夏热冬冷地区墙体保温隔热措施分析

夏热冬冷地区墙体保温隔热措施分析

赵󰀁虎,吴伟伟

1

2

(1.河北保定欣达制冷空调工程有限公司,河北保定071007;

2.重庆大学,重庆400045)

󰀁󰀁󰀂摘󰀁要 󰀁

根据夏热冬冷地区的气候特点,指出了改善居住建筑围护结构热工性能的必要性。从传热

学原理的角度,阐述了围护结构保温与隔热的区别,并通过计算热工性能指标得出了外保温是适合夏热冬冷

地区的保温隔热构造形式;从施工应用和构造特点等方面对常用的三种保温形式进行了对比分析进而提出了提高围护结构保温隔热性能的建议。

󰀂关键词 󰀁居住建筑;󰀁围护结构;󰀁外保温;󰀁内保温

󰀂中图分类号 󰀁

TU111.1󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂文献标识码 󰀁A

(GB50176-93)对本地区的建筑热工设计要求是∀必须满足夏季防热的要求,适当兼顾冬季保温#。根据这一规定可知,围护结构隔热是这一地区建筑热工要求的重点。

围护结构隔热性能通常是指在夏季自然通风情况下,围护结构在室外综合温度和室内空气温度波动作用下,其内表面保持较低温度的能力。通常是针对夏季由室外向室内的非稳态传热过程而言,以24h为周期波动传热来考虑。其原理是升温隔热和反射隔热。∃民用建筑热工设计规范%对围护结构隔热设计的要求是以围护结构内表面的温度作为隔热效果的衡量指标。标准规定,围护结构内表面的温度要小于或等于夏季室外计算温度最高值。

保温性能是指在冬季条件下,围护结构阻止由室内向室外传热,从而使室内保持一定温度的能力。通常是按稳态传热来考虑。其评价指标是传热系数K值(或是热阻R)。K(R)值越大(小),说明其保温性能越差。由热阻的计算公式:

1󰀁12

++m&K/Wh1󰀂h2

可知,对于围护结构而言,如果保温材料及主体结构一定,无

R=

论采取怎样的保温构造形式,R值都是相同的,而隔热性能则不同。当保温材料布置顺序不同时,对内围护结构表面温度的影响是不同的。比如,当保温材料采用内保温构造时,在夏季较高的综合温度作用下,处于最外侧的主体结构材料为重质材料,蓄积了大量的热量,从而很容易使内表面温度上升较高,即隔热效果比较差。反之,当采用外保温构造时,最外层的轻质保温材料层蓄热能力差,温度很容易升得比较高,从而与接触的周围空气的温差拉大,增强了换热,衰减倍数大,隔热效果就会更好。根据我国的民用建筑热工设计规范,对重庆地区无保温、内保温、外保温的三种围护结构形式的热工性能指标做一对比分析(表1)。

󰀁󰀁我国建筑热工区划分为五个气候区域,其中夏热冬冷地区的范围,大体上是指长江中下游地区。这一地区人口密集,经济相对比较发达,但长期以来,居民室内自然居住环境条件恶劣。以重庆市为例,其气候特征是夏季闷热,日照强烈,静风率高。例如,太阳直射屋顶时屋顶表面温度可以达到60!以上,空气相对湿度可达到80%以上;冬季阴冷潮湿,日照严重不足,部分地区日照率仅为13%[1]。冬夏季总计天数达到半年以上,居民仅依靠冬季关闭门窗或夏季开窗自然通风远不能达到热舒适的要求。

在上世纪90年代以前,这一地区的居住室内热环境状况并未引起足够的重视,围护结构外墙普遍采用240mm厚实心黏土砖墙,屋顶则采用炉渣找坡屋面,只是满足了结构上的需要,基本未考虑到建筑热工的需求,冬夏季时室内居住热环境恶劣。随着人们生活水平的提高,家用空调器已经基本普及,致使采暖和空调能耗急剧上升。随着国家对围护结构热工性能的重视,各种材料和技术应用也越来越广泛。如果说围护结构保温材料产品的发展已相当成熟,那么在应用这些材料形成合理的节能构造方面还存在很多不足。

