夏熱冬暖地區(qū)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱構(gòu)造技術(shù)及其效果評(píng)價(jià)

1、夏熱冬暖地區(qū)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱構(gòu)造技術(shù)及其效果評(píng)價(jià)一、夏季建筑熱環(huán)境狀況 根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范GB50176-93,夏季防熱要求的重點(diǎn)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能好壞的主要指標(biāo)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，即在房間自然通風(fēng)情況下，建筑的屋頂和東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度，應(yīng)滿(mǎn)足下式要求1： i.maxte.max 按此規(guī)定，我國(guó)炎熱地區(qū)主要城市夏季氣候參數(shù)的計(jì)算見(jiàn)表1： 表1 炎熱地區(qū)主要城市的夏季氣象參數(shù) 地區(qū) 夏熱冬暖地區(qū) 夏熱冬冷地區(qū) 廣州 ?？?廈門(mén) 福州 百色 漳州 湛江 南寧 上海 長(zhǎng)沙 重慶 南京 te.max() 356 363 355 372 376 371 355 3

2、67 361 379 389 371 （%） 83 83 81 78 79 80 85 82 83 75 75 81 IH(W/m2)日總量 7318     7565       7462 7569 7726   7781 注：te.max為夏季室外計(jì)算溫度最高值； （%）為夏季室外平均相對(duì)濕度； IH(W/m2)為夏季水平方向太陽(yáng)輻射照度日總量。   由上表可知，夏熱冬暖和夏熱冬冷典型地區(qū)的夏季室外計(jì)算溫度最高值均在35以上。 夏熱冬暖地區(qū)的熱濕特點(diǎn)：夏熱時(shí)間長(zhǎng)，高溫高濕氣候持久，大部分地區(qū)每年從5月上旬至10月中旬近半

3、年時(shí)間溫度超過(guò)25，相對(duì)濕度在60%以上，城市居民普遍在這一區(qū)間使用空調(diào)。 人體熱反應(yīng)認(rèn)為2：圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的最高值如果不超過(guò)人體皮膚平均溫度，約33-35較為合理，高于此值，人們將感受到明顯的熱輻射，尤其在36以上，身體的熱感極其明顯。 因此，該地區(qū)居民和辦公建筑等無(wú)不不惜耗費(fèi)大量電能借助空調(diào)降溫。 空調(diào)狀況：目前為止，該區(qū)建筑設(shè)計(jì)已完全按照有空調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，商品住宅的空調(diào)安裝比率近100%。 城市供電：至1999年12月底，廣東省電網(wǎng)的總裝機(jī)容量達(dá)到3033.37萬(wàn) KW,居全國(guó)各省市（區(qū)）之首。但2000年6月5日上午全省電力負(fù)荷創(chuàng)歷史最高記錄，高達(dá)1417萬(wàn)KW，供電系統(tǒng)缺額130

4、萬(wàn)KW，迫不得已對(duì)20個(gè)市采取限電措施4。另一方面，空調(diào)房間內(nèi)被稱(chēng)為空氣維生素的負(fù)離子濃度減少，引起失眠、易怒和精神緊張等癥狀，稱(chēng)為“空調(diào)病”2。 夏熱冬暖地區(qū)夏季室內(nèi)熱環(huán)境不容樂(lè)觀，對(duì)其改善已不僅是解決熱舒適問(wèn)題，更重要的是保護(hù)身體健康和保證正常的工作和學(xué)習(xí)效率。二夏季建筑熱環(huán)境較差的主要原因 夏熱冬暖地區(qū)夏季熱環(huán)境較差，首先是氣候條件所至；其次是通風(fēng)方案不當(dāng)，對(duì)于不用空調(diào)的住宅，以持續(xù)自然通風(fēng)為降溫主措施，效果不盡如人意；其三是圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能不良。夏熱冬暖地區(qū)外墻普遍采用180mm厚墻3，因造價(jià)限制，大多數(shù)的外墻是采用紅磚或灰砂磚，其熱阻值如表2。架空通風(fēng)屋面雖有一定的隔熱效果，到炎熱夏

5、天，其內(nèi)表面最高溫度仍高達(dá)39左右；窗戶(hù)是隔熱的薄弱環(huán)節(jié)3，空調(diào)能耗有一半是通過(guò)窗戶(hù)和陽(yáng)臺(tái)門(mén)的得熱引起的，目前廣泛使用的單層窗的隔熱性能和氣密性都很差，熱阻值見(jiàn)表3，此外，近年來(lái)，建筑物窗戶(hù)面積有增大趨勢(shì)。   表2 180mm墻熱阻比較 墻型 紅磚 加氣磚墻 陶粒磚墻 灰砂磚墻 多孔磚墻 辦法規(guī)定2A級(jí)磚墻 熱阻值 m2·K/W 04 099 058 034 049 0.45 傳熱系數(shù) W/(m2·K) 25 101 172 294 204 2.2 表3 窗戶(hù)熱阻和傳熱系數(shù) 窗型 鋼、鋁 塑料 辦法規(guī)定2A級(jí)窗 單層 單框雙玻 雙層 單層 單框雙玻 雙層 熱阻值

