论文部分内容阅读
【摘要】在设计一栋建筑时，对建筑的热性能无法进行测试，简单的理论计算也无法对复杂的建筑进行有效分析。在进行建筑设计时，一般不考虑供暖空调系统的具体形式，所以，建筑的节能优化设计主要指围护结构的优化设计。文中采用DeST-c辅助模拟软件计算工具，分析了不同气候地区外墙采用内保温的节能措施对空调负荷的影响。可以为不同气候地区的公共建筑外墙的保温隔热设计提供依据。
【关键词】外墙内保温；DeST-c模拟计算；空调负荷；节能
0.引言
建筑环境变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地对建筑环境状况进行预测。计算机模拟计算可以判断某种节能措施应用在特定建筑物上的适用性。
不同建筑间能耗的差异很大程度上是由围护结构的不同引起的。外围护结构的作用是使室内受到遮护，以不受室外温度变化的影响。经实测，我国北方采暖地区的建筑物约有三分之一的热量经外墙传向室外[1]。从节能角度出发，采暖居住建筑外墙发展的总趋势是采用高效保温材料构成的复合的外墙体。外墙保温有两种形式，即外保温与内保温。内保温墙体即绝热材料复合在建筑物外墙内侧，同时以石膏板、建筑人造板或其他饰面材料覆面作为保护层。构造：①体结构层，②空气层，③绝热材料层，④覆面保护层[2]。
1.围护结构设计方案
1.1 工程概况
以某办公楼为计算对象。地上5层，建筑高度18.3米，总建筑面积：4408m2。1-5层有开敞式办公区和办公室，设置空调；卫生间设空调；走廊等其他功能房间不设空调。
1.2 设计思路
在进行建筑设计时 ，一般也不考虑供暖空调系统的具体形式，所以，建筑的节能优化设计主要指围护结构的优化设计，包括建筑几何结构的设计和建筑构件材料的选择。在设计一栋建筑时，对建筑的热性能无法进行测试，简单的理论计算也无法对复杂的建筑进行有效分析。文中采用DeST-c辅助模拟计算工具来帮助设计者完成人力不能为的计算，优化方案，实现节能舒适的设计。
提出一个建筑设计方案，然后增加外墙的内保温这一项节能措施，用DeST-c模拟软件计算，了解外墙内保温的节能效果。选取两个不同的地区，分别比较外墙内保温的节能措施对空调负荷的影响。
（1）寒冷地区选取北京为代表城市。
模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯板 60mm厚），传热系数：0.476。屋顶传热系数0.543；楼板传热系数2.7；内墙传热系数：1.041；外窗传热系数：2.4。
根据建筑所处城市的建筑气候分区，围护结构的热工性能符合《公共建筑节能设计标准》中的规定。
（2）夏热冬冷地区选取上海为代表城市。
方案1：
围护结构参数及采取的内保温措施达到与寒冷地区相同的水平模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯板 60mm厚），传热系数：0.476。屋顶、楼板、内墙、外窗传热系数与上同。
方案2：
根据《公共建筑节能设计标准》中对夏热冬冷地区围护结构的热工性能的规定来设定围护结构传热系数。
模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯乙烯泡沫塑料 10mm厚），传热系数：0.946。屋顶传热系数0.7；外窗传热系数：2.9；楼板、内墙传热系数与上同。
注：传热系数单位：W/（m2·k）。
1.3 其他输入参数的设定
1.3.1 通风换气量的确定
在夏季夜间及过渡季，室内外通风量为开窗风量；其他时间为关窗风量（渗透风量）。开窗风量及关窗风量的大小与当地的气象条件、建筑周围的地形与建筑本身的结构密切相关，难以给出确定的数值[3]。文献[4-5]通过测试和调研得出，建筑物房间的关窗风量可取换气次数0.5h-1（考虑到关窗不严引起的渗透风量），开窗风量取10h-1。最后综合考虑确定关窗风量取换气次数0.5h-1，开窗风量取10h-1。
1.3.2 内遮阳措施的确定
内遮阳设施采用百叶窗帘。窗帘的作息：只在6月中旬到9月中旬的中午11点到下午4点打开窗帘，其余时间关闭窗帘。
2.计算结果与分析
2.1 外墙内保温对空调负荷的影响（间歇采暖方案）
对于间歇采暖的方案，采用内保温措施后，累计热负荷明显降低，而空调冷负荷变化不大。
这是由于，冬季，一般室内温度高，室外温度低，热流必然由室内流向室外。采取保温措施，使流出的热量减少，既可以节能，又可以使室内温度变得舒适。夏季，一到夜间必须把白天房间内所积蓄的热量尽快地排向室外，这时，重要的是散热。上海地区，白天因受强烈日射而室温升的很高的房间，即使白天也要尽量把热排放出去。这时，因为房间采取了保温措施，反倒使房间变的更热。即采取内保温措施后，冷负荷反而增大。
2.2不同采暖方式对空调负荷的影响
