严寒地区地面保温与节能

张亚华

（赤峰市住建委集中供热管理办公室，内蒙古 赤峰 024000）

严寒地区地面保温与节能

张亚华

（赤峰市住建委集中供热管理办公室，内蒙古 赤峰 024000）

严寒地区冬季耗热量较大，采暖建筑地面的保温性能及节能水平,直接关系着建筑内部的能耗水平，更影响着居民的健康与舒适.本文对底层地面受到的热作用进行了分析，经实际计算可知采取保温措施的建筑地面其节能效益十分显著,热舒适度也相应提高.

地面节能；地面保温；热舒适

1 前言

建筑节能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代价取得最大的经济和社会效应.建筑节能具体是指节约采暖供热、空调制冷、采光照明以及调节室内空气、湿度、改变居室环境质量的能源消耗，还包括利用太阳能、地热（水）能源的综合技术工程.[1]包括两部分内容：一部分是加强围护结构得保温隔热能力，另一部分是从供暖、供冷的热源、输送渠道及实现方式来节约能源.

作为维护结构的一部分,地面的热工性能与人体的健康密切相关.除卧床休息以外在室内的大部分时间人的脚部均与地面接触,人体为了保证健康,就必须维持与周围环境的热平衡关系而使脚部大量失热[2].地面温度过低不但使人脚部感到寒冷不适,而且易患风湿、关节炎等各种疾病,另外,地面热工性能也对室内气温有很大的影响,良好的建筑地面,不但提高室内热舒适度,而且有利于建筑的保温节能.

地面按其是否直接接触土壤分为两类，直接接触土壤地面和不直接接触土壤地面，不直接接触土壤地面又称地板，这部分地板可分为接触室外空气地板、不采暖地下室上部地板和底部架空地板等.[3]以前地面的保温构造做法是地面一般不做保温，与室外空气接触的地板做保温，但仅仅是满足室内地板表面不结露，其保温性能不满足建筑节能标准中规定的保温要求(0.55 W／m2·K).地面的保温达不到标准要求不仅仅是耗热量增大，而且直接影响居住环境的舒适度，因此地面的保温不容忽视.

地面节能主要指毗邻采暖、不采暖空间及毗邻室外空气的地面工程.《公共建筑节能设计设计标准》G B 50189—2005规定：在严寒地区地面保温层各层材料的热阻R必须大于等于1.8—2.0(m2·K) /W；因此,在设计阶段选择适宜热阻值的保温材料组合是达到地面节能的基础.[4]

2 地面的热工性能指标分析

2.1 底层地面与土壤间的热作用

底层地面与之间土壤的热作用就某一房间地面而言，存在三个部分的热传递：

2.1.1 与深层土壤的热传递：土壤有良好的蓄热能力，这使得温度波在土壤中衰减幅度很大，土壤自身温度变化很小.例如，对于低温的日变化而言，在表层以下30 c m的地方变化就已经很小了；对于地温年变化，不同气候区渗透深度不同，但一般在地下30 m的地方，地温基本不变[5].在春夏之交，当室外温湿度都骤然上升时，由于土壤的这种特性使得底层地面的温度仍然很低，当低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气就会在地面凝结.这是造成地面大面积结露的主要原因.

2.1.2 经大地与室外的传热：这部分传热对冬季室内环境影响较大.在寒冷或严寒地区，冬季室外气温很低.对于靠近外墙的地面，由于与室外的传热路径短，热阻小，所以散热量大、地面温度低.当这些表面的温度低于空气的露点温度时，水蒸气会在这些局部凝结，造成底层房间角落的潮湿，发霉等现象.另外，这些温度很低的表面与人体间形成冷辐射，这也是造成使用者不舒适感的一个原因.

2.1.3 与邻室间的传热：当房间的邻室是非采暖房间（如楼梯，走道等）或两房间采暖温度不同时，两房间地面也会通过土壤来传热.

2.2 地面传热问题的量化分析

实际地面的传热是非常复杂的三维动态问题，要建立地面的控制方程并求解是很困难的.但对于地面的稳态传热，文献[6]中运用热流相加法得出了地板传热问题的一个近似理论解.这一方法是基于温度场的叠加原理，用它我们可以求出地面不同地带散热量所占的比例，这对热工设计是很有意义的.

根据文献[6]，长方形，设地板为长方形，长为2 a,宽为2 b，墙厚为d,那么地板的总热流量Q可以用下式计算：

式中Q——长为2 a，宽为2 b的地板总的散热量（W）；

λ——土壤的导热系数，取0.93 W∕m·℃；

t N——室内空气温度，按稳态计算，℃；

t W——室外地面平均温度，取计算时间内的平均温度，℃

πA0,πB0——当地层内外构造不同或标高不一时，地板的计算长度和计算宽度，m；

Z1，Z2——当地层内外构造不同或标高不一时，室内外地层的当量层厚，m；

αB，αH——室内外地面的内表面换热系数，分别为8.7 W∕m2·℃和23 W∕m2·℃；

δ'1，δ'2——室内不同地板层的厚度，m；

λ'1，λ'2——室内不同地板层的导热系数，W

δ"1，δ"2——室外不同土壤层的厚度，m；

λ"1，λ"2——室外不同土壤层的导热系数，W/m·℃

联立上面的（1）（2）（3）(4)四式，可以求出整个地面的总散热量，当对不同的宽度和长度范围进行积分时，可以得到相应积分范围的散热量.为了求出地面不同范围的散热量及其与坐标的关系，这里将计算地面按照一定的间距划分成不同的条带.运用上面的公式进行了实例计算，结果如图.

