复合节能墙体保温性能分析

复合节能墙体保温性能分析摘要建筑复合墙体保温设计除了满足夏季白天具有良好的隔热性（衰减值较大，延迟时间长）、夜间散热快之外，还要求冬季具有良好的保温功能；同时，还应了解建筑所在地空调运行方式以及自然通风与室外热作用之间的相互关系。减少采暖能耗，主要可通过提高复合节能墙体保温性能来减少热损失。对于大型公共建筑来讲，特别是内部发热量大的写字楼和商场，增加墙体保温性能应对冬季和夏季的效果综合考虑，采取综合的隔热保温措施和节能设备系统，创造出良好的室内热湿环境，解决既有建筑的墙体保温形式给室内人体造成的不舒适感。关键词复合墙体保温节能热舒适0引言建筑墙体对室内热环境的影响，从传热机理分析，主要是通过内表面温度体现的，如内表面温度太低，不仅对人体产生冷辐射，影响到人的健康，而且如果温度低于室内露点温度，还会在其内表面结露，使墙体受潮，严重影响室内热环境，并降低墙体的耐久性。在稳定传热条件下，内表面温度取决于室内外温度和墙体的热阻R0。因此，要维持室内的热舒适要求，应当合理地计算出墙体的总热阻，确定墙体保温隔热材料。利用合理的保温方式，使墙体内表面温度接近于室内温度。复合节能墙体热工设计的主要内容，就是改善建筑热环境，减弱室外热作用对墙体的影响。从而降低采暖系统或空调系统对整个建筑系统的供热或供冷能耗。夏季使室外热量尽量少传入室内，而且希望室内热量在夜间室外温度下降后能很快的散发出去，以免室内过热。冬季要求复合墙体有良好的保温特性，防止冷风渗入。对于内部发热量大的商场等综合性建筑，复合节能墙体技术对于达到室内热平衡的要求还存在一定的问题，应考虑综合因素，节约能耗。1墙体的传热过程建筑墙体受到室内外热作用，不断有热量通过墙体传进或传出。在冬季室内温度高于室外温度，热量由室内传向室外；夏季则正好相反，热量主要由室外传向室内。建筑热过程为室外综合温度作用下的稳态传热。夏季白天墙体受到太阳辐射被加热升温，向室内传递热量，夜间墙体散热，即存在建筑墙体内、外表面日夜交替变化方向传热，以及在自然通风条件下对墙体双向温度波作用。冬季基本上是以通过墙体向室外传递热量为主的热过程。在墙体的传热过程中主要有以下三种基本传热方式墙体外表面或内表面与周围空气间的对流传热。墙体表面与周围空气温差较大，对流换热量就较大，对流换热过程所交换的热量与空气和墙体表面温差成正比，即/IEQDCQATQC对流换热强度，W/；C对流换热系数，W/；A围护结构的表面温度，；围护结构周围空气温度，。T在墙体内部传热过程简单地认为是一种固体的导热。固体导热遵循傅里叶导热基本定律，在单位时间内，通过单位截面积的导热量与温度梯度成正比，其比例系数叫做材料的热导率，对于单层基金项目沈阳市科技局基金项目（1071211100），国家建设部科技攻关项目（05K326）作者简介张雪研（1984），女，硕士研究生，主要从事相变储能和新能源利用等方面的研究均质平壁在一维稳定传热时的传热量为/IEQDD材料层（平壁）的厚度，M、平壁内、外表面温度，K或；IE墙体表面与周围其他表面间的辐射传热及两表面间的辐射传热量，主要取决于表面温度，墙体材料发射和吸收辐射的能力及表面的相对位置。2复合节能墙体的保温形式复合节能墙体是由两种以上的新型墙材组成或由绝热材料（保温，隔热材料）与某些新型墙材复合而成。绝热材料系指对热流具有显著阻抗作用的材料，在建筑上常用的有岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、膨胀蛀石、加气混凝土等。从绝热材料在墙体中的位置与建筑关系上划分，这类墙体可分为外保温、内保温和中间保温（不常用）三种形式。