6、 m2·K/W 0.16 0.260.28 0.33 0.21 0.370.40 0.43 0.22 傳熱系數(shù) W/(m2·K) 6.25 3.573.85 3.03 4.76 2.52.7 2.33 4.5 三、建筑節(jié)能構(gòu)造及施工 住宅設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50096-1999和廣州市住宅設(shè)計(jì)試行規(guī)范規(guī)定：夏熱冬暖地區(qū)住宅建筑的屋頂和西向外墻應(yīng)采取隔熱措施，西朝向的外窗宜做遮陽(yáng)處理，但均未對(duì)隔熱措施做具體規(guī)定，令設(shè)計(jì)人員難以操作實(shí)施。我們對(duì)該地區(qū)墻體、屋面及窗的隔熱處理做了如下嘗試： 1屋面隔熱 采用20mm厚聚苯乙烯泡沫板作為屋面隔熱層，聚苯乙烯泡沫板重量輕，隔熱與防水效果均好

7、，具體措施詳見(jiàn)圖一、二。2外墻隔熱 外墻隔熱做內(nèi)隔熱，采用400x400隔熱棉及鋁箔空氣間層為隔熱層，鋁箔質(zhì)輕且隔熱效果好，對(duì)發(fā)展輕型墻體很有意義。具體措施詳見(jiàn)圖一。 3窗隔熱 采用單框雙層玻璃鋁合金窗，外層玻璃為淺綠色吸熱玻璃，窗扇平開(kāi)式，起兜風(fēng)作用，內(nèi)層為低輻射玻璃，推拉式保證室內(nèi)使用方便（發(fā)明專(zhuān)利號(hào)：00237895.7）。該窗能有效阻擋60%的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)。 墻體及屋面的部分施工步驟見(jiàn)如下圖.四、建筑熱環(huán)境質(zhì)量實(shí)測(cè) 為了掌握夏熱冬暖地區(qū)在高溫高濕的典型天氣下，有、無(wú)隔熱措施的室內(nèi)熱狀況，選取6月間連續(xù)陰雨天氣進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)?、6月是廣州降水最集中、暴雨最多的時(shí)段，相對(duì)濕度最大，亦是

8、夏季最炎熱的初端。被測(cè)試的隔熱房間采用上述隔熱措施。 1測(cè)試時(shí)間：2000年6月9日9：30至6月11日18:30連續(xù)57個(gè)小時(shí)。 2測(cè)試對(duì)象：廣州華南理工大學(xué)東區(qū)教工住宅區(qū)一棟九層住宅，該住宅一梯兩戶(hù)，前后樓間距約0.7H, 住宅現(xiàn)場(chǎng)周?chē)辞謇淼^(qū)內(nèi)綠化狀況較好，周?chē)鷺?shù)木僅能遮擋到五層，六層以上無(wú)遮擋。本次被測(cè)對(duì)象為該樓九層兩個(gè)東（無(wú)隔熱）、西（有隔熱）對(duì)稱(chēng)的房間，尚無(wú)人居住，視野開(kāi)闊。測(cè)點(diǎn)布置平面圖詳見(jiàn)圖3。 3測(cè)試儀器 1) 數(shù)字溫度計(jì)（WMY01） 用于測(cè)量室內(nèi)外空氣溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度。 2) 二等水銀溫度計(jì)    用于校驗(yàn)數(shù)字溫度計(jì)。  

9、 4測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試有、無(wú)隔熱措施的兩個(gè)東、西對(duì)稱(chēng)房間的空氣溫度、墻棚內(nèi)表面溫度、室外空氣溫度等；測(cè)試期間，7：3020：30每隔一小時(shí)記錄一次；20：306：30每隔兩小時(shí)記錄一次。 五、測(cè)試結(jié)果分析 1 有、無(wú)隔熱措施的兩房間及其對(duì)應(yīng)部位的溫度對(duì)比分析 取6月9日16：30至6月10日16：30測(cè)試數(shù)據(jù)繪制如下曲線(xiàn)圖：圖四表明，同等條件下，同一時(shí)間隔熱房間空氣溫度均明顯比非隔熱房間空氣溫度低，二者溫度變化規(guī)律基本相同且前者溫度變化曲線(xiàn)較后者平緩。夏熱冬暖地區(qū)炎熱的主要原因之一是太陽(yáng)輻射熱大且其又使空氣溫度升高,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱的設(shè)計(jì)使得白天由室外傳向室內(nèi)的熱量減小,同時(shí)室內(nèi)溫度波幅亦減小。由于

