夏热冬暖地区住宅围护结构隔热构造技术及其效果评价

1、夏热冬暖地区住宅围护结构隔热构造技术及其效果评价一、夏季建筑热环境状况 根据民用建筑热工设计规范GB50176-93,夏季防热要求的重点是围护结构的隔热设计，评价围护结构隔热性能好坏的主要指标是围护结构内表面温度，即在房间自然通风情况下，建筑的屋顶和东、西外墙的内表面最高温度，应满足下式要求1： i.maxte.max 按此规定，我国炎热地区主要城市夏季气候参数的计算见表1： 表1 炎热地区主要城市的夏季气象参数 地区 夏热冬暖地区 夏热冬冷地区 广州 海口 厦门 福州 百色 漳州 湛江 南宁 上海 长沙 重庆 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)日总量 7318     7565       7462 7569 7726   7781 注：te.max为夏季室外计算温度最高值； （%）为夏季室外平均相对湿度； IH(W/m2)为夏季水平方向太阳辐射照度日总量。   由上表可知，夏热冬暖和夏热冬冷典型地区的夏季室外计算温度最高值均在35以上。 夏热冬暖地区的热湿特点：夏热时间长，高温高湿气候持久，大部分地区每年从5月上旬至10月中旬近半

3、年时间温度超过25，相对湿度在60%以上，城市居民普遍在这一区间使用空调。 人体热反应认为2：围护结构内表面温度的最高值如果不超过人体皮肤平均温度，约33-35较为合理，高于此值，人们将感受到明显的热辐射，尤其在36以上，身体的热感极其明显。 因此，该地区居民和办公建筑等无不不惜耗费大量电能借助空调降温。 空调状况：目前为止，该区建筑设计已完全按照有空调的标准设计，商品住宅的空调安装比率近100%。 城市供电：至1999年12月底，广东省电网的总装机容量达到3033.37万 KW,居全国各省市（区）之首。但2000年6月5日上午全省电力负荷创历史最高记录，高达1417万KW，供电系统缺额130

4、万KW，迫不得已对20个市采取限电措施4。另一方面，空调房间内被称为空气维生素的负离子浓度减少，引起失眠、易怒和精神紧张等症状，称为“空调病”2。 夏热冬暖地区夏季室内热环境不容乐观，对其改善已不仅是解决热舒适问题，更重要的是保护身体健康和保证正常的工作和学习效率。二夏季建筑热环境较差的主要原因 夏热冬暖地区夏季热环境较差，首先是气候条件所至；其次是通风方案不当，对于不用空调的住宅，以持续自然通风为降温主措施，效果不尽如人意；其三是围护结构隔热性能不良。夏热冬暖地区外墙普遍采用180mm厚墙3，因造价限制，大多数的外墙是采用红砖或灰砂砖，其热阻值如表2。架空通风屋面虽有一定的隔热效果，到炎热夏

5、天，其内表面最高温度仍高达39左右；窗户是隔热的薄弱环节3，空调能耗有一半是通过窗户和阳台门的得热引起的，目前广泛使用的单层窗的隔热性能和气密性都很差，热阻值见表3，此外，近年来，建筑物窗户面积有增大趋势。   表2 180mm墙热阻比较 墙型 红砖 加气砖墙 陶粒砖墙 灰砂砖墙 多孔砖墙 办法规定2A级砖墙 热阻值 m2·K/W 04 099 058 034 049 0.45 传热系数 W/(m2·K) 25 101 172 294 204 2.2 表3 窗户热阻和传热系数 窗型 钢、铝 塑料 办法规定2A级窗 单层 单框双玻 双层 单层 单框双玻 双层 热阻值

6、 m2·K/W 0.16 0.260.28 0.33 0.21 0.370.40 0.43 0.22 传热系数 W/(m2·K) 6.25 3.573.85 3.03 4.76 2.52.7 2.33 4.5 三、建筑节能构造及施工 住宅设计规范GB 50096-1999和广州市住宅设计试行规范规定：夏热冬暖地区住宅建筑的屋顶和西向外墙应采取隔热措施，西朝向的外窗宜做遮阳处理，但均未对隔热措施做具体规定，令设计人员难以操作实施。我们对该地区墙体、屋面及窗的隔热处理做了如下尝试： 1屋面隔热 采用20mm厚聚苯乙烯泡沫板作为屋面隔热层，聚苯乙烯泡沫板重量轻，隔热与防水效果均好

7、，具体措施详见图一、二。2外墙隔热 外墙隔热做内隔热，采用400x400隔热棉及铝箔空气间层为隔热层，铝箔质轻且隔热效果好，对发展轻型墙体很有意义。具体措施详见图一。 3窗隔热 采用单框双层玻璃铝合金窗，外层玻璃为浅绿色吸热玻璃，窗扇平开式，起兜风作用，内层为低辐射玻璃，推拉式保证室内使用方便（发明专利号：00237895.7）。该窗能有效阻挡60%的太阳辐射进入室内。 墙体及屋面的部分施工步骤见如下图.四、建筑热环境质量实测 为了掌握夏热冬暖地区在高温高湿的典型天气下，有、无隔热措施的室内热状况，选取6月间连续阴雨天气进行测试，因为5、6月是广州降水最集中、暴雨最多的时段，相对湿度最大，亦是

