝向及其面积大小有关。为了进一步分析住宅外围护士结构不同朝向及不同面积大小的保温效果，图3表示出各个朝向外墙及屋面单独保温（30mm厚的聚苯板）后，对应于各自的基本状况，顶层各房间耗热量指标的相对变化幅度。其中正号表示耗热量指标减少，负号表示耗热量指标增加。RoW图3不同朝向外用结构的保温效果比较各个房间相比较，南向房间耗热量指标降低的幅度均比对应的北向房间低。因此,南向外墙单独保温的效果不如北外墙的好。而同一房间的不同外墙相比较,东、西向及北向外墙单独保温后房间耗热量指标降低的幅度基本相符，这说明这三个朝向外墙单独保温的效果基本一
11、致。并且这些双朝向房间的所有外墙保温后，其耗热量指标降低的幅度接近30%,要好于北外墙的单独保温效果。而对于屋面保温，顶层房间的耗热量指标反而增加。分析图2和图3可看出，外墙保温效果与房间耗热量指标的变化趋势相同，即房间的耗热量指标越大，外墙保温后的效果越明显。而对于屋面，山于太阳辐射对室内热状况的影响较大，增加其保温性能反而会增加房间的耗热量。因此，住宅建筑屋面的保温性能存在一个临界值。根据上述的分析，住宅建筑外围护结构保温性能的确定，也应根据其朝向及面积小大采用不均匀分布的原则。对于本文的研究对象。山于东、西向及北向外墙的保温效果基本一致而且比南向外墙及屋面的保温效果好；另一方面，东北、西
12、北、东南及西南向房间的耗热量指标要高于北向房间的耗热量指标，而南向房间的则已满足节能标准的要求。因此，除北墙外，应着重加强东、西外墙的保温,而对南墙和屋面不采取保温措施。表3具体列出了均匀和不均匀保温方案的保温状况及保温材料的总消耗量。表4列出了在两种不同的保温方案下，顶层各房间的耗热量指标以及各房间对应于南向房间的相对耗热量指标。表3均匀和不均匀方案的围护结构保温材料(聚苯板)的厚度(mm)及总消耗量(m3)东向保温材料西向保温材料南向保温材料北向保温材料总消耗量均匀保温方案30303030不均匀保温方案8080020表4均匀和不均匀方案下顶层房间的耗热量指标(w/n?)及相对耗热量()保温
13、方案房间朝向总和南向北向东南西南东北西北耗热量指标(w/nr)均匀114不均匀110相对耗热量指标均匀不均匀(%)5夏季耗冷量北京夏季室外气象条件的特点是白天的外温高于室温，太阳辐射强烈，从而导致热量山室外向室内传递：而夜间外温则基本处在较舒适的温度范围内。鉴于室外气象条件的特点，住户一般白天拉窗帘，夜间开窗通风，因此，在模拟住宅夏季热状况时，应考虑夜间通风，本文设定夜间通风的换气次数为4次。类似于耗热量指标的分析，图4给出在基本状况下，对象不同楼层、不同朝向房间的耗冷量指标。图5表示出各个朝向外墙及屋面单独保温（30mm厚的聚苯板）后，对应于各自的基本状况，顶层各房间耗冷量指标的相对变化幅度
14、。4OM2OIO0IO|Offiggil乐廨M西窗东北化图4基本状况下的房间耗冷量指标图5不同朝向外围护结构的保温效果很明显，顶层房间的耗冷量指标要远大于中间层和底层的房间，而不同朝向的耗冷量指标的差异则很小，但房间耗冷量指标随朝向的变化趋势与耗热量指标相似。南向房间的耗冷量指标最小，东北、西北、东南及西南向房间的耗冷量指标则较大，北向房间的介于其中。山于太阳辐射对住宅夏季热状况是非常不利的因素，而南外墙山于南向阳台底板对太阳直射的遮挡作用，使得其接受的太阳辐射热最少；东、西向外墙的夏季太阳辐射得热最高，北向介于其中。因此，外圉护结构接受太阳辐射热的增加相应会提高对其保温性能的要求，故满足冬、
15、夏季住宅节能所要求的外墙保温性能相同。这与图5所示的结果基本一致。不同房间相比较，东外墙和西外墙的保温效果最明显。而同一房间相比较，各房间均是屋面保温后，耗冷量指标降低的幅度要远远大于其它外墙，这是山于屋面所接受的太阳辐射热构成了顶层房间夏季得热的主要部分。因此，与冬季状况不同的是为了满足夏季的住宅节能，应加大顶层房间屋面的保温热阻值。图5还表明外墙保温后，部分房间的耗冷量指标反而有所增加。这是山于围护结构保温性能的增加不利于夜间室内向室外散发热量。因此，应加大室内、外的夜间通风换气，以充分利用室外的低温环境降低室温而达到减少能耗的LI的。图6表示在相同的保温状况下，分别对应于不同的夜间通风条件，顶层各房间夏季耗冷量指标相对于基本状况的变化幅度。605040煎孚)豊艺斛东南mrmk北北向叵K衣迥豎A次电问典呵oO.i020.J0.4OS06前他麻fS(wWK)图6不同夜间通风状况下
