外墻內保溫對空調負荷的影響

【摘要】在設計一棟建筑時，對建筑的熱性能無法進行測試，簡單的理論計算也無法對復雜的建筑進行有效分析。在進行建筑設計時，一般不考慮供暖空調系統的具體形式，所以，建筑的節能優化設計主要指圍護結構的優化設計。文中采用DeST-c輔助模擬軟件計算工具，分析了不同氣候地區外墻采用內保溫的節能措施對空調負荷的影響。可以為不同氣候地區的公共建筑外墻的保溫隔熱設計提供依據。

【關鍵詞】外墻內保溫；DeST-c模擬計算；空調負荷；節能

0.引言

建筑環境變化是由眾多因素所決定的一個復雜過程，只有通過計算機模擬計算的方法才能有效地對建筑環境狀況進行預測。計算機模擬計算可以判斷某種節能措施應用在特定建筑物上的適用性。

不同建筑間能耗的差異很大程度上是由圍護結構的不同引起的。外圍護結構的作用是使室內受到遮護，以不受室外溫度變化的影響。經實測，我國北方采暖地區的建筑物約有三分之一的熱量經外墻傳向室外[1]。從節能角度出發，采暖居住建筑外墻發展的總趨勢是采用高效保溫材料構成的復合的外墻體。外墻保溫有兩種形式，即外保溫與內保溫。內保溫墻體即絕熱材料復合在建筑物外墻內側，同時以石膏板、建筑人造板或其他飾面材料覆面作為保護層。構造：①體結構層，②空氣層，③絕熱材料層，④覆面保護層[2]。

1.圍護結構設計方案

1.1 工程概況

以某辦公樓為計算對象。地上5層，建筑高度18.3米，總建筑面積：4408m2。1-5層有開敞式辦公區和辦公室，設置空調；衛生間設空調；走廊等其他功能房間不設空調。

1.2 設計思路

在進行建筑設計時 ，一般也不考慮供暖空調系統的具體形式，所以，建筑的節能優化設計主要指圍護結構的優化設計，包括建筑幾何結構的設計和建筑構件材料的選擇。在設計一棟建筑時，對建筑的熱性能無法進行測試，簡單的理論計算也無法對復雜的建筑進行有效分析。文中采用DeST-c輔助模擬計算工具來幫助設計者完成人力不能為的計算，優化方案，實現節能舒適的設計。

提出一個建筑設計方案，然后增加外墻的內保溫這一項節能措施，用DeST-c模擬軟件計算，了解外墻內保溫的節能效果。選取兩個不同的地區，分別比較外墻內保溫的節能措施對空調負荷的影響。

（1）寒冷地區選取北京為代表城市。

模擬建筑圍護結構參數：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數：1.281。②外墻做內保溫（聚苯板 60mm厚），傳熱系數：0.476。屋頂傳熱系數0.543；樓板傳熱系數2.7；內墻傳熱系數：1.041；外窗傳熱系數：2.4。

根據建筑所處城市的建筑氣候分區，圍護結構的熱工性能符合《公共建筑節能設計標準》中的規定。

（2）夏熱冬冷地區選取上海為代表城市。

方案1：

圍護結構參數及采取的內保溫措施達到與寒冷地區相同的水平模擬建筑圍護結構參數：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數：1.281。②外墻做內保溫（聚苯板 60mm厚），傳熱系數：0.476。屋頂、樓板、內墻、外窗傳熱系數與上同。

方案2：

根據《公共建筑節能設計標準》中對夏熱冬冷地區圍護結構的熱工性能的規定來設定圍護結構傳熱系數。

模擬建筑圍護結構參數：外墻：①外墻未做保溫，傳熱系數：1.281。②外墻做內保溫（聚苯乙烯泡沫塑料 10mm厚），傳熱系數：0.946。屋頂傳熱系數0.7；外窗傳熱系數：2.9；樓板、內墻傳熱系數與上同。

注：傳熱系數單位：W/（m2·k）。

1.3 其他輸入參數的設定

1.3.1 通風換氣量的確定

在夏季夜間及過渡季，室內外通風量為開窗風量；其他時間為關窗風量（滲透風量）。開窗風量及關窗風量的大小與當地的氣象條件、建筑周圍的地形與建筑本身的結構密切相關，難以給出確定的數值[3]。文獻[4-5]通過測試和調研得出，建筑物房間的關窗風量可取換氣次數0.5h-1（考慮到關窗不嚴引起的滲透風量），開窗風量取10h-1。最后綜合考慮確定關窗風量取換氣次數0.5h-1，開窗風量取10h-1。