8、夏季最炎热的初端。被测试的隔热房间采用上述隔热措施。 1测试时间：2000年6月9日9：30至6月11日18:30连续57个小时。 2测试对象：广州华南理工大学东区教工住宅区一栋九层住宅，该住宅一梯两户，前后楼间距约0.7H, 住宅现场周围未清理但小区内绿化状况较好，周围树木仅能遮挡到五层，六层以上无遮挡。本次被测对象为该楼九层两个东（无隔热）、西（有隔热）对称的房间，尚无人居住，视野开阔。测点布置平面图详见图3。 3测试仪器 1) 数字温度计（WMY01） 用于测量室内外空气温度和围护结构表面温度。 2) 二等水银温度计    用于校验数字温度计。  

9、 4测试内容：测试有、无隔热措施的两个东、西对称房间的空气温度、墙棚内表面温度、室外空气温度等；测试期间，7：3020：30每隔一小时记录一次；20：306：30每隔两小时记录一次。 五、测试结果分析 1 有、无隔热措施的两房间及其对应部位的温度对比分析 取6月9日16：30至6月10日16：30测试数据绘制如下曲线图：图四表明，同等条件下，同一时间隔热房间空气温度均明显比非隔热房间空气温度低，二者温度变化规律基本相同且前者温度变化曲线较后者平缓。夏热冬暖地区炎热的主要原因之一是太阳辐射热大且其又使空气温度升高,外围护结构隔热的设计使得白天由室外传向室内的热量减小,同时室内温度波幅亦减小。由于

10、测试日为阴雨天气,故图中隔热房间空气温度波幅变化及延迟时间较非隔热房间不甚明显，二者空气温度最高值分别为30.1和31.5均出现在15:30，滞后室外1小时。隔热房间的空气温度平均值为29.2，非隔热房间的空气温度平均值为30.6，相差1.4，隔热效果明显。若为晴天,图中室外气温高于室内气温的时间段应更长且温差更大,隔热房间温度曲线较非隔热房间应更平缓,温度峰值出现时间应滞后于非隔热房间且两房间温差更大。   图五表明，根据外围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度,水平面最大,故屋顶隔热极为重要.依据测试对象屋顶构造图,采用了聚苯乙烯泡沫板作为隔热材料,其上再加一层配筋的细石混凝

11、土,既加大了屋面强度又提高其防水性,如此,在波动的热作用下,当温度谐波传经至此,波幅减小,增加了屋面热稳定性,同时五角砖的铺设,形成一层封闭空气间层,亦提高了屋顶的隔热性能。从图上可以看出,有隔热措施的顶棚内表面温度均小于非隔热房间，其温度平均值为29.57，非隔热房间其温度平均值为30.38，相差0.81。 图六表明，由图所示，有隔热措施的西墙墙体内表面温度均小于无隔热措施的东墙内表面温度，从而减小了其因辐射和对流传热提高室内温度的作用，亦减小对人体辐射的影响。因在阴雨天气测试，日照时间短，辐射强度小，故隔热效果较晴天不甚明显。从图上可以看出,隔热房间墙体内表面温度平均值为29.34，非隔热

12、房间其温度平均值为30.34，相差1.02,隔热效果较明显。因无太阳直射,二者温度变化曲线相似,滞后时间不明显。 综上所述 ，有、无隔热措施的两房间温度差异见表4： 表4 测试结果对比 对比内容 平均值 峰值 室内温度 墙体温度 顶棚温度 室内温度 墙体温度 顶棚温度 隔热房间 （关窗） 292 2934 2957 301 305 3073 非隔热房间 （关门窗） 306 3036 3038 315 312 313 差值 14 102 081 14 07 057   2节能分析 有、无隔热措施的房间，热工计算参数见表5、表6： 表5 屋面热工参数 隔热屋面 非隔热屋面  

13、  厚度 (m) 导热系数 (W/m·K) 热阻值 (m2·K/w)   厚度 (m) 导热系数 (W/m·K) 热阻值 (m2·K/W) 外表面     0043 外表面     0043 水泥沙浆 002 093 0022 水泥沙浆 002 093 0022 防水聚胺脂油膏 00015     五 角 砖 沙浆 002 093 0022 空气 间层 003   015 水泥沙浆 0.02 0.93 0.022 水泥沙浆 0.02 0.93 0.022 细石混凝土

14、内配筋 006 128 0047 现浇钢筋 混凝土板 010 174 0057 聚苯乙烯泡沫板 002 0042 0476 水泥沙浆 002 093 0022 五角砖 沙浆 002 093 0022 内表面     0115 空气间层 003   015 水泥沙浆 002 093 0022         现浇钢筋混凝土板 010 174 0057         水泥沙浆 002 093 0022         内表面   

15、0; 0115         总计 1003 0997 总计 2326 043   表6 墙体热工参数 隔热墙体 非隔热墙体     厚度 (m) 导热系数 (W/m·K) 热阻值 (m2·K/w)   厚度 (m) 导热系数 (W/m·K) 热阻值 (m2·K/w) 外表面     0043 外表面     0043 石膏板 001 033 0030 水泥沙浆 002 093 0022 铝箔空气层 001   022 灰砂

16、砖 018 11 0164 隔热棉（400x400） 004 0032 125 水泥沙浆 002 093 0022 水泥沙浆 002 093 0022 内表面     0115 灰砂砖 018 11 0164         水泥沙浆 002 093 0022         内表面     0115         总计 0649 154 总计 274 0365 依据商品住宅性能认定管理办法（简称办法），该隔热房间和非隔热房间满足夏热冬暖地区3 A标准的情况如表7。 表7 热物性参数 构件 热