重庆地区多层住宅围护结构节能设计经济性探讨

周 强，王永超，周书兵，毛 伟，2

（1CMCU·中联建筑，重庆400039；2四川大学建筑与环境学院，四川成都610000）

重庆地区多层住宅围护结构节能设计经济性探讨

周 强1，王永超1，周书兵1，毛 伟1，2

（1CMCU·中联建筑，重庆400039；2四川大学建筑与环境学院，四川成都610000）

随着围护结构节能设计要求的不断提升，节能材料的成本价格也在日趋增高。住宅建筑在建筑总量中占有相当大的比重，有必要对其节能设计的经济性进行探讨。文章调研了重庆地区多层住宅围护结构主要部位传热系数情况和重庆地区保温材料现行市场价格，对满足相同传热系数的不同材料进行了经济性比对分析。此外，还对重庆主城区的典型多层住宅建筑进行节能模拟分析，选定不同的材料组合方案，比较分析其成本因素，得到满足节能规范要求并且成本较优的多层住宅围护结构节能设计策略。

负荷比；导热系数；热阻；窗墙比

0 引言

在实际的住宅建筑围护结构节能设计时，很难全部满足节能规定性指标，因此需要通过计算建筑节能综合指标来进行权衡判断。依据重庆现行节能设计标准[1]第5.0.1条规定，权衡判断主城区住宅节能应至少满足以下条件：①外墙平均传热系数K≤1.5W/(m2·K)；②屋面平均传热系数K≤0.8W/(m2·K)；③外窗传热系数K≤4.0W/(m2·K)。基于以上要求，围护结构节能材料做法通常可以选择多种设计方案。通过对重庆地区多层住宅进行传热系数统计，得到屋面和外墙的传热系数规律，找出成本较优的设计方案。在此基础上，以实际案例对重庆主城区多层住宅进行围护结构节能经济性分析，以此探讨重庆地区多层建筑围护结构节能设计的经济性。

表1 建筑物的基本信息

图1 节能的主要部位负荷比

1 多层住宅围护结构能耗现状

重庆地区多层住宅建筑较为常见，现调研10个多层住宅项目，基本信息见表1。使用PBECA2011（重庆地方版）分别对各围护结构构件所占负荷比进行计算统计，以此得出影响围护结构节能的主要部位负荷比，如图1所示。

由图1可以看出，外墙、外窗、屋面对多层住宅的整个围护结构节能有着非常大的影响。外墙占整个围护结构负荷比为32%～48%，均值为39%，在已有研究[2]中均有相同程度的描述。外窗占整个围护结构负荷比为25%～38%，均值为32%。屋面约占整个围护结构负荷比为5%～8%，均值为7%。

围护结构对建筑能耗的影响主要在于其传热系数及使用面积。对外墙和屋面而言，选用的主体材料和保温材料的热工性能和厚度决定了其整体传热性能。外窗的整体热工性能则主要取决于选取的窗框材料和玻璃的热工性能。外墙和屋面使用的材料量大，而当前重庆市场上各种建材种类繁多，在满足热工要求的同时，方案的经济性也尤为重要。

2 重庆地区常用的保温材料的成本

2.1 重庆地区常用材料单价调研

围护结构常用保温材料及参考价格见表2和表3。这里需要说明的是，表中材料的价格基于厂家和相关建设单位的调研，随着市场的变化，数据可能因时而变。

表2 常用墙体和屋面材料及参考价格

表3 常用外窗材料及参考价格

2.2 重庆地区不同保温材料组合参考价格

为了快速计算成本，需要统计出材料和材料组合的参考价格，详见表4和表5。

表4 常用材料对应的英文字母编号

表5 常用材料及材料组合参考价

3 外墙、屋面不同材料做法的经济性比较

3.1 外墙、屋面的传热系数

调研重庆地区多层住宅37栋，分别对其屋面、外墙平均传热系数进行统计，由此可以得到屋面和外墙传热系数大致分布情况，如图2和图3所示。

图2 屋面传热系数状况

屋面的传热系数主要分布于0.4～0.7W/(m2·K)。屋面常见的保温材料选择有泡沫混凝土、挤塑聚苯板、膨胀聚苯板等。泡沫混凝土系统集保温、找坡于一体，施工简便，防水性能好。当采用聚苯乙烯类板材作为屋面保温层时，其防火设计应满足相关标准要求。外墙的传热系数主要分布于0.7～1.0W/(m2·K)。外墙的保温形式通常有三种，外墙外保温、外墙内保温、外墙自保温。外墙常见的保温材料选择有挤塑聚苯板、膨胀聚苯板、岩棉板等，砌体选择有烧结页岩空心砖、节能型烧结页岩空心砖、蒸压加气混凝土砌块等，屋面、外墙在整个多层住宅的围护结构节能中占有相当大的比重。

图3 外墙传热系数状况

3.2 相同传热系数不同做法的经济性

3.2.1 屋面

单一材料传热计算式见式（1）

式(1)中δ为保温材料厚度，m；λ为保温材料导热系数，W/ (m2·K)；φ为修正系数；K为保温材料传热系数，W/(m2·K)。

在屋面传热系数0.4～0.9 W/(m2·K)中取11个传热系数点。得到满足这些传热系数时，屋面保温材料价格如图4。根据相关规定[3]，板材厚度需增加25%进行计算。