12410M石膏板2钢筋混凝土35聚氨酯泡沫4专用饰面水泥砂浆201500613801501饱和蒸气压线水蒸气压线A外保温墙体构造示意图B蒸气压变化曲线C温度变化曲线201500613801501饱和蒸气压线水蒸气压线B蒸气压变化曲线C温度变化曲线1234510M石膏板2聚氨酯泡沫3空气层4钢筋混凝土5专用饰面水泥砂浆B内保温墙体构造示意图493内外内外21外保温复合节能墙体将绝热材料复合在建筑外墙的外侧，并覆盖以保护层（钢丝网水泥板、GRC板或砖等），是建筑物的整个外表面（除门窗洞口）都被保温层覆盖，从而具有很好的保温隔热性能。这种复合墙体的主要组成部分有外保护层、绝热材料层、墙体结构层三部分。如图（A）。A外保护层其作用是保护保温隔热材料不受外力破坏和不受雨、雪等的侵蚀，保证其发挥优良的热工性能，一般可用钢丝网水泥、纤维水泥、饰面砖等制作。B绝热材料层是节能墙体保温隔热功能的主要部分，可采用高效绝热材料，如岩棉、泡沫塑料等，也可采用加气混凝土、膨胀珍珠岩制品等材料。其厚度依节能墙体热工系数要求而定。C墙体结构层既是外围护结构的承重受力部分，有能阻止室内水蒸气向外渗透到绝热材料中，从而影响热工性能，其结构强度必须符合力学性能要求。22内保温复合节能墙体绝热材料复合在建筑物外墙内侧，以石膏板、人造纤维板、饰面砌块等材料作为内保护层，绝热材料厚度也是依墙体热工系数要求而定。这类墙体的组成部分主要有墙体结构层、空气层、保温隔热材料层、内覆面保护层。如图（B）。A墙体结构层是外围护结构的受力墙体部分，可以是承重空心砖外墙，现浇或预制混凝土外墙、內浇外砌或砖混结构外墙。B空气层主要作用是切断液态水分的毛细渗透，防止保温材料受潮，而且可以增加热阻，提高墙体保温隔热性能。C绝热材料层是节能墙体的主要功能部分，所用材料可在上述材料中选用。D覆面保护层其作用是防止保温层受破坏，同时也阻止室内水蒸气侵入保温层，常用石膏板、各种空心砖及饰面砌块等。3内、外保温复合节能墙体特点对比分析由于受保温材料和施工技术、造价等因素的制约，过去绿色建筑墙体保温隔热一般采用内保温或中间保温隔热技术。保温隔热理论技术是建立在房间采暖、空调以及自然通风条件基础上的建筑热过程。从隔热原理看，墙体夏季隔热基本理论是利用墙体在太阳辐射条件下升温隔热和反射隔热两种基本方式。采用内保温隔热措施，夏季在太阳辐射情况下，墙体主体部分普遍加热，使建筑蓄存不需要的大量热量。因此，应强化墙体的隔热，尤其是外墙外表面层的隔热、保温，提倡采用外保温隔热技术，将室外热作用尽可能地在墙体外表面与建筑外部环境之间转化。下图是对复合节能墙体内保温和外保温的对比分析。12410M石膏板2钢筋混凝土35聚氨酯泡沫4专用饰面水泥砂浆201500613801501饱和蒸气压线水蒸气压线A外保温墙体曲线示意图蒸气压变化曲线2温度变化曲线201500613801501饱和蒸气压线水蒸气压线蒸气压变化曲线2温度变化曲线1234510M石膏板2聚氨酯泡沫3空气层4钢筋混凝土5专用饰面水泥砂浆B内保温墙体曲线示意图493如图，可见外保温复合节能墙体的两条蒸气压曲线无交叉部分，故此构造无结露现象；而对于内保温复合节能墙体来说，水蒸气压曲线超出饱和蒸气压曲线部分出现露点；距内墙表面419MM以外出现结露现象。而且，内侧绝热保温方式不能隔断梁、横墙与柱子在墙体中形成的“热桥”，因而不可能保证全面的绝热效果。在大多数寒冷地区与所有的严寒地区，内保温复合节能墙体不可能单纯通过增加绝热层的厚度达到更高的节能要求。所以，现在建筑墙体节能中大多数应用外保温复合节能墙体。外保温复合节能墙体热工性能计算结果如下热阻为1775K/W；传热系数为056W/K热惰性指标为202；内表面蓄热系数为1190W/K外表面蓄热系数为205W/K。由于外保温墙体的蓄热能力较强，可随室温变化而蓄热，散热，从而起到调节的作用。这类节能墙体可广泛在南、北方的住宅和办公建筑应用，对改善热环境十分有利，特别用于旧房节能改造显示其优越性。在寒冷地区采用外保温复合节能墙体在节能效果方面与其他类型的墙体相比有着明显的优点。