居住建筑外墻外保溫厚度的優(yōu)化研究

【摘 要】近年來，隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，推動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展，各類建筑工程項(xiàng)目與日俱增。在建筑不斷增多的同時(shí)，建筑能耗問題也隨之凸顯，這一問題逐步引起了政府的高度重視。為了進(jìn)一步降低建筑能耗，墻體保溫技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品獲得了廣泛應(yīng)用。其中外墻外保溫技術(shù)以其自身特有的作用和優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)各大城市都獲得推廣使用，并且也都取得了顯著的效果。業(yè)界對(duì)于建筑外墻外保溫的研究范圍也隨之不斷擴(kuò)大，主要的研究方向有施工工藝、保溫材料等，但在保溫層厚度方面的研究卻相對(duì)較少。為此，本文就居住建筑外墻外保溫厚度的優(yōu)化展開研究。

【關(guān)鍵詞】住宅建筑；外墻保溫層；厚度；經(jīng)濟(jì)性

一、建筑外墻外保溫的主要作用

（一）有助于延長(zhǎng)建筑的使用壽命

由于外墻外保溫的保溫層是在建筑的外部，從而使得因溫度變化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形所產(chǎn)生的應(yīng)力獲得了有效地緩沖，進(jìn)一步避免了雨雪冰凍等氣候變化和干濕循環(huán)對(duì)建筑外部結(jié)構(gòu)的破壞，大幅度降低了紫外線和有害氣體對(duì)建筑外部結(jié)構(gòu)的侵蝕。為此，只要墻體和保溫材料選擇的適當(dāng)且厚度合理，就能夠消除大部分裂縫的產(chǎn)生，這有助于延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的整體使用壽命。

（二）有利于增大室內(nèi)面積

由于采用外墻外保溫技術(shù)對(duì)墻體進(jìn)行保溫，所有的保溫層都是在貼在墻體的外側(cè)，這樣不僅能夠使外墻的整體厚度有所減薄，從而節(jié)省建筑材料、降低工程造價(jià)，而且還使室內(nèi)的空間面積得以增大，可謂是一舉而得。

（三）可消除熱橋造成的影響

所謂的熱橋具體是指在墻體內(nèi)側(cè)與外側(cè)交界處、門窗洞口以及框架梁等部位，形成的散熱渠道。若是建筑采用內(nèi)保溫的話，熱橋效應(yīng)是很難消除的，而外墻外保溫卻可以使這種熱橋效應(yīng)基本消除，這樣一來便能夠使熱損失大幅度減少，有助于節(jié)省冬季采暖費(fèi)用。

（四）便于建筑內(nèi)部裝修和改造

對(duì)于新建的住宅建筑而言，由于保溫層全部外置，故此住戶在進(jìn)行室內(nèi)裝修時(shí)無需擔(dān)心保溫層被破壞。同時(shí)，在對(duì)一些舊建筑進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，采用外墻外保溫對(duì)住戶的正常生活基本不會(huì)帶來太大的影響。

正是因?yàn)榻ㄖ鈮ν獗氐倪@些作用，使得這種保溫結(jié)構(gòu)獲得了大范圍推廣，在我國(guó)無論是南方城市，還是北方城市，都將外保溫結(jié)構(gòu)作為住宅建筑的首選。近些年來，對(duì)建筑外墻外保溫的研究大部分都集中在施工工藝和保溫材料的選擇上，主要研究目的也都是為了提高保溫隔熱效果。對(duì)于外保溫層厚度的研究卻相對(duì)較少，為此，本文下面以建筑外墻外保溫層厚度作為研究對(duì)象，主要目的是為了探索最優(yōu)的外墻外保溫層厚度，這有助于提高各方面的經(jīng)濟(jì)效益。

二、居住建筑外墻外保溫厚度的優(yōu)化研究

下面本文以江蘇省會(huì)南京市作為研究對(duì)象，對(duì)居住建筑外墻外保溫層厚度的優(yōu)化進(jìn)行研究。選擇南京市作為研究對(duì)象的主要原因?yàn)樗欠浅５湫偷南募狙谉帷⒍竞涞牡貐^(qū)，所以外墻外保溫層的厚度確定既要考慮夏季供冷，同時(shí)也要考慮冬季供熱。