墙体采取内保温措施后，在间歇采暖与连续采暖方案下能耗的比较：采用连续采暖的方案后，最大热负荷显著增大。（这个跟采暖时間段有关）。内保温节能墙体的外侧结构层密度大、蓄热能力大，因此采用这种墙体时室温波动较大，供暖时升温快，不供暖时降温也快，在冬季时，宜采用连续供暖方式以保证正常的室内热环境。
2.3 不同内保温方案对空调负荷的影响
采用两种内保温方案（这里指前面1.2节提到的方案1和方案2）后，经模拟得出：采取较好的保温措施，可以明显降低采暖能耗。而空调季，采用内保温措施时甚至比不采用保温能耗还要高。
冬季外围护结构的热阻决定着各内表面温度和室内所需热量。这是因为在冬季室内的温度一般比室外温度要高，热量由室内传向室外，方案1围护结构的传热系数低于方案2，所以方案1热负荷最低。夏季，虽然室内外温差的方向并不总是一致的，而在夜间可能由室内向室外方向传热，但是，在有空调设备的建筑中，外围护结构热阻的作用仍与冬季类似。不过，由于夏季室内外温差与室外空气温度的日波动值相比，两者不相上下，所以，在决定室内热环境方面，围护结构热阻的相对重要性减小了，而蓄热量的相对重要性要比冬季大。方案2的蓄热量大于方案1，所以方案2的冷负荷要大一些。
3.结论
从以上研究可得如下结论：
（1）不同气候地区外墙内保温对降低空调热负荷均有利。在上海地区增大内保温效果，即减小墙体传热系数，对降低空调热负荷有利，反而使得空调冷负荷增加。
（2）不同气候地区应采取不同的隔热保温措施，如夏热冬冷地区在进行围护结构的热工设计时，不能简单地采用降低围护结构传热系数，来达到节约建筑能耗的目的。夏热冬冷地区，既要保证夏季隔热，又要兼顾冬季保温；寒冷地区，既要保证冬季保温，又要兼顾夏季隔热。
采用内保温的节能墙体，供暖时升温快，不供暖时降温也快，在冬季时，宜采用连续供暖方式以保证正常的室内热环境。经过上述分析这种墙体应用在礼堂、俱乐部、会场等公共建筑上较为有利。
【参考文献】
[1]李秋启，程玉林，王淑琴.墙体的内保温与外保温.http：//www.cnki.net.
[2]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术.中国建筑工业出版社.
[3]张晓亮，朱光俊，江亿.建筑环境设计模拟分析软件DeST第13讲住宅模拟优化实例. 暖通空调，2005，35（18（：65-72，109.
[4]简毅文.住宅热性能评价方法的研究：[博士学位论文].北京：清华大学，2003.
[5]张才才，李振海.上海市集合住宅气密性能实测及换气性能分析.节能，2005，（2）：35-37.
【关键词】外墙内保温；DeST-c模拟计算；空调负荷；节能
0.引言
建筑环境变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地对建筑环境状况进行预测。计算机模拟计算可以判断某种节能措施应用在特定建筑物上的适用性。
不同建筑间能耗的差异很大程度上是由围护结构的不同引起的。外围护结构的作用是使室内受到遮护，以不受室外温度变化的影响。经实测，我国北方采暖地区的建筑物约有三分之一的热量经外墙传向室外[1]。从节能角度出发，采暖居住建筑外墙发展的总趋势是采用高效保温材料构成的复合的外墙体。外墙保温有两种形式，即外保温与内保温。内保温墙体即绝热材料复合在建筑物外墙内侧，同时以石膏板、建筑人造板或其他饰面材料覆面作为保护层。构造：①体结构层，②空气层，③绝热材料层，④覆面保护层[2]。
1.围护结构设计方案
1.1 工程概况
以某办公楼为计算对象。地上5层，建筑高度18.3米，总建筑面积：4408m2。1-5层有开敞式办公区和办公室，设置空调；卫生间设空调；走廊等其他功能房间不设空调。
1.2 设计思路
在进行建筑设计时 ，一般也不考虑供暖空调系统的具体形式，所以，建筑的节能优化设计主要指围护结构的优化设计，包括建筑几何结构的设计和建筑构件材料的选择。在设计一栋建筑时，对建筑的热性能无法进行测试，简单的理论计算也无法对复杂的建筑进行有效分析。文中采用DeST-c辅助模拟计算工具来帮助设计者完成人力不能为的计算，优化方案，实现节能舒适的设计。
提出一个建筑设计方案，然后增加外墙的内保温这一项节能措施，用DeST-c模拟软件计算，了解外墙内保温的节能效果。选取两个不同的地区，分别比较外墙内保温的节能措施对空调负荷的影响。
（1）寒冷地区选取北京为代表城市。
模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯板 60mm厚），传热系数：0.476。屋顶传热系数0.543；楼板传热系数2.7；内墙传热系数：1.041；外窗传热系数：2.4。
根据建筑所处城市的建筑气候分区，围护结构的热工性能符合《公共建筑节能设计标准》中的规定。