1󰀁围护结构保温与隔热的原理

围护结构能耗是建筑能耗中重要的部分。2003年的资料显示,我国的建筑能耗已占全国能耗总量的27.8%。还有数据显示,在建筑物的使用过程中,有近一半的能源消耗是由于围护结构不合理设置而间接造成的[2]。因此,提高围护结构的热工性能,不仅有助于改善居住热环境,提高热舒适性,还有助于降低建筑物的运行能耗。就墙体而言,提高其热工性能的途径有二条,一是选用单一材料外墙,采用满足节能设计要求的材料;二是采取复合材料墙体,即在主体外墙上增加保温材料;按照构造形式又可分为外保温,内保温,中间保温。由于单一材料墙体在合理的厚度范围内很难达到这一地区节能规范的要求,故节能住宅普遍采用复合墙体。不同于北方严寒和寒冷地区,夏热冬冷地区对围护结构保温隔热设计的要求相对来说比较高。民用建筑热工规范

󰀁󰀁[收稿日期]2008-08-07

[作者简介]赵虎(1978~),男,专科,助理工程师。

四川建筑󰀁第29卷3期󰀁2009.06

43

&建筑论坛与建筑设计&

表1󰀁

重庆地区南向墙体三种不同构造形式热工性能指标值

无保温内外20mm白灰抹面+240mm黏土砖

0.43.616.39.42.01.834.837.2

内保温内外20mm白

灰抹面+25mm聚苯乙烯

泡沫+240mm黏土砖

1.13.962.87.40.730.834.740.1

外保温内外20mm白灰

抹面+240mm黏土砖砌体25mm聚苯乙烯泡沫

1.13.974.79.42.01.834.736.7

料,空气是天然免费的良好保温材料,但是不能使之产生强烈的对流换热,否则也达不到设计的热工效果。此种形式的

中间保温应用很少。

2.3󰀁外保温

与前两种保温形式相比,外保温以其鲜明的特点获得了越来越广的发展前景。曾经被列为建设部∀建筑业推广应用的十项新技术#。在经济比较发达的地区,采用外保温构造的建筑占有的比重越来越大。其特点是:(1)基本上消除了热桥;(2)有利于保护基层墙体;(3)便于新建或既有建筑的节能改造;(4)更适合本地区建筑热工性能中对隔热的要求。

外保温对保温材料的耐候性提出了更高的要求,且对施工的质量要求比较高,关键问题是保证与基层墙体连接牢固,避免表面产生裂纹等等。不足之处在于相对其它形式的保温构造而言造价相对较高,如采用厚30mm,密度20kg/m3自熄型膨胀聚苯乙烯板(EPS)粘贴的方式工程造价大约为75元/m2(按外墙面积计),若分摊到单位建筑面积造价则这一成本基本是在30元/m2左右,对整个工程而言增加有限[3]。从建筑物的使用周期的运行能耗来讲,外保温构造完全可以弥补这一初始投资较高的缺陷。据统计,近年来,北京地区外保温也占据了50%以上。

综上所述,单就墙体而言,在夏热冬冷地区首先注重满足夏季隔热要求的前提下,从理论角度来讲,外保温构造形式更加适合这一地区的气候状况和热舒适的需求。

保温形式

围护结构构成

传热阻R0(m2K/W)热惰性指标 D围护结构衰减倍数围护结构延迟时间(h)室内空气到内表面的衰减倍数

室内空气到内表面的延迟时间(h)内表面平均温度(!)内表面最高温度(!)