（一）能耗分析方法

目前，由北京清華大學(xué)建筑技術(shù)科研組研發(fā)的DeST-h這款模擬軟件，已被廣泛應(yīng)用于各類住宅建筑的能耗模擬計(jì)算當(dāng)中。利用該軟件能夠準(zhǔn)確計(jì)算出住宅建筑內(nèi)各個(gè)房間的逐時(shí)基礎(chǔ)室溫、空調(diào)負(fù)荷以及采暖等多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，并且還能給出建筑結(jié)構(gòu)中各主要構(gòu)件的熱平衡方程，再經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，便可求出各個(gè)房間中各種擾量對(duì)室內(nèi)溫度的影響系數(shù)，最后按照疊加的原理可以將各個(gè)擾量計(jì)算疊加成室內(nèi)未供暖時(shí)的溫度以及所需的供暖負(fù)荷。該軟件的研發(fā)對(duì)我國(guó)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要意義。下面本文以該軟件為基礎(chǔ)，對(duì)地處于江蘇省南京市的某座建筑進(jìn)行研究。該市常用的基層墻體結(jié)構(gòu)及其熱工特性如表1所示。

（二）外保溫材料種類及厚度對(duì)建筑能耗的影響分析

1.材料種類對(duì)建筑能耗的影響。本文采用的是定量分析的研究方法，為了確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，決定采用較為常用的四種外墻保溫材料分別作為研究對(duì)象，研究不同熱阻的保溫材料對(duì)建筑能耗的影響。假定模擬計(jì)算中其它條件全部相同，只改變材料的種類，墻體厚度均為200mm，且墻體內(nèi)外表面都采用20mm厚的水泥砂漿，保溫層厚度取30mm。經(jīng)過模擬計(jì)算后得出該建筑采用不同保溫材料時(shí)的全年累計(jì)能耗指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

按照表2中的計(jì)算結(jié)果可知，在保溫層厚度相同的情況下，各種保溫材料對(duì)建筑能耗產(chǎn)生的影響是不同的，即材料導(dǎo)熱系數(shù)越小、熱阻越大，采暖能耗就越低。在以上四種保溫材料中，聚氨酯泡沫的傳熱系數(shù)最小，以此作為保溫材料可使建筑能耗達(dá)到最低，保溫效果也最好。由此得出以下結(jié)論：當(dāng)保溫材料厚度相同時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)越小，節(jié)能保溫效果就越好。

2.材料厚度對(duì)建筑能耗的影響。為了便于研究保溫材料厚度對(duì)建筑能耗的影響，假定其它條件全部相同，僅改變材料的厚度，通過模擬計(jì)算得出建筑空調(diào)和采暖的能耗指標(biāo)，選用的材料為膨脹聚苯板，不同厚度的負(fù)荷指標(biāo)及其節(jié)能率如表3所示。

從表3中模擬出來的結(jié)果能夠非常清楚的看到，建筑外墻采用保溫措施之后，采暖期的熱負(fù)荷指標(biāo)獲得了顯著下降，同時(shí)，保溫材料厚度的增加能耗會(huì)逐漸降低。當(dāng)保溫材料達(dá)到70mm時(shí)，相對(duì)于未作保溫的墻體而言，節(jié)能率為46.4%，節(jié)能效果十分明顯。由此可得出以下結(jié)論：當(dāng)保溫材料的種類確定以后，保溫層的厚度大小是決定建筑保溫性能的關(guān)鍵參數(shù)，即厚度增加維護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗會(huì)有所減少，這樣能夠達(dá)到降低建筑負(fù)荷的目的。但是，厚度的增加是需要有一個(gè)限度的，并不是無限量地增加厚度，就能使建筑能耗越來越低，這樣做的結(jié)果只能使投資成本增大，卻并不會(huì)改善節(jié)能效果，而且保溫層會(huì)隨著厚度的增加引起自重增大，這樣