实验分析新建筑的首年采暖能耗

徐晨萌

1 概述

在我国，传统的砖混结构的新房子第一个采暖季能耗比旧房子要高，若维持相同的室内温度需要增加一些供热量，或称供热裕量。其原因是施工时结构中积存了水分，它们或者由于自然降水或者由于施工的需要。因此使得房屋围护结构保温性能变差，能耗增加。一项研究表明［1］，含湿加气混凝土砌块实测到的总当量导热系数λ随含湿量的增加而单调地递升。结构中水分的散失是缓慢的，它与结构两侧空气的含湿量、自然环境、结构的组成材质等因素有关。不同朝向的墙体也不尽相同。受太阳辐射影响，南向墙体中水分散失通常比北向快。含湿多孔材料中水分迁移可有五个途径，即浓度梯度下的扩散、液体在毛细管内的迁移、压力梯度下的渗流、温度梯度引起的湿分热扩散和多孔材料中蒸发或冷凝引起的湿分迁移。而结构内水的相变化不仅影响结构的热工性能，还能引起墙面龟裂和平屋面防水的破坏。

我们对朝向和建筑设计及结构相同的新旧两栋建筑的供热能耗进行了现场实测，两栋建筑皆为6层，墙体为370加气混凝土砌块，南北朝向，体形系数0.3，窗墙比0.3。两栋建筑毗邻，外环境相似。

2 现场测试

热量计测量两栋建筑的累积供热量Qx和Qj，下标x表示新建筑，下标j表示旧建筑。室内温度设定为ti=18℃;热电耦测量两栋建筑的南、北向各一个房间的室内温度txn，txb和tjn，tjb以及室外温度to，其中下标n和b分别表示南向和北向房间。以此调节新建筑的供热量(Qx)，以满足对应房间的温度都与室内设定温度相同，即txn=txb=tjn=tjb=ti=18℃。同时采暖中期对新、旧建筑所选择房间的南、北外墙的内、外表面温度和热流密度做了测量，分别得到新建筑南向房间外墙的内、外表面温度txni，txno，新建筑北向房间外墙的内、外表面温度txbi，txbo和新建筑南、北外墙的热流密度qxn，qxb，同时测得旧建筑对应房间南、北外墙的内、外表面温度(tjni，tjno，tjbi，tjbo)以及相应的热流密度qjn和qjb。统计平均热流密度和温度，以确定新建筑南、北向墙体的当量导热系数λxn和λxb及旧建筑南、北向墙体的当量导热系数λjn和λjb。

3 测量数据分析

1 )整个采暖季新建筑比旧建筑多消耗的能量由Δ=(Qx/Qj)－1确定，在室内温度相同的情况下，Δ=24%。以哈尔滨为例，室内温度设为18℃，若采暖季室外平均温度为－9.1℃～－10.0℃，以其平均值－9.55℃估算，如果新建筑不增加这部分供热量，室内温度将降低［18－(－9.55)］×24%=6.612℃，室内温度仅为11.39℃。2)依照测得的数据，新建筑南向墙体与旧建筑南向墙体的耗热量之比qxn/qjn=1.194，即南向墙体首年采暖年度要多耗能19.4%;新、旧建筑北向墙体耗能比为qxb/qjb=1.23，即北向墙体首年采暖年度要多耗能23%。新建筑墙体首年采暖平均比旧建筑墙体多耗能(19.4%+23%)/2=21.2%。建筑采暖能耗包括围护结构墙、窗、屋面等能耗及渗风能耗。可见，新建筑比旧建筑多散失的能量中，墙体湿分的影响最大。3)确定新建筑南向和北向墙体的当量导热系数。南向墙体有qxn=(txni－txno)/∑(δni/λni)，其中，δni，λni分别为南向墙体各层材料厚度和相应的导热系数。忽略内外抹面层影响，求出首年采暖年度南向墙砌体的当量导热系数λxn=0.293W/(m·K)。代入北向墙体的测量数据qxn，txni，txno及墙体厚度δbi(与δni相等)求出首年采暖年度砌体北向墙砌体的当量导热系数λxb=0.302 5W/(m·K);同样，算出旧建筑南向墙体当年的当量导热系数λjn=0.245 4 W/(m·K);旧建筑北向墙体当年的当量导热系数λjb=0.245 9W/(m·K)，旧建筑南、北向墙体当量导热系数平均为0.245 6W/(m·K)。

4 节能墙体首年采暖年度传热系数的估算

忽略墙体两侧的对流换热阻，墙体传热系数K=1/RO= 1/∑(δi/λi)，其中，RO为墙体总热阻;δi，λi分别为组成墙体材料的厚度和导热系数。

选择两种混凝土砌块复合墙体，分别是:1)聚苯板外保温，厚度80 mm，混凝土砌块墙厚度200 mm。2)聚苯板外保温，厚度50 mm，混凝土砌块墙厚度300 mm。

以上获得的砌体当量导热系数，估算南、北两个朝向新砌复合墙体的传热系数和旧墙加聚苯板改造后的两种情况下墙体的传热系数。两种新建复合墙体南向混凝土砌块的当量导热系数按0.293W/(m·K)计算，北向按0.302 5 W/(m·K)计算，而旧墙改造中的混凝土砌块的当量导热系数按0.245 6W/(m·K)计算，聚苯板的导热系数设为0.049W/(m·K)，结果见表1。

通过比较表1中的传热系数值，可知第一种新建复合墙体(南北向)传热系数和旧墙改造的相近;第二种新建复合墙体(北向)传热系数只比旧墙改造多了8%。

表1 估算的墙体传热系数 W/(m·K)

5 结语

由于湿分的影响，新建筑首年采暖年度能耗比旧建筑多24%;墙体施工水分的存在和迁移导致其导热系数增加，保温性能变差。新墙体的平均能耗增加了21.2%;对采用两种复合墙体的新建筑物的墙体传热系数估算，用了聚苯板材料保温后，首年采暖年度墙体能耗受湿分影响不大。

［1］ 王补宣，王 仁.含湿建筑材料的导热系数［J］.工程热物理学报，1983，4(2)：146-151.

［2］ 孟繁勇.同程与异程采暖系统在节能方面的比较［J］.山西建筑，2009，35(12)：198-199.