论述长江流域住宅围护结构热工性能要求研究

张俊发

摘要：研究了围护结构采暖负荷对外墙和外窗传热系数和窗壁比的影响。根据现行标准，在不同的室外温度下给出每单位面积的建筑围护结构的热负荷极限。为了满足供热负荷限制的要求，当外窗的传热系数降低到一定值时，外墙不能采取保温措施。

关键词：住宅建筑;围护结构;热工性能

1 长江流域住宅建筑围护结构热工性能要求

围护结构的隔热性能通常是指围护结构在夏季自然通风条件下，在室外综合温度波和室内气温波动的作用下，内部表面保持较低温度的能力。《民用建筑热工设计规范》对围护结构保温设计的要求：在自然通风条件下，围护结构内表面温度应小于或等于夏季室外最大计算温度。保温性能是指外壳在冬季防止从室内到室外的热传递的能力，以保持适当的室内温度。其传热过程通常以稳态来考虑。传热系数K值（或热阻R）是绝缘性能的评估指标。

因我国的可用能源极其有限，但我国的能源消费总量已位居世界前列，这就不得不使我国高度重视建筑节能。舒适的热环境是提高人们生活水平的一个方面，为了满足人们对室内热舒适性的要求，必须采取一些有效的措施来改善室内热环境，提高建筑围护结构的热性能是实现这一目标的主要措施之一。

气候影响建筑形式因此建筑形式应适应当地气候特点。所以在确定了室内外空间布局及环境因素后，达到更好的室内热舒适性的关键是提高围护结构的保温性能。提高屋顶、墙体、门窗的热工性能，合理安排遮阳形式，最终目的是降低当地住宅采暖空调的能耗，达到提高能效的目的。

2 围护结构热工性能参数

为了达到65%的节能目标，长江流域住宅建筑围护结构的热工性能应符合表1的要求，这些组合参数可能略大于住宅建筑节能65%设计标准中传热系数的极限范围，因为它们是通过模拟长江流域不同地区的住宅建筑而获得的。

得出新风冷却负荷是空调冷却负荷的组成部分之一的结论。它占空调制冷负荷的很大比例。根据节能65%的要求，围护结构承担约35%的负荷，由新风荷载和围护结构共同承担。不使用全热交换器时，新风负荷较大，应达到节能目标。为了提高围护结构的节能比例，有必要对围护结构的热性能提出更高的要求。使用全热交换器时，由于是热回收装置，新风和回风换热，降低新风负荷，由围护结构承担的节能比例降低，其熱性能参数可适当降低增加。

3 屋顶的热工性能

屋顶是住宅建筑的重要组成部分。虽然它的热量消耗只占建筑围护结构总热量消耗的一小部分，但它对顶层房间的影响很大。它是顶楼围护结构热量消耗的主要部分，对顶楼的热舒适性有很大的影响。在炎热的夏季，屋顶是所有建筑围护结构中接受太阳辐射热最强烈的部位，例如对于平屋顶，阳光垂直照射在屋面上，太阳高度角接近于90°，导致水平屋面外表面的空气综合温度通常达到60-80℃，且顶层室内温度比其下层室内温度要高出2-4℃，通过屋顶进入顶层房间的热量是造成顶层室内热环境质量和热舒适性差的主要原因。因此，屋顶应采取保温措施，对降低建筑的总能耗起到一定的作用，尤其是调节和改善屋顶房间的热舒适性，减少热损失。

4 外窗的热工性能

（1）在建筑四大围护结构部件墙体、屋面、门窗以及地面中，门窗是影响室内环境热舒适性和建筑节能的主要因素之一，但是它的绝热性能最差，因此应对窗户采取各种措施以改善窗户的热工性能。传热的方式主要有导热、对流换热和辐射传热，外窗的传热是上述三种传热方式共同作用的结果。因此外窗节能应从增加热阻、减少空气渗透量、合理选择窗型、适当控制窗墙比和改善遮阳技术等方面来提高门窗的保温隔热性能。长江流域的建筑气候特征是夏季气候炎热，冬季阴冷，气候条件十分复杂。建筑气候突出表现在夏季时间长，太阳辐射强度大，因此长江流域地区居住建筑的窗户节能应侧重在夏季隔热上。

（2）中空玻璃。窗扇材料一般是玻璃，它是窗户的主要组成部分，玻璃的性能对窗户的保温隔热性能极其重要。通过玻璃的传热损失途径有导热和辐射传热，要提高其保温性能，就需通过减小玻璃的导热系数和辐射传热热阻来增大玻璃的传热阻。中空玻璃的隔热性能主要是由于中空玻璃内气体夹层的热绝缘作用，使其内外两侧表面的温差接近甚至超过10℃，大大地减少热量的传递。这是因为中空玻璃夹层内的气体处于一个封闭的空间，气体不产生对流，因比对流传热和传导传热在中空玻璃的能量传递中所占的比例较小。中空玻璃正是利用空气的热阻较大，尤其是形成基本不产生对流的空气夹层，这样室内和室外相互之间的热量交换就明显降低，能达到显著的隔热效果。而这一作用又会随着玻璃表面的风速和玻璃表面的辐射的不同而变化。中空玻璃的保温性是指在冬季减少室内热量通过其传出室外，热阻越小，保温性能就越好。如果玻璃镀上一层低辐射膜，便可使其辐射发射率降到0.1，在冬天就会减少从室内向室外辐射的热量，起到更好的保温作用。如果在中空玻璃的两个内表面分别镀上遮阳膜和低辐射膜，在夏天挡住炎热的太阳光;在冬天减少室内的热量散失，这样就达到了室内冬暖夏凉的目的。

5 保温外墙的热工性能及节能性

通过大量研究表明，采取保温措施的复合墙体在夏季具有更高的外壁温和更低的内壁温。从传热原理上分析，当采用外保温系统时，外墙最外层的轻质保温隔热材料层的热惰性较低，蓄热能力较差，增强与周围空气的换热，使内部结构蓄存的热量减少，达到隔热效果;反之，当保温材料采用内保温系统时，外墙最外层的主体结构材料属于重质材料，其蓄热能力较大，在夏季较高的室外综合温度作用下，最外层材料蓄积了大量的热量，其热量又会传热室内，容易使外墙内壁温上升较高。由此可知，保温形式不同但组成材料相同的两种墙体，在同一温度波连续作用下，外保温墙体的温度波衰减度比内保温墙体大，并且外保温墙体的内壁温波幅较小，能够抵抗室外温度波的大幅度变化，有着更好的热稳定性。

6 结语

节能减排是我国的基本国策，是建设节约型社会的根本要求。长江流域地区夏季炎热，冬季阴冷潮湿，室内居住热环境恶劣，居住建筑数量多、耗能大、建设速度快，其节能是当务之急。建筑节能措施都是先从改善围护结构热工性能开始，为实现这一目标，居住建筑围护结构各部件热工性能应符合标准中的规定，这需要对建筑围护结构热工性能提出更高要求。

参考文献：

[1]张湘圆，张辉.建筑围护结构能耗检测及评价的等效模型[J].建筑热能通风空调，2012，31（5）：58-61.

（作者单位：德州市建筑规划勘察设计研究院）