（2）夏热冬冷地区选取上海为代表城市。
方案1：
围护结构参数及采取的内保温措施达到与寒冷地区相同的水平模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯板 60mm厚），传热系数：0.476。屋顶、楼板、内墙、外窗传热系数与上同。
方案2：
根据《公共建筑节能设计标准》中对夏热冬冷地区围护结构的热工性能的规定来设定围护结构传热系数。
模拟建筑围护结构参数：外墙：①外墙未做保温，传热系数：1.281。②外墙做内保温（聚苯乙烯泡沫塑料 10mm厚），传热系数：0.946。屋顶传热系数0.7；外窗传热系数：2.9；楼板、内墙传热系数与上同。
注：传热系数单位：W/（m2·k）。
1.3 其他输入参数的设定
1.3.1 通风换气量的确定
在夏季夜间及过渡季，室内外通风量为开窗风量；其他时间为关窗风量（渗透风量）。开窗风量及关窗风量的大小与当地的气象条件、建筑周围的地形与建筑本身的结构密切相关，难以给出确定的数值[3]。文献[4-5]通过测试和调研得出，建筑物房间的关窗风量可取换气次数0.5h-1（考虑到关窗不严引起的渗透风量），开窗风量取10h-1。最后综合考虑确定关窗风量取换气次数0.5h-1，开窗风量取10h-1。
1.3.2 内遮阳措施的确定
内遮阳设施采用百叶窗帘。窗帘的作息：只在6月中旬到9月中旬的中午11点到下午4点打开窗帘，其余时间关闭窗帘。
2.计算结果与分析
2.1 外墙内保温对空调负荷的影响（间歇采暖方案）
对于间歇采暖的方案，采用内保温措施后，累计热负荷明显降低，而空调冷负荷变化不大。
这是由于，冬季，一般室内温度高，室外温度低，热流必然由室内流向室外。采取保温措施，使流出的热量减少，既可以节能，又可以使室内温度变得舒适。夏季，一到夜间必须把白天房间内所积蓄的热量尽快地排向室外，这时，重要的是散热。上海地区，白天因受强烈日射而室温升的很高的房间，即使白天也要尽量把热排放出去。这时，因为房间采取了保温措施，反倒使房间变的更热。即采取内保温措施后，冷负荷反而增大。
2.2不同采暖方式对空调负荷的影响
墙体采取内保温措施后，在间歇采暖与连续采暖方案下能耗的比较：采用连续采暖的方案后，最大热负荷显著增大。（这个跟采暖时間段有关）。内保温节能墙体的外侧结构层密度大、蓄热能力大，因此采用这种墙体时室温波动较大，供暖时升温快，不供暖时降温也快，在冬季时，宜采用连续供暖方式以保证正常的室内热环境。
2.3 不同内保温方案对空调负荷的影响
采用两种内保温方案（这里指前面1.2节提到的方案1和方案2）后，经模拟得出：采取较好的保温措施，可以明显降低采暖能耗。而空调季，采用内保温措施时甚至比不采用保温能耗还要高。
冬季外围护结构的热阻决定着各内表面温度和室内所需热量。这是因为在冬季室内的温度一般比室外温度要高，热量由室内传向室外，方案1围护结构的传热系数低于方案2，所以方案1热负荷最低。夏季，虽然室内外温差的方向并不总是一致的，而在夜间可能由室内向室外方向传热，但是，在有空调设备的建筑中，外围护结构热阻的作用仍与冬季类似。不过，由于夏季室内外温差与室外空气温度的日波动值相比，两者不相上下，所以，在决定室内热环境方面，围护结构热阻的相对重要性减小了，而蓄热量的相对重要性要比冬季大。方案2的蓄热量大于方案1，所以方案2的冷负荷要大一些。
3.结论
从以上研究可得如下结论：
（1）不同气候地区外墙内保温对降低空调热负荷均有利。在上海地区增大内保温效果，即减小墙体传热系数，对降低空调热负荷有利，反而使得空调冷负荷增加。
（2）不同气候地区应采取不同的隔热保温措施，如夏热冬冷地区在进行围护结构的热工设计时，不能简单地采用降低围护结构传热系数，来达到节约建筑能耗的目的。夏热冬冷地区，既要保证夏季隔热，又要兼顾冬季保温；寒冷地区，既要保证冬季保温，又要兼顾夏季隔热。
采用内保温的节能墙体，供暖时升温快，不供暖时降温也快，在冬季时，宜采用连续供暖方式以保证正常的室内热环境。经过上述分析这种墙体应用在礼堂、俱乐部、会场等公共建筑上较为有利。
【参考文献】
[1]李秋启，程玉林，王淑琴.墙体的内保温与外保温.http：//www.cnki.net.
[2]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术.中国建筑工业出版社.
[3]张晓亮，朱光俊，江亿.建筑环境设计模拟分析软件DeST第13讲住宅模拟优化实例. 暖通空调，2005，35（18（：65-72，109.
[4]简毅文.住宅热性能评价方法的研究：[博士学位论文].北京：清华大学，2003.
[5]张才才，李振海.上海市集合住宅气密性能实测及换气性能分析.节能，2005，（2）：35-37.