10、測(cè)試日為陰雨天氣,故圖中隔熱房間空氣溫度波幅變化及延遲時(shí)間較非隔熱房間不甚明顯，二者空氣溫度最高值分別為30.1和31.5均出現(xiàn)在15:30，滯后室外1小時(shí)。隔熱房間的空氣溫度平均值為29.2，非隔熱房間的空氣溫度平均值為30.6，相差1.4，隔熱效果明顯。若為晴天,圖中室外氣溫高于室內(nèi)氣溫的時(shí)間段應(yīng)更長(zhǎng)且溫差更大,隔熱房間溫度曲線(xiàn)較非隔熱房間應(yīng)更平緩,溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)滯后于非隔熱房間且兩房間溫差更大。   圖五表明，根據(jù)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面受到的日曬時(shí)數(shù)和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,水平面最大,故屋頂隔熱極為重要.依據(jù)測(cè)試對(duì)象屋頂構(gòu)造圖,采用了聚苯乙烯泡沫板作為隔熱材料,其上再加一層配筋的細(xì)石混凝

11、土,既加大了屋面強(qiáng)度又提高其防水性,如此,在波動(dòng)的熱作用下,當(dāng)溫度諧波傳經(jīng)至此,波幅減小,增加了屋面熱穩(wěn)定性,同時(shí)五角磚的鋪設(shè),形成一層封閉空氣間層,亦提高了屋頂?shù)母魺嵝阅?。從圖上可以看出,有隔熱措施的頂棚內(nèi)表面溫度均小于非隔熱房間，其溫度平均值為29.57，非隔熱房間其溫度平均值為30.38，相差0.81。 圖六表明，由圖所示，有隔熱措施的西墻墻體內(nèi)表面溫度均小于無(wú)隔熱措施的東墻內(nèi)表面溫度，從而減小了其因輻射和對(duì)流傳熱提高室內(nèi)溫度的作用，亦減小對(duì)人體輻射的影響。因在陰雨天氣測(cè)試，日照時(shí)間短，輻射強(qiáng)度小，故隔熱效果較晴天不甚明顯。從圖上可以看出,隔熱房間墻體內(nèi)表面溫度平均值為29.34，非隔熱

12、房間其溫度平均值為30.34，相差1.02,隔熱效果較明顯。因無(wú)太陽(yáng)直射,二者溫度變化曲線(xiàn)相似,滯后時(shí)間不明顯。 綜上所述 ，有、無(wú)隔熱措施的兩房間溫度差異見(jiàn)表4： 表4 測(cè)試結(jié)果對(duì)比 對(duì)比內(nèi)容 平均值 峰值 室內(nèi)溫度 墻體溫度 頂棚溫度 室內(nèi)溫度 墻體溫度 頂棚溫度 隔熱房間 （關(guān)窗） 292 2934 2957 301 305 3073 非隔熱房間 （關(guān)門(mén)窗） 306 3036 3038 315 312 313 差值 14 102 081 14 07 057   2節(jié)能分析 有、無(wú)隔熱措施的房間，熱工計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表5、表6： 表5 屋面熱工參數(shù) 隔熱屋面 非隔熱屋面  

13、  厚度 (m) 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·K) 熱阻值 (m2·K/w)   厚度 (m) 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·K) 熱阻值 (m2·K/W) 外表面     0043 外表面     0043 水泥沙漿 002 093 0022 水泥沙漿 002 093 0022 防水聚胺脂油膏 00015     五 角 磚 沙漿 002 093 0022 空氣 間層 003   015 水泥沙漿 0.02 0.93 0.022 水泥沙漿 0.02 0.93 0.022 細(xì)石混凝土

14、內(nèi)配筋 006 128 0047 現(xiàn)澆鋼筋 混凝土板 010 174 0057 聚苯乙烯泡沫板 002 0042 0476 水泥沙漿 002 093 0022 五角磚 沙漿 002 093 0022 內(nèi)表面     0115 空氣間層 003   015 水泥沙漿 002 093 0022         現(xiàn)澆鋼筋混凝土板 010 174 0057         水泥沙漿 002 093 0022         內(nèi)表面   

15、0; 0115         總計(jì) 1003 0997 總計(jì) 2326 043   表6 墻體熱工參數(shù) 隔熱墻體 非隔熱墻體     厚度 (m) 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·K) 熱阻值 (m2·K/w)   厚度 (m) 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·K) 熱阻值 (m2·K/w) 外表面     0043 外表面     0043 石膏板 001 033 0030 水泥沙漿 002 093 0022 鋁箔空氣層 001   022 灰砂

16、磚 018 11 0164 隔熱棉（400x400） 004 0032 125 水泥沙漿 002 093 0022 水泥沙漿 002 093 0022 內(nèi)表面     0115 灰砂磚 018 11 0164         水泥沙漿 002 093 0022         內(nèi)表面     0115         總計(jì) 0649 154 總計(jì) 274 0365 依據(jù)商品住宅性能認(rèn)定管理辦法（簡(jiǎn)稱(chēng)辦法），該隔熱房間和非隔熱房間滿(mǎn)足夏熱冬暖地區(qū)3 A標(biāo)準(zhǔn)的情況如表7。 表7 熱物性參數(shù) 構(gòu)件 熱