地区建筑隔热性能优化范文

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《南海学刊》2017年第4期

［摘要］为了提出适宜南海地区岛礁气候条件的建筑隔热设计，采用建筑能耗软件计算了空调能耗和室内环境参数，分别针对屋顶和外墙两个建筑隔热重点部位进行多种构造形式的对比分析。结果表明:双层通风屋顶结合采用绝热材料的夹心外墙隔热构造具有显著隔热和节能优势。给出屋顶和外墙适宜的构造做法。

［关键词］热湿气候;建筑隔热;屋顶;外墙

0引言

21世纪是海洋的世纪，是未来新能源开发的主阵地。南海地区是我国海洋开发的前沿，该地区的建设工作对于未来的海洋开发具有重要的战略意义。南海地区比我国大陆上的夏热冬暖地区更低纬度，太阳辐射更强，气候受太阳赤纬运行规律影响显著［1］，其年均气温及相对湿度都显著高于夏热冬暖地区，且高温高湿持续时间长［2］。因此其气候特征与我国大陆夏热冬暖地区气候迥异。我国现有建筑热工分区主要考虑我国陆地领土，而没有涉及海洋中岛礁的建筑热工设计，因此没有给出广阔的南海海域岛礁上建筑的热工设计规范［3］，目前普遍的做法是借鉴夏热冬暖地区的隔热和节能设计方法。综上所述，南海地区严酷的气候条件给南海岛礁上的建筑隔热以及节能设计提出了更高需求。本文针对南海岛礁上建筑的隔热设计，分别从屋顶和外墙两方面进行优化研究，以期为未来岛礁建设提供思路和借鉴。

1屋顶隔热优化

屋顶隔热是建筑隔热设计的核心问题［4-5］。南海地区接近赤道，太阳高度角大，辐射强烈，屋顶的隔热性能对建筑整体隔热性能影响更为重要，特别是对于岛礁上的多层建筑。

1.1建筑概况

岛礁上雨水多，为便于排水，同时为增加室内空间，且为体现海南传统民居特点，提出了3种不同的坡屋面设计:1)单层坡屋面;2)封闭空气层的坡屋面;3)双层通风坡屋面，如图1所示。建筑共二层，南北朝向，总建筑面积590.4m2，坡屋面与二楼空间直连。屋面采用EPS加强隔热性能，屋面总热阻为1.92(m2•K)/W，空气间层厚度1200mm。3个模型立面开窗状况与遮阳措施均相同，仅屋面构造不同。

1.2模拟分析

模拟主要采用EnergyPlus(E+)软件。由于缺少可直接用于E+软件模拟的南海地区气象参数，而国内与此相近的海南岛的气候又与其相差较大，因此采用了与研究地区同纬度且气候条件相似的菲律宾首都马尼拉的气象数据文件。模拟的时间选取当地全年室外平均温度最高的两个月，即从4月1日—5月31日。为研究屋顶的热工性能，模拟了无空调工况下屋面内表面的逐日温度值、室内的逐日空气平均温度值和外壁面温度值，其结果如图2、图3所示。很显然，通风双层屋顶的内壁面温度和室内气温都是最低的，并且这两个温度值显著低于单层屋面和带封闭空气间层的屋面的对应温度，表明通风屋顶的隔热效果显著优于单层屋顶和带封闭空气间层的屋面，更有利于降低建筑空调能耗。

2外墙的隔热优化

外墙是建筑隔热的另一个重要环节，增加外墙热阻可提高外墙隔热性能，但热阻不可能无限增大，而且热阻过大不利室内的热量释放，因此如何选取最佳热阻成为外墙隔热设计的难点。目前技术条件下，采用独立设置隔热层是有效方法，在南海地区，因为台风大且多，外置隔热层容易被台风破坏，不宜采用;而内置隔热层因为不便于内部设备安装，因此夹心隔热层是南海地区较多采用的方式。为得到合适的夹心隔热外墙构造，搞清外墙实体层和夹心层和空调能耗以及室内气温的关系，分别针对单设实体隔热层、隔热材料夹心隔热层和空气夹心隔热层3种构造方式来进行空调能耗模拟分析。3种外墙构造如图4所示。采用E+进行能耗模拟时，室内空调设计温度为26℃;空调系统为E+软件内置的理想空调设备模型(IdealLoadsAirSystem);因为南海地区持续高温，空调每日运行24h。其他室内人员密度、内热源强度等按住宅建筑常规设置。实体隔热外墙模拟中，外墙主体采用加气混凝土，计算了厚度从20mm厚渐变到400mm加气混凝土外墙的空调能耗和室内温度变化情况，每次递增20mm厚;空气夹心构造中，承重墙体厚度由前述模拟结果确定，空气层厚度从10mm个厚渐变到100mm，每次递增10mm厚。材料夹心构造的承重墙体厚度和空气隔热构造相同，隔热材料选用EPS，厚度从10mm厚渐变到100mm厚度，每次递增10mm厚度;被模拟建筑如图1所示。模拟时间选择了当地最热日(4月22日)进行，空调能耗量为当日的单位建筑面积均值。室内气温是自然通风下的计算结果，为二层南向中间房间的温度值。

3结论

我国南海地区气候特征与我国大陆上的夏热冬暖地区气候迥异，为了提出适宜南海地区岛礁气候条件的建筑隔热设计，针对隔热的重点部位的屋顶和外墙，通过模拟计算空调能耗和室内环境参数，以此评价多种构造的隔热效果。对于屋顶，对比分析了单层隔热屋面、双层封闭空气间层和双层通风屋顶;对外墙，对比了实体隔热外墙、空气夹心隔热构造和EPS夹心隔热构造。分析表明:双层通风屋顶结合绝热材料的夹心外墙隔热构造具有显著的隔热和节能优势，最后给出了屋顶和外墙适宜的构造方案，以期为南海岛礁建筑隔热设计提供借鉴。

［参考文献］

［1］杨彩福，焦新龙，彭灿．热带辐合带与南海气候［J］．海洋通报，2003，22(3):83-87

［2］杨彩福．南沙海区的气候特点［J］．广东气象，1991，(2):30-32

［3］中国建筑科学研究院．民用建筑热工设计规范GB50176—2016［S］．北京:中国建筑工业出版社，2017

［4］刘加平．建筑物理［M］．4版．北京:中国建筑工业出版社，2010

［5］华南工学院亚热带建筑研究室．建筑防热设计［M］．北京:中国建筑工业出版社，1978

作者：刘大龙；赵辉辉；刘向梅；刘加平 单位：西安建筑科技大学