1.3.2 內遮陽措施的確定

內遮陽設施采用百葉窗簾。窗簾的作息：只在6月中旬到9月中旬的中午11點到下午4點打開窗簾，其余時間關閉窗簾。

2.計算結果與分析

2.1 外墻內保溫對空調負荷的影響（間歇采暖方案）

對于間歇采暖的方案，采用內保溫措施后，累計熱負荷明顯降低，而空調冷負荷變化不大。

這是由于，冬季，一般室內溫度高，室外溫度低，熱流必然由室內流向室外。采取保溫措施，使流出的熱量減少，既可以節能，又可以使室內溫度變得舒適。夏季，一到夜間必須把白天房間內所積蓄的熱量盡快地排向室外，這時，重要的是散熱。上海地區，白天因受強烈日射而室溫升的很高的房間，即使白天也要盡量把熱排放出去。這時，因為房間采取了保溫措施，反倒使房間變的更熱。即采取內保溫措施后，冷負荷反而增大。

2.2不同采暖方式對空調負荷的影響

墻體采取內保溫措施后，在間歇采暖與連續采暖方案下能耗的比較：采用連續采暖的方案后，最大熱負荷顯著增大。（這個跟采暖時間段有關）。內保溫節能墻體的外側結構層密度大、蓄熱能力大，因此采用這種墻體時室溫波動較大，供暖時升溫快，不供暖時降溫也快，在冬季時，宜采用連續供暖方式以保證正常的室內熱環境。

2.3 不同內保溫方案對空調負荷的影響

采用兩種內保溫方案（這里指前面1.2節提到的方案1和方案2）后，經模擬得出：采取較好的保溫措施，可以明顯降低采暖能耗。而空調季，采用內保溫措施時甚至比不采用保溫能耗還要高。

冬季外圍護結構的熱阻決定著各內表面溫度和室內所需熱量。這是因為在冬季室內的溫度一般比室外溫度要高，熱量由室內傳向室外，方案1圍護結構的傳熱系數低于方案2，所以方案1熱負荷最低。夏季，雖然室內外溫差的方向并不總是一致的，而在夜間可能由室內向室外方向傳熱，但是，在有空調設備的建筑中，外圍護結構熱阻的作用仍與冬季類似。不過，由于夏季室內外溫差與室外空氣溫度的日波動值相比，兩者不相上下，所以，在決定室內熱環境方面，圍護結構熱阻的相對重要性減小了，而蓄熱量的相對重要性要比冬季大。方案2的蓄熱量大于方案1，所以方案2的冷負荷要大一些。

3.結論

從以上研究可得如下結論：

（1）不同氣候地區外墻內保溫對降低空調熱負荷均有利。在上海地區增大內保溫效果，即減小墻體傳熱系數，對降低空調熱負荷有利，反而使得空調冷負荷增加。

（2）不同氣候地區應采取不同的隔熱保溫措施，如夏熱冬冷地區在進行圍護結構的熱工設計時，不能簡單地采用降低圍護結構傳熱系數，來達到節約建筑能耗的目的。夏熱冬冷地區，既要保證夏季隔熱，又要兼顧冬季保溫；寒冷地區，既要保證冬季保溫，又要兼顧夏季隔熱。

采用內保溫的節能墻體，供暖時升溫快，不供暖時降溫也快，在冬季時，宜采用連續供暖方式以保證正常的室內熱環境。經過上述分析這種墻體應用在禮堂、俱樂部、會場等公共建筑上較為有利。

【參考文獻】

[1]李秋啟，程玉林，王淑琴.墻體的內保溫與外保溫.http：//www.cnki.net.

[2]付祥釗.夏熱冬冷地區建筑節能技術.中國建筑工業出版社.

[3]張曉亮，朱光俊，江億.建筑環境設計模擬分析軟件DeST第13講住宅模擬優化實例. 暖通空調，2005，35（18（：65-72，109.

[4]簡毅文.住宅熱性能評價方法的研究：[博士學位論文].北京：清華大學，2003.

[5]張才才，李振海.上海市集合住宅氣密性能實測及換氣性能分析.節能，2005，（2）：35-37.