工程围护结构采取保温隔热措施的必要性

蒲 栎 帆

(甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 概述

工程对节能不够重视，容易形式主义，建设方通常无法正确认识节能措施的重要性，在一些老旧小区改造工程中，不重视节能设计。为贯彻国家有关法律法规和方针政策，改善公共建筑的室内环境，提高能源利用效率，促进可再生能源的建筑应用，降低建筑能耗，应做节能设计。希望结合实际工程，采用数据对比，论述围护结构保温隔热措施的重要性。

2 研究条件与方法

2.1 研究对象

笔者为西北地区甲级设计院的普通建筑设计人员，在实际工程中，通常会遇到建设方或者一些相关专业对于建筑节能的质疑，具体就是针对外围护结构的保温隔热手段，即通常所说的给建筑“穿衣戴帽”，总觉得可有可无，有些建设方不懂得保温隔热措施的重要性。今天，笔者结合实际工程，向大家说明一下采取保温隔热措施的必要性。

项目概况：一栋办公楼，位于西北地区，气候分区为寒冷A区，地上16层，地下1层；地下1层为地下车库及设备用房，1层～2层为政务大厅，3层～16层为办公用房，屋面设置设备用房；地下1层层高为4.5 m，管道夹层层高为1.5 m，1层层高为4.2 m，2层层高为3.6 m，3层～16层层高均为3.2 m，建筑高度为52.90 m；为框架—剪力墙结构；总建筑面积1.7万m2，其中地下部分建筑面积3 014.66 m2。采取的节能措施主要有：建筑物外墙、屋面、地面均采用保温材料(地面为水泥膨胀蛭石，其余为岩棉板)，节能玻璃幕墙、可移动的防寒门斗。本论文仅讨论围护结构采取保温隔热措施对于建筑能耗的影响。

2.2 研究基础

2.2.1所采用的软件

北京绿建软件有限公司研发的节能设计BECS2018版本号20170808。

2.2.2设计依据

1)GB 50189—2015公共建筑节能设计标准；2)GB 50176—2016民用建筑热工设计规范；3)GB/T 7106—2008建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法；4)GB/T 21086—2007建筑幕墙。

2.2.3研究中的各项参数及计算结果

1)体形系数。建筑体形系数(shape factor)：建筑物与室外空气直接接触的外表面积与其所包围的体积的比值，外表面积不包括地面和不供暖楼梯间内墙的面积。本工程体形系数见表1。

表1 体形系数计算表

2)单一立面窗墙比。单一立面窗墙面积比(single facade window to wall ratio)：建筑某一个立面的窗户洞口面积与该立面的总面积之比，简称窗墙面积比。本工程单一立面窗墙比结果见表2。

表2 单一立面窗墙比计算表

3)屋面构造。本工程屋面构造为铺地砖上人屋面，由上到下做法：多微孔瓷砖40 mm+水泥砂浆10 mm+自粘防水卷材2 mm+自粘防水卷材3 mm+水泥砂浆20 mm+矿棉、岩棉、玻璃棉松散料(ρ=70～120) 100 mm+1∶8水泥矿渣找坡30 mm+聚氨酯防潮底漆1 mm+钢筋混凝土120 mm+水泥砂浆20 mm。屋面传热系数结果见表3。

表3 屋面构造传热系数计算结果表

4)外墙构造。本工程外墙构造为干挂石材外墙，由外到内做法：花岗岩、玄武岩20 mm+矿棉、岩棉、玻璃棉松散料(ρ=70～120)80 mm+水泥砂浆20 mm+加气混凝土、泡沫混凝土(ρ=700)200 mm+石灰砂浆20 mm。外墙平均传热系数结果见表4。

表4 外墙平均传热系数计算结果表

由于本工程节能设计不能完全满足围护结构热工设计规定指标要求，故需要进行权衡判断。

2.2.4综合权衡计算结果

围护结构热工性能权衡判断(building envelope thermal performance trade-off)指的是：当建筑设计不能完全满足围护结构热工设计规定指标要求时，计算并比较参照建筑和设计建筑的全年供暖和空气调节能耗，判定围护结构的总体热工性能是否符合节能设计要求的方法，简称权衡判断。本工程节能综合权衡计算所需参数条件见表5。

