夏热冬暖地区居住建筑热桥效应对建筑节能的影响

谢 意

(广西贺州市平桂设计院有限责任公司，广西 贺州 542827)

夏热冬暖地区居住建筑热桥效应对建筑节能的影响

谢 意

(广西贺州市平桂设计院有限责任公司，广西 贺州 542827)

以夏热冬暖地区居住建筑为例，通过进行多工况能耗计算分析，得出了热桥效应对建筑节能有明显影响的结论，并提出了对热桥部位局部加强节能措施的设计方法，以达到预期的节能效果。

热桥效应，构件热桥，金属热桥，节能设计

0 引言

热桥效应，即热传导的物理效应。主要是指在建筑物外围护结构与外界进行热量传导时，由于围护结构中的某些部位的传热系数明显大于其他部位，使得热量集中地从这些部位快速传递，从而增大了建筑物的空调、采暖负荷及能耗。

夏热冬暖地区为亚热带湿润季风，其特征表现为夏季漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高湿度大，气温的年较差和日较差都小，太阳辐射强烈，雨量充沛。这样的气候特点决定着在建筑热工设计上，冬天不考虑采暖(或短时间采暖)，建筑能耗除照明外主要体现在夏季空调降温的能耗，空调系统的能耗占整个建筑能耗比例较大，主要用于补偿围护结构传热耗能，处理新风、空调设备的运行。建筑是能源消耗大户，据统计在全球的能源消耗上，建筑物就占了将近30%，在节能减排成为社会的发展方向的今天，建筑的节能已经成为不得不面对的现实。建筑节能的实质是减少建筑物在其设计使用年限内对能源的消耗，对于夏热冬暖地区来说，关键在于减少空调系统用电量。建筑节能设计往往关注外围护结构的节能性能，而热桥部位由于热桥效应耗散了大量的能量，这些能量占建筑总体能源消耗的比例有多大，对建筑节能效果有多大的影响，这应该成为研究的对象和关注的焦点。

1 热桥效应对建筑能耗的影响分析

1.1 热桥的分类

围护结构中窗过梁、圈梁、钢筋混凝土剪力墙、梁、柱等结构构件由于传热系数远大于墙体部位的传热系数，形成热流密集通道称为构件热桥。墙体设置的金属联结件，外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件，内保温层中设置的龙骨，挑出的阳台板与主体结构的连接部位，保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等形成的热桥称为金属热桥。构件热桥和金属热桥是建筑节能设计中最常见的热桥形式。

1.2 算例分析

工程概况：夏热冬暖地区五层住宅楼，总建筑面积731.7 m2，建筑高度15.15 m。平面图见图1，建筑平面规则，南北朝向。围护结构做法见表1，屋面和外墙的太阳辐射吸收系数均为0.75，建筑体形系数0.43；在满足采光通风的前提下尽量减少外窗的面积，建筑窗墙比东西向均为0，南向为0.3，北向为0.24，建筑平均窗墙比为0.18。在计算中均未考虑窗的外遮阳，每个朝向窗的综合遮阳系数等于窗自身的遮阳系数。构件热桥面积占所在朝向外墙面积的比例，东西向均为5.3%，南向为10.1%，北向为7.5%。本工程使用斯维尔节能设计软件DECS中内置的DOE2.1E进行空调耗电量模拟仿真计算。

计算结果见表2，表2中的四种工况均为屋面和外墙的做法不变的情况下，对构件热桥和金属热桥采取节能措施与不采用节能措施进行模拟分析。工况二耗电量比工况一少2.12 kWh/m2，能耗减少3.4%；工况三耗电量比工况一少1.23 kWh/m2，能耗减少1.97%；工况四耗电量比工况一少3.31 kWh/m2，能耗减少5.3%。