地面划带示意图

从图（无保温层Q）可以看出，在周边大约4－5个地带内变化幅度都是最剧烈的.经计算，周边4个地带（即周边1 m的范围）内的总散热量为366.24 W，占地面总散热量的56%.也就是说，周边1 m的范围，面积为地面总面积36%，热量占到了56%.过多的散热量导致周区表面温度很低，这使得这些地区不但非常易于结露，同时也形成了不舒适的冷辐射.为了解决这样的问题，在其地面的周边做保温，尤其是在周边1 m左右的范围内加100㎜厚聚苯板（λ=0.05 W∕m·℃），结果同样列于图3中（有保温层Q）.经比较可以看出，这种局部的保温方式是非常有效的.保温后，1 m范围内的总散热量减少了151.4 W.这说明，在寒冷地区地面周边地区采取保温措施是非常重要的.[7]

2.3 吸热指标

面层材料的吸热指标是影响地面舒适度的另一个因素.人的足部与地面直接接触导致地面直接从人体吸热.吸热的速度和数量取决于地面的吸热指标B.B值越大，地面从人脚吸取的热量越多越快.长期停留在B值很大的房间中，脚步的过冷不仅很不舒适同时也给人体健康造成一定的威胁.经研究表明，地面对人体热舒适及健康影响最大的厚度约为3—4 m m的面层材料.理论解析得出

B=f(b 1)

b 1=（λ1 c 1 ρ1）0.5

式中b 1———面层材料的热渗透系数,W/(m2·h-1/2·K)；

λ1——面层材料的导热系数，W/m·℃

c 1——面层材料的比热容，W·h（㎏·K)；

ρ1——面层材料的密度，㎏/m3.

根据上式可以求出b 1.实际情况下可以近似认为B=b 1.

地面面层材料的选择应该在满足《民用建筑热工设计规范》的同时，尽量选择B值小的面层材料一提高地面的热舒适度.

3 结论

3.1 地面的保温有两个含意：一是使地面吸热量少，即使其B值越小越好；二是使地表面的温度越高越好.吸热计算和提高地面的表面温度是保温设计的两个方面.地面保温措施不但提高地面的热舒性，有利于人体保健，而且可以节约大量的建筑采暖能耗，这是建筑节能的重要组成部分，另外，节约建筑能耗的同时，也就减轻了采暖热炉带来的空气污染，保护了生态环境.

3.2 底层地面的基本构造宜为面层、垫层和地基，楼面的基本构造层宜为面层找平层和楼板，当底层地面和楼面层的基本构造不能满足节能要求时，可增设结合层、隔离层、填充层、找平层等其它构造层.保温地面主要是增设保温填充层，填充层的厚度根据选用的填充材料经热工计算后确定.当建筑物为不采暖地下室地面时，在地下室上部设计吊顶铺岩棉保温板，可满足节能要求且防火性能也较好.见下图3.当为接触室外自然地面时，应做松散的保温材料、板状或整体保温材料，如页岩陶粒、焦渣、硬质聚氨脂泡沫塑料板及憎水珍珠岩板、聚苯板等微孔复合砌块，同时还应考虑边远地区、山区的就地取材情况.[8]见图4.

图3

图4

3.3 地面节能是现在建筑节能设计普遍忽略的地方，然而地面节能能起到非常重要的作用，在建筑节能设计时可以通过增加地面节能设计来大幅度提高建筑节能率.为了实现我国可持续发展战略,建筑节能设计势在必行.只要结合我国国情和建筑所在地区的实际情况,综合利用各种节能技术措施,趋利避害,选择经济合理的节能设计方案,必定可以获得显著的节能效果.

〔1〕钟日成.建筑节能围护结构保温措施的探讨[J].建筑与文化,2008.

〔2〕柳孝图.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

〔3〕华玉斌.建筑节能技术的应用.国际建筑中心联盟2001年大会论文集.

〔4〕刘向明.浅析建筑节能设计[J].广西师范学院学报,2007（32）.

〔5〕山田雅士.建筑绝热[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

〔6〕陈启高.建筑热物理基础[M].西安交通大学出版，1991.

〔7〕朱新荣.底层地面传热分析与热工设计.西安建大科技，2007.

〔8〕钟日成.建筑节能围护结构保温措施的探讨[J].建筑与文化,2008.

T U 761.1+2

A

1673-260 X（2012）09-0059-03