地區建筑隔熱性能優化范文

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《南海學刊》2017年第4期

［摘要］為了提出適宜南海地區島礁氣候條件的建筑隔熱設計，采用建筑能耗軟件計算了空調能耗和室內環境參數，分別針對屋頂和外墻兩個建筑隔熱重點部位進行多種構造形式的對比分析。結果表明:雙層通風屋頂結合采用絕熱材料的夾心外墻隔熱構造具有顯著隔熱和節能優勢。給出屋頂和外墻適宜的構造做法。

［關鍵詞］熱濕氣候;建筑隔熱;屋頂;外墻

0引言

21世紀是海洋的世紀，是未來新能源開發的主陣地。南海地區是我國海洋開發的前沿，該地區的建設工作對于未來的海洋開發具有重要的戰略意義。南海地區比我國大陸上的夏熱冬暖地區更低緯度，太陽輻射更強，氣候受太陽赤緯運行規律影響顯著［1］，其年均氣溫及相對濕度都顯著高于夏熱冬暖地區，且高溫高濕持續時間長［2］。因此其氣候特征與我國大陸夏熱冬暖地區氣候迥異。我國現有建筑熱工分區主要考慮我國陸地領土，而沒有涉及海洋中島礁的建筑熱工設計，因此沒有給出廣闊的南海海域島礁上建筑的熱工設計規范［3］，目前普遍的做法是借鑒夏熱冬暖地區的隔熱和節能設計方法。綜上所述，南海地區嚴酷的氣候條件給南海島礁上的建筑隔熱以及節能設計提出了更高需求。本文針對南海島礁上建筑的隔熱設計，分別從屋頂和外墻兩方面進行優化研究，以期為未來島礁建設提供思路和借鑒。

1屋頂隔熱優化

屋頂隔熱是建筑隔熱設計的核心問題［4-5］。南海地區接近赤道，太陽高度角大，輻射強烈，屋頂的隔熱性能對建筑整體隔熱性能影響更為重要，特別是對于島礁上的多層建筑。

1.1建筑概況

島礁上雨水多，為便于排水，同時為增加室內空間，且為體現海南傳統民居特點，提出了3種不同的坡屋面設計:1)單層坡屋面;2)封閉空氣層的坡屋面;3)雙層通風坡屋面，如圖1所示。建筑共二層，南北朝向，總建筑面積590.4m2，坡屋面與二樓空間直連。屋面采用EPS加強隔熱性能，屋面總熱阻為1.92(m2•K)/W，空氣間層厚度1200mm。3個模型立面開窗狀況與遮陽措施均相同，僅屋面構造不同。

1.2模擬分析

模擬主要采用EnergyPlus(E+)軟件。由于缺少可直接用于E+軟件模擬的南海地區氣象參數，而國內與此相近的海南島的氣候又與其相差較大，因此采用了與研究地區同緯度且氣候條件相似的菲律賓首都馬尼拉的氣象數據文件。模擬的時間選取當地全年室外平均溫度最高的兩個月，即從4月1日—5月31日。為研究屋頂的熱工性能，模擬了無空調工況下屋面內表面的逐日溫度值、室內的逐日空氣平均溫度值和外壁面溫度值，其結果如圖2、圖3所示。很顯然，通風雙層屋頂的內壁面溫度和室內氣溫都是最低的，并且這兩個溫度值顯著低于單層屋面和帶封閉空氣間層的屋面的對應溫度，表明通風屋頂的隔熱效果顯著優于單層屋頂和帶封閉空氣間層的屋面，更有利于降低建筑空調能耗。

2外墻的隔熱優化

外墻是建筑隔熱的另一個重要環節，增加外墻熱阻可提高外墻隔熱性能，但熱阻不可能無限增大，而且熱阻過大不利室內的熱量釋放，因此如何選取最佳熱阻成為外墻隔熱設計的難點。目前技術條件下，采用獨立設置隔熱層是有效方法，在南海地區，因為臺風大且多，外置隔熱層容易被臺風破壞，不宜采用;而內置隔熱層因為不便于內部設備安裝，因此夾心隔熱層是南海地區較多采用的方式。為得到合適的夾心隔熱外墻構造，搞清外墻實體層和夾心層和空調能耗以及室內氣溫的關系，分別針對單設實體隔熱層、隔熱材料夾心隔熱層和空氣夾心隔熱層3種構造方式來進行空調能耗模擬分析。3種外墻構造如圖4所示。采用E+進行能耗模擬時，室內空調設計溫度為26℃;空調系統為E+軟件內置的理想空調設備模型(IdealLoadsAirSystem);因為南海地區持續高溫，空調每日運行24h。其他室內人員密度、內熱源強度等按住宅建筑常規設置。實體隔熱外墻模擬中，外墻主體采用加氣混凝土，計算了厚度從20mm厚漸變到400mm加氣混凝土外墻的空調能耗和室內溫度變化情況，每次遞增20mm厚;空氣夾心構造中，承重墻體厚度由前述模擬結果確定，空氣層厚度從10mm個厚漸變到100mm，每次遞增10mm厚。材料夾心構造的承重墻體厚度和空氣隔熱構造相同，隔熱材料選用EPS，厚度從10mm厚漸變到100mm厚度，每次遞增10mm厚度;被模擬建筑如圖1所示。模擬時間選擇了當地最熱日(4月22日)進行，空調能耗量為當日的單位建筑面積均值。室內氣溫是自然通風下的計算結果，為二層南向中間房間的溫度值。

3結論

我國南海地區氣候特征與我國大陸上的夏熱冬暖地區氣候迥異，為了提出適宜南海地區島礁氣候條件的建筑隔熱設計，針對隔熱的重點部位的屋頂和外墻，通過模擬計算空調能耗和室內環境參數，以此評價多種構造的隔熱效果。對于屋頂，對比分析了單層隔熱屋面、雙層封閉空氣間層和雙層通風屋頂;對外墻，對比了實體隔熱外墻、空氣夾心隔熱構造和EPS夾心隔熱構造。分析表明:雙層通風屋頂結合絕熱材料的夾心外墻隔熱構造具有顯著的隔熱和節能優勢，最后給出了屋頂和外墻適宜的構造方案，以期為南海島礁建筑隔熱設計提供借鑒。

［參考文獻］

［1］楊彩福，焦新龍，彭燦．熱帶輻合帶與南海氣候［J］．海洋通報，2003，22(3):83-87

［2］楊彩福．南沙海區的氣候特點［J］．廣東氣象，1991，(2):30-32

［3］中國建筑科學研究院．民用建筑熱工設計規范GB50176—2016［S］．北京:中國建筑工業出版社，2017

［4］劉加平．建筑物理［M］．4版．北京:中國建筑工業出版社，2010

［5］華南工學院亞熱帶建筑研究室．建筑防熱設計［M］．北京:中國建筑工業出版社，1978

作者：劉大龍；趙輝輝；劉向梅；劉加平 單位：西安建筑科技大學