實驗分析新建筑的首年采暖能耗

徐晨萌

1 概述

在我國，傳統的磚混結構的新房子第一個采暖季能耗比舊房子要高，若維持相同的室內溫度需要增加一些供熱量，或稱供熱裕量。其原因是施工時結構中積存了水分，它們或者由于自然降水或者由于施工的需要。因此使得房屋圍護結構保溫性能變差，能耗增加。一項研究表明［1］，含濕加氣混凝土砌塊實測到的總當量導熱系數λ隨含濕量的增加而單調地遞升。結構中水分的散失是緩慢的，它與結構兩側空氣的含濕量、自然環境、結構的組成材質等因素有關。不同朝向的墻體也不盡相同。受太陽輻射影響，南向墻體中水分散失通常比北向快。含濕多孔材料中水分遷移可有五個途徑，即濃度梯度下的擴散、液體在毛細管內的遷移、壓力梯度下的滲流、溫度梯度引起的濕分熱擴散和多孔材料中蒸發或冷凝引起的濕分遷移。而結構內水的相變化不僅影響結構的熱工性能，還能引起墻面龜裂和平屋面防水的破壞。

我們對朝向和建筑設計及結構相同的新舊兩棟建筑的供熱能耗進行了現場實測，兩棟建筑皆為6層，墻體為370加氣混凝土砌塊，南北朝向，體形系數0.3，窗墻比0.3。兩棟建筑毗鄰，外環境相似。

2 現場測試

熱量計測量兩棟建筑的累積供熱量Qx和Qj，下標x表示新建筑，下標j表示舊建筑。室內溫度設定為ti=18℃;熱電耦測量兩棟建筑的南、北向各一個房間的室內溫度txn，txb和tjn，tjb以及室外溫度to，其中下標n和b分別表示南向和北向房間。以此調節新建筑的供熱量(Qx)，以滿足對應房間的溫度都與室內設定溫度相同，即txn=txb=tjn=tjb=ti=18℃。同時采暖中期對新、舊建筑所選擇房間的南、北外墻的內、外表面溫度和熱流密度做了測量，分別得到新建筑南向房間外墻的內、外表面溫度txni，txno，新建筑北向房間外墻的內、外表面溫度txbi，txbo和新建筑南、北外墻的熱流密度qxn，qxb，同時測得舊建筑對應房間南、北外墻的內、外表面溫度(tjni，tjno，tjbi，tjbo)以及相應的熱流密度qjn和qjb。統計平均熱流密度和溫度，以確定新建筑南、北向墻體的當量導熱系數λxn和λxb及舊建筑南、北向墻體的當量導熱系數λjn和λjb。

3 測量數據分析

1 )整個采暖季新建筑比舊建筑多消耗的能量由Δ=(Qx/Qj)－1確定，在室內溫度相同的情況下，Δ=24%。以哈爾濱為例，室內溫度設為18℃，若采暖季室外平均溫度為－9.1℃～－10.0℃，以其平均值－9.55℃估算，如果新建筑不增加這部分供熱量，室內溫度將降低［18－(－9.55)］×24%=6.612℃，室內溫度僅為11.39℃。2)依照測得的數據，新建筑南向墻體與舊建筑南向墻體的耗熱量之比qxn/qjn=1.194，即南向墻體首年采暖年度要多耗能19.4%;新、舊建筑北向墻體耗能比為qxb/qjb=1.23，即北向墻體首年采暖年度要多耗能23%。新建筑墻體首年采暖平均比舊建筑墻體多耗能(19.4%+23%)/2=21.2%。建筑采暖能耗包括圍護結構墻、窗、屋面等能耗及滲風能耗。可見，新建筑比舊建筑多散失的能量中，墻體濕分的影響最大。3)確定新建筑南向和北向墻體的當量導熱系數。南向墻體有qxn=(txni－txno)/∑(δni/λni)，其中，δni，λni分別為南向墻體各層材料厚度和相應的導熱系數。忽略內外抹面層影響，求出首年采暖年度南向墻砌體的當量導熱系數λxn=0.293W/(m·K)。代入北向墻體的測量數據qxn，txni，txno及墻體厚度δbi(與δni相等)求出首年采暖年度砌體北向墻砌體的當量導熱系數λxb=0.302 5W/(m·K);同樣，算出舊建筑南向墻體當年的當量導熱系數λjn=0.245 4 W/(m·K);舊建筑北向墻體當年的當量導熱系數λjb=0.245 9W/(m·K)，舊建筑南、北向墻體當量導熱系數平均為0.245 6W/(m·K)。

4 節能墻體首年采暖年度傳熱系數的估算

忽略墻體兩側的對流換熱阻，墻體傳熱系數K=1/RO= 1/∑(δi/λi)，其中，RO為墻體總熱阻;δi，λi分別為組成墻體材料的厚度和導熱系數。

選擇兩種混凝土砌塊復合墻體，分別是:1)聚苯板外保溫，厚度80 mm，混凝土砌塊墻厚度200 mm。2)聚苯板外保溫，厚度50 mm，混凝土砌塊墻厚度300 mm。

以上獲得的砌體當量導熱系數，估算南、北兩個朝向新砌復合墻體的傳熱系數和舊墻加聚苯板改造后的兩種情況下墻體的傳熱系數。兩種新建復合墻體南向混凝土砌塊的當量導熱系數按0.293W/(m·K)計算，北向按0.302 5 W/(m·K)計算，而舊墻改造中的混凝土砌塊的當量導熱系數按0.245 6W/(m·K)計算，聚苯板的導熱系數設為0.049W/(m·K)，結果見表1。

通過比較表1中的傳熱系數值，可知第一種新建復合墻體(南北向)傳熱系數和舊墻改造的相近;第二種新建復合墻體(北向)傳熱系數只比舊墻改造多了8%。

表1 估算的墻體傳熱系數 W/(m·K)

5 結語

由于濕分的影響，新建筑首年采暖年度能耗比舊建筑多24%;墻體施工水分的存在和遷移導致其導熱系數增加，保溫性能變差。新墻體的平均能耗增加了21.2%;對采用兩種復合墻體的新建筑物的墻體傳熱系數估算，用了聚苯板材料保溫后，首年采暖年度墻體能耗受濕分影響不大。

［1］ 王補宣，王 仁.含濕建筑材料的導熱系數［J］.工程熱物理學報，1983，4(2)：146-151.

［2］ 孟繁勇.同程與異程采暖系統在節能方面的比較［J］.山西建筑，2009，35(12)：198-199.