图4 屋面保温材料价格

屋面保温材料使用聚苯乙烯类板材较为经济，当屋面传热系数小于0.85W/(m2·K)时，XPS板最为经济，当传热系数大于0.85W/(m2·K)时，EPS板最为经济；屋面保温材料使用聚氨酯板或现浇泡沫混凝土时，价格高于聚苯乙烯类板材，当屋面传热系数小于0.65W/(m2·K)时，保温材料选用聚氨酯板较为经济，当屋面传热系数大于0.65W/(m2·K)时，保温材料选用现浇泡沫混凝土较为经济。

3.2.2 墙体

复合墙体传热计算式见式（2）

式(2)中R0-复合墙体传热阻，m2·K/W；Ri-内表面换热阻，取0.115；Rn-各层材料的热阻；Re-外表面换热阻，取0.043。

在外墙传热系数0.7～1.1W/(m2·K)中取9个传热系数点。外墙砌体选取烧结页岩空心砖，得到满足这些传热系数时，外墙材料价格如图5。

外墙防火要求为B1级时，聚苯类板材最为经济。在不同的传热系数下，XPS板和EPS板价格各有优势。外墙防火要求为A级时，岩棉板的价格最为经济。

3.2.3 外窗保温设计

外窗及阳台门窗等透明围护结构的热量传输主要有三种途径：透过玻璃的太阳辐射、通过玻璃及型材的热传导、空气间隙形成的对流换热。建筑物外窗对节能有着非常大的影响，从实际的设计经验中可以得出：外窗和外墙的面积比大小，与外窗对围护结构节能设计的影响成一定比例。外窗通常可取的型材有多腔塑料型材、普通铝合金型材、断桥铝合金型材。玻璃通常有普通中空玻璃、热反射玻璃、LOW-E玻璃等，当外窗与外墙面积比较大的时候，一般通过减少型材热传导和太阳辐射来达到外窗节能。

4 围护结构节能设计经济性分析案例

4.1 建筑概况

某建筑位于重庆市区，建筑面积3117m2，体型系数0.36，建筑高度21m，外墙面积2786m2(其中砌体1397m2)，外窗面积636.86m2，窗墙比0.19。

4.2 不同节能设计方案经济性比较

对该建筑选取不同的材料组合，进行模拟分析。权衡计算通过时，得到材料价格见表6。

表6 不同材料做法的成本

从表6可见，方案1、5、7、11较为经济。在实际项目中，可根据当地的材料情况和施工条件，选择适合的设计方案。

5 结语

通过对重庆地区的多层住宅项目围护结构的模拟分析，得到外墙和外窗为影响围护结构节能的主要部位，外墙对整个围护结构节能的影响大小约为39%，外窗约为32%。屋面的传热系数主要分布在0.4～0.7W/(m2·K)之间，外墙的传热系数分布在0.7～1.0W/(m2·K)之间。对不同材料做法的造价分析可知，较为经济的选择为：非透明保温材料为聚苯乙烯类板材，透明保温材料为有色和热反射玻璃。

本文仅从围护结构节能材料热工性能探讨围护结构节能设计的经济性问题。文中涉及到材料单价的很多基础数据，均系从厂家及相关建设单位调研得来。实际工程围护结构节能设计的经济性是个宏观概念，牵涉材料的耐久性、适宜性等多种因素，且材料的调研单价受市场波动和施工影响较大。因此本文的更多意义在于引起建设单位对于围护结构节能设计经济性的重视，期望能为相关专业工作者提供一些参考。

[1]重庆市建设技术发展中心，重庆市建筑节能中心. DBJ50-071-2010居住建筑节能65%设计标准[S].重庆：重庆市城乡建设委员会，2010.

[2]黄夏东.建筑外墙热工性能和节能设计分析[J].福建建设科技，2006（1）：5-8.

[3]中达建设集团股份有限公司.JGJ230-2010倒置式屋面工程技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]宋德新.建筑外围护结构的节能设计策略[J].中南大学学报，2012(43):155-163.

[5]张宝华.建筑围护结构节能保温构造研究[J].建筑发展导向，2013(05):132-133.

[6]任文秀.民用建筑外墙围护结构节能设计的分析[J].建筑知识，2012(12):113-115.

[7]何君雅.建筑围护结构节能技术分析[J].大观周刊，2011 (44):122-123.

责任编辑：孙 苏

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(摘自：《沈阳日报》。请作者速告地址，即付稿酬。)

Economy Discussion on Energy Conservation Design of Envelope Structure of Multi-storey Residence in Chongqing

With the gradual increase of requirements on energy conservation design of building envelope structure,the cost of energy conservation materials is also on the rise.As the residential building accounts for the biggest proportion,it is necessary to explore the economy of energy conservation design.The heat transfer coefficients of the major parts of the building envelope used in multi-storey residential building and the market price of thermal insulation materials in Chongqing are investigated and the economy of different materials with the same heat transfer coefficient is comparatively analyzed. Moreover,the energy conservation of the typical multi-storey residence in Chongqing is simulated and analyzed to select different material combination plans and comparatively analyzed their cost reasons so that a best energy conservation design can be obtained.

load ratio;heat conduction coefficient;thermal residence;window-wall ratio

TU241.7

A

1671-9107（2014）02-0024-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.02.024

2013-11-21

周强（1988-），男，四川自贡人，本科，助理工程师，主要从事工程技术工作。