表1 围护结构做法及材料

表2 能耗模拟仿真计算工况及结果

2 建筑节能设计中的应对措施

建筑节能设计的实质是通过提高外围护结构的保温隔热性能来减少建筑室内外空间的热传递，减少空调系统的开启次数和运行时间，来达到减少用电量的节能目的。建筑的围护结构包括外墙、屋顶、外门窗和地面，建筑的节能设计实质上是对围护结构的节能设计。算例中在保持屋顶和外墙的做法不变的情况下，对构件热桥部位外加15厚EVB保温砂浆，计算结果表明能耗比未加保温层的情况减少3.4%，建筑每平方米年耗电量减少2.12 kWh，对于算例建筑来说，全年可减少耗电量1 551.2 kWh。为了避免金属热桥的快速传递热量，算例工况三采用PVC窗框代替铝合金窗框进行能耗计算，计算结果表明，能耗减少1.97%；当对构件热桥采取外保温措施，采用PVC窗框代替铝合金窗框以避免形成金属热桥，同时保持屋顶和外墙做法不变时，能耗减少5.3%，全年可减少耗电量2 421.9 kWh，节能效果明显。通过算例的能耗分析比较，热桥效应对建筑的节能效果有明显的影响,算例为一砖混结构多层建筑，构件热桥占所在朝向外墙面积比不大,对于框架、框剪等其他结构类型的建筑来说，构件热桥所占的面积比例更大，通过热桥耗散的能量也更大。在节能设计中应重视热桥效应对建筑节能的影响，建筑热桥作为围护结构的薄弱环节，它的存在成为热量散发的快速通道，所以对热桥部位采取局部加强的做法很有必要。

一些老旧建筑，由于建造年份较早，建造过程基本没有建筑节能方面的意识，也没有采取必要的节能技术措施，加上这类建筑的使用功能齐全，围护结构形式多样，各种用能系统和设备复杂，人员密度大等原因，使得这些建筑成为当前的建筑能耗大户。对既有建筑进行节能改造成为一个紧迫的任务。由于既有建筑一般都在正常使用中，对外墙、屋面、空调系统和照明系统进行节能改造有很大的难度。对既有建筑的节能改造中，可提倡实现一定的节能指标或目标，不宜制定统一的节能措施或做法。必须因地制宜，因项目具体情况而行，防止采用高能耗、高投入的方法来进行既有建筑的节能改造。对热桥部位进行局部加强节能措施，投资不大，节能效果较好，可为既有建筑节能改造提供一种可行的方法，如果有条件可以采用传热系数小的窗框材料来代替金属窗框以避免形成金属热桥，同样可以收到良好的节能效果。

建筑节能是指建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和，除了节能材料的应用外，还涉及采暖、通风、空调、照明和给排水等各系统的高效运行，可再生能源的应用，因此建筑节能还是一项系统工程。一个理想的节能建筑能够在不同季节保持室内的舒适性，这就要求减少建筑围护结构的能量损失，能够使室内实现必要的通风换气，控制接收或阻止太阳辐射。对于新建建筑来说，严格按照节能设计规范的要求来设计，除了对外围护结构采取必要的节能措施外，还应重视热桥部位的局部加强设计。对于既有建筑的节能改造，应不拘一格，不要局限于节能设计规范，对这样的建筑采取一些小改造比围护结构的大翻新更有意义，比如窗玻璃贴膜，对窗加外遮阳棚，屋顶绿化等。建筑节能设计需要的不是生搬硬套而是因地制宜。

3 结语

通过对算例进行多工况能耗对比分析，热桥效应对建筑节能有明显的影响，是建筑外围护结构中的薄弱环节，对热桥部位进行局部加强节能措施可以达到较好的节能效果，为新建建筑节能设计和既有建筑节能改造提供参考。

[1] JGJ 75—2012，夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S].

[2] GB 50189—2005，公共建筑节能设计标准[S].

[3] 06J 908—2，公共建筑节能构造——夏热冬冷和夏热冬暖地区[S].

Impact of residential building heat bridge effect upon architectural energy-saving in hot summer and warm winter region

Xie Yi

(GuangxiHezhouPingguiDesignInstituteCo.,Ltd,Hezhou542827,China)

Taking residential building in hot summer and warm winter region, through calculating and analyzing energy consumption under various working conditions, the article finds out obvious impact of heat bridge effect upon building energy-saving, and puts forward design methods of strengthening energy-saving measures in local heat bridge parts, with a view to achieve expected energy-saving effect.

heat bridge effect, structural heat bridge, metal heat bridge, energy-saving design

2015-01-10

谢 意(1981- )，男，工程师

1009-6825(2015)08-0209-02

TU201.5

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