注:󰀁󰀁∋所用材料的指标及相关气候参数均选自民用建筑热工规

范附表所示。其中砖砌体是采用轻砂浆砌筑黏土砖。(太阳辐射吸收系数为0.5,内外表面换热系数分别取为8.7W/(m2K),19.0W/(m2K)。

󰀁󰀁由计算结果可知,外保温构造时衰减倍数最大,内表面最高温度最低,在夏季高温状况下,此种构造形式可明显降

低因内壁面温度过高对人体造成的烘烤感,提高居住室内人体的热舒适度。

3󰀁保温隔热措施的建议

(1)住宅建筑的节能方法有很多,其目的是相同的,即用最小的经济成本来达到建筑物使用期内最优的效果。以国外和我国部分实施节能政策较好的城市的经验看来,若在确定了采取实体材料保温措施之后,外保温及倒置式屋面构造应是首选及发展方向。通过借鉴其它地区的经验和本地的实际情况,不能仅局限于目前的既得利益,即节能要有综合长期全局的观点。

(2)建筑物外墙及屋顶对室外温度的反应都是一样的,但受太阳辐射的影响却不同。尤其在夏热冬冷地区夏季太阳辐射强烈,西墙及屋顶的外表面温度能达到60!以上。因此加强住宅西墙和屋顶的保温尤其重要。不仅要有足够的隔热能力,同时保温材料的衰减系数要足够大,比如屋顶最好能够达到衰减时间为10h,西墙要达到8h。以最大化降低对室内热环境的影响。故较合理的保温方案是采取不均匀分布的原则以达到更好的效果。

2󰀁墙体保温的构造形式

2.1󰀁内保温

出于经济和施工便利方面的考虑,目前夏热冬冷地区多采用内保温构造这一形式。由于保温层施工在室内作业,不受气候影响,施工简单易行,同时造价比较低,如采用20mm厚复合硅酸盐保温砂浆时工程造价大约为35元/m2(按外墙面积计)。这一地区的内保温材料普遍采用抹保温砂浆,粘贴或挂装保温制品如聚苯乙烯等,其不足之处也是明显的:(1)从使用者的角度来讲,内保温构造占据了一定的室内面积,且不利于居民的二次装修。

(2)从传热学理论来讲,如前所述,内保温构造隔热效果比较差,且不能隔断热桥,在达到同样的热工性能的要求下,内保温层的厚度相对外保温而言要更厚些。由理论分析可知,对于临时需要使用的房间,则此种保温形式比较适合。2.2󰀁中间保温

中间保温可分为两种构造形式。鉴于目前框架结构的建筑越来越多,及实心黏土砖的禁用,砌块结构应用越来越普遍。节能建筑越来越多地采用在砌块内垂直热流方向填充保温材料,如岩棉、聚苯乙烯板、聚苯颗粒、膨胀珍珠岩、矿棉等。这样保温材料不单独占用使用面积,但会受梁,柱及砌块内空间的限制。会产生热桥且不能确保达到热工性能指标的要求。另外一种中间保温构造形式是在两片墙体中间,单独留出夹层来放置保温材料,可以达到所要求的保温效果且可以保护保温材料,但是最大的缺点是比较占用空间,施工繁琐,造价高。也有使用空气夹层作为保温隔热材

4󰀁结论

节能并非是简单的少用能源,如何提高能源利用效率才是节能的核心。性能良好的节能建筑应综合考虑多方面的影响因素,其中提高围护结构的热工性能是降低建筑能耗的重要手段,从隔热理论分析可知,采用外保温技术,建筑室内受到室外温度波动影响小,具有良好的节能效果和综合经济效益,而且明显改善了居住舒适性,更适合夏热冬冷地区居住建筑节能的要求。

(下转第47页)

44

四川建筑󰀁第29卷3期󰀁2009.06

&建筑论坛与建筑设计&

那么车停在哪里呢?因此可以按照住户的数量对车位进行一定比例的预留,现阶段把规划的预留车位作为园艺种植区,以极低的价格租给农民新村的业主。老人们会争先恐后的对具有明确归属的地块进行打理,这样既节约了物管的栽种成本,美化环境,又增加了农民新村里住户的交往空间。5.2󰀁建筑内部交往空间的设计