表5 综合权衡计算条件表

2.2.5综合权衡结果

经过综合权衡计算，得出本工程在经过权衡计算后满足规范要求，具体结论及数据见表6。

表6 综合权衡计算表 kWh/m2

2.3 对比研究

2.3.1假设屋面不采取任何保温隔热措施

由于研究对象为同一工程，在当前的假设条件下体形系数、单一立面窗墙比及外墙平均传热系数为固定值(外墙平均传热系数见表4)，仅屋面构造出现变化，屋面采取构造为铺地砖上人屋面(无保温)，由上到下的做法为：铺地砖上人屋面(由外到内)：多微孔瓷砖40 mm+水泥砂浆10 mm+自粘防水卷材2 mm+自粘防水卷材3 mm+水泥砂浆20 mm+1∶8水泥矿渣找坡30 mm+聚氨酯防潮底漆1 mm+钢筋混凝土120 mm+水泥砂浆20 mm。具体传热系数计算结果见表7。

表7 屋面传热系数计算结果表

由于屋面的传热系数不满足GB 50189—2015公共建筑节能设计标准表3.3.1-3寒冷地区甲类公共建筑围护结构热工性能限值中的要求，K=2.34 W/(m2·K)，远远大于规范的限值不大于0.45 W/(m2·K)，且不满足GB 50189—2015公共建筑节能设计标准表3.4.1-1中寒冷地区屋面传热系数应该小于0.55 W/(m2·K)，故无法进行围护结构热工性能的权衡判断。

2.3.2假设外墙不采取任何保温隔热措施

由于研究对象为同一工程，在当前的假设条件下体形系数、单一立面窗墙比及屋面传热系数为固定值(屋面传热系数见表3)，仅外墙构造出现变化，外墙采取构造为干挂石材外墙(无保温)，由外到内的做法为：干挂石材外墙(由外到内)：花岗岩、玄武岩20 mm+水泥砂浆20 mm+加气混凝土、泡沫混凝土(ρ=700)200 mm+石灰砂浆20 mm。平均传热系数结算结果见表8。

表8 外墙平均传热系数计算结果表

由于外墙的传热系数不满足GB 50189—2015公共建筑节能设计标准表3.3.1-3寒冷地区甲类公共建筑围护结构热工性能限值中的要求，K=1.08 W/(m2·K)，远远大于规范的限值K≤0.50,S≤0.30或K≤0.45,0.30

3 结语

由于屋面及墙体不采取保温措施，导致无法依据规范进行建筑物围护结构热工性能的权衡判断，所以具体耗热量指标无法得出，但是根据单一指标，可以适时对屋面及外墙的数据进行分析，对比结果见表9。

表9 对比结果表 W/(m2·K)

由表9可知，屋面的传热系数由0.38 W/(m2·K)增至2.34 W/(m2·K)，增加了近7倍之多；而外墙的传热系数由0.42 W/(m2·K)增至1.08 W/(m2·K)，增加了近3倍。根据围护结构的传热系数的定义：围护结构的传热系数K0表示围护结构两侧空气温度差为1 ℃，单位时间内通过1 m2面积传递的热量。笔者作出如下两种假设情况：

假设一:在冬季采暖期时，室外平均温度为-10 ℃，室内采暖设计温度为18 ℃，建筑物围护结构损失热量如表10所示。

表10 冬季屋面和外墙损失热量对比表(以1 m2为例) W/K

假设二:在夏季，室外平均温度为26.9 ℃，室内办公设计温度为24 ℃，围护结构接受热量情况见表11。

表11 夏季屋面和外墙接受热量对比表(以1 m2为例) W/K

根据规范要求，严寒和寒冷地区主要考虑冬季的保温，不考虑夏季隔热，从表10，表11中可以观察到，采取保温隔热措施能有效的减少热量损失，室内外温差越大，效果越显著，同理在夏热冬暖地区的夏季隔热中也适用。另外对比屋面和外墙这两处热桥部位，可以发现，在相同的温差及面积下，屋面的热量散失情况比外墙更严重，所以在实际工程中，屋面的保温隔热构造应该属于节能设计重点关注部分。