目前正在大力开发外隔热保温新型复合节能墙体材料和外隔热保温材料这一技术，使建筑室内受室外温度波动影响小，且有利于保护主体结构、避免热（冷）桥的产生，在节能改造上有许多优点，具有很好的应用前景。内保温复合墙体虽然容易出现结露现象，但它可以有效阻止热量损失。其广泛应用于不持续加温的建筑中能够节省能耗。即在单靠空调系统取暖的建筑中，当住户不在家时空调就会被关闭。冬季，通过门窗和其他开放处都会散失热空气，室内温度就会降低，由此墙体也会变凉。当住户回到家中开启热源后，他不仅需要给室内空气加热，还必须给整个建筑体加热，才能达到预期的内墙以及室内温度。因此，如果建筑做了墙体内保温，打开空调时只需对室内空气进行加热，而不是墙体，那么肯定能够节约能源消耗。4外保温复合节能墙体在实际工程中的应用某高级写字楼的经营情况良好，业主考虑美化外立面的同时，增强大楼的保温效果，投资近千万元在原有外墙面外加贴了一层100MM厚的聚氨酯发泡保温铝板，当年冬季客户普遍反映感到暖和了，实际采暖能耗也较往年有所降低，但进入夏季，一些客户反映偏热，工程部人员对冷机电耗和冷机开启时间与往年同期进行对照后，发现反而有所增加。41结果分析阻碍室内产热的排放建筑墙体保温是降低围护结构负荷的有效措施之一，同时是我国多年来推动建筑节能的工作重点。对北方地区的住宅而言，保温确实可起到节能作用，但公共建筑特别是内部发热量大的大型公共建筑则不同。保温对建筑负荷的影响是双向作用的，冬季以及夏季白天，外保温复合节能墙体可减少室内外传热，降低空调负荷，而夏季夜间室外温度迅速降低，墙体外保温作用导致房间积累的热量散失速度变慢，这时外保温的增强就起到了负面影响，阻碍室内产热的排放，相当于增加了室内热扰，导致负荷增大（针对外窗不能开启的建筑）。过渡季由于室外温度低于室温的时间比夏季多，复合节能墙体外保温的不利影响更加明显。夏季影响人体的热舒适性热舒适问题是建筑学科最早研究的课题之一，目前是建筑环境与设备工程学科的重要研究方向。人的健康及工作效率很大程度上决定于房间内的热舒适状况，同时热舒适问题对选择房间的围护结构、供暖系统、通风和空气调节的选择具有决定作用。在物理参数方面，空气温度、气流速度、空气湿度和围护结构平均辐射温度被普遍认为是四个主要影响因素。高温、高湿对人体的热平衡有不利的影响，因为在高温时，人体主要依靠蒸发散热来维持热平衡，此时相对湿度的增高，将妨碍汗液的蒸发。就人的感觉而言，当温度过高、湿度大尤其是风速小时人感到“闷热”；当温度高、湿度小时人感到“干热”。风速对改善人们的热环境也有重要作用，气流可以促进人体散热，增进人体的舒适感，因此，可通过空调系统引进新风，增加了空调系统的能耗。但当气温高于人体皮肤温度时，空气的流动只会使人从外界环境吸收更多的热量，甚至对人体产生不良影响。增加了空调的运行能耗减少空调使用时间和运行能耗，是节能的重要内容。对于本例的写字楼来讲，综合考虑整个夏季的影响，增加复合墙体外保温后冷负荷增大了。对其空调能耗进行计算，应用墙体外保温后标准层空调季冷负荷比改造前增加了8，采暖季热负荷比改造前减少了4。这就是说，改造后总负荷反而大大增加，考虑大厦使用的冷量价格比热量价格高的多，保温改造后费用势必会增加，没有达到节能的效果。因此，对于大型公共建筑来讲，特别是内部发热量大的写字楼和商场，运用复合节能墙体外保温技术，并不能够达到节能的目的。增加外保温应对冬季和夏季的效果进行综合考虑。尽量减少增加墙体保温可能带来的不利影响。5展望建筑节能一直是国家节能的重点领域之一，在必须实现节能的同时，提高居住者的舒适度。目前，内保温和外保温复合节能墙体技术均得到了迅速的发展，但是还需要进一步完善。对于建筑应用复合墙体内保温和外保温结合的技术还有待继续研究。尽快形成稳定可靠的节能能力，为实现国家节能目标奠定坚实的基础。参考文