5.2.1󰀁院坝的设计转换)))结合楼梯、电梯口的交流空间设计

传统村落以小院为单位,一般居住着上下几代人,甚至兄弟姊妹一个大家族。每家每户的大门除了睡觉的时候是永远都不会关闭的,随时欢迎左右邻里亲戚熟人的来访。小院的院坝是村民日常交往的重要区域。

󰀁󰀁住宅的楼梯间、过道与电梯口是交通要道和必然的人际交往空间。居民之间的楼内来往除了比较正式的登门拜访以外,楼梯平台正是居民加强交往的空间。如果能在农民新村每层楼梯转角处和电梯口向外延伸出一个十几平方的公用露台,充分利用了

电梯前室的自然采

光,设置休憩椅,可以缓解村民从宽敞的院落迁居到新居工程中,室内室外空间的骤然缩小而导致的压抑感,并增加了邻里交往的机会(参见图1)。放学后,小孩在此聚会、一起完成家庭作业;不愿下楼的老人在此闲聊享受阳光和空气,避免老人产生沉闷和孤独感;妇女在此边看守小孩边织毛衣,或者剥剥豆子理理菜,此处就如传统院落的坝子一样,左邻右舍由陌生到熟识,大家闲时聚集在此,拉拉家常,一派和谐场景。楼梯,电梯口前的公用露台同院坝一样实现同等的交往功能。

5.2.2󰀁传统街巷的设计转换)))结合住宅的公共走廊

󰀁󰀁传统村落中街巷的设置是连接村落与外界的交通网,常常可以看到三三两两的村民边走边谈,或是坐在街巷边纳

[1]󰀁

图1󰀁电梯口的交流空间

图2󰀁楼盘曼哈顿的空中走廊(来源:楼盘曼哈顿的销图册)

凉。街巷在农村对外的交往中起着重要的作用。在农民新村的设计中将公共交往空间与住宅楼内的公共走廊紧密结合,在建筑内部努力营造传统∀街巷#的空间效果。比如成都的楼盘)))曼哈顿(参见图2),虽然它是一栋修建在市区的商品房,但是其关于强化住户交往设计方案可以为农民新

村借鉴。该楼盘每层

设置6m左右宽度的内置公共走廊并与数个开敞平台相结合,凉风送爽、光线充足,尺度适宜的内置公共走廊一年四季无论刮风下雨都是居民舒适纳凉的公共交往区域。用住宅公共走廊来表现传统村落街巷,激活更多的人际互动契机转化为农民新村居民主体的人际互动。

6󰀁结束语

以人为本,以农民为本,本文旨在探讨更适合于曾经在村落居住的农民拆迁后新居的环境,使农民们能够尽快适应新的生活环境。关于城市居住区交往空间已有较多的讨论,但是针对特定人群,特别是农民迁居工程)))农民新村的讨论却极为贫乏,希望本文能抛砖引玉,在城乡统筹发展的今天,多多关注农民的居住空间。

参考文献

王华.居住社区中的∀邻里交往#与∀空间环境#分析[J].居住建筑与居住文化,2004(3):46-48.

[2]󰀁孔磊.居住区交往空间探讨[J].山西建筑,2007(10):29-30.

[3]󰀁马丘比丘宪章[M].陈占祥,译.北京:中国建筑工业出版社,

1980.

[4]󰀁罗守贵.城市化过程中乡村的价值及其保护[J].城市,2003

(2):31-33.

(上接第44页)

参考文献

[1]󰀁付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工

业出版社,2002.

[2]󰀁崔浩,朱红慧.夏热冬冷地区住宅建筑外墙保温隔热技术的应

用及相关材料的比选[J].建筑施工,2002(4).[3]󰀁GB50716-93民用建筑热工设计规范[S].

[4]󰀁杨善勤外保温墙体保温隔热性能的优势[J].建设科技,2004

(13).

[5]󰀁冯雅,刘才丰.重庆地区住宅建筑节能热工设计几个问题探讨

[J].重庆建筑,2001(1).

四川建筑󰀁第29卷3期󰀁2009.06

47