夏热冬冷地区住宅建筑墙体外保温节能效果研究_江宏玲.pdf

建筑行业节能5NO.05 2023节能 ENERGY CONSERVATION夏热冬冷地区住宅建筑墙体外保温节能效果研究江宏玲1，2 贺传友1，2（1.安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 合肥 230088；2.安徽省建筑工程质量监督检测站有限公司，安徽 合肥 230088）摘要：建筑中外墙的节能措施是建筑节能研究的重点，对建筑墙体外保温技术的相关探讨具有重要意义。结合实验室建造的全尺寸模型建筑，以普通实心烧结砖墙为对照组，以氟碳树脂保温装饰板墙为测试组，对比夏季和冬季不同工况下测试组与对照组的热流密度与建筑能耗。结果显示：夏热冬冷气候条件下，一定厚度的外保温墙体具有良好的保温效果，建筑节能降耗效果显著。关键词：墙体外保温；热流密度；建筑能耗中图分类号：TU111.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7948（2023）05-0005-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.002引言在建筑围护结构中使用保温材料是降低建筑能耗的有效途径之一1-2。目前，夏热冬冷地区住宅围护结构的热设计基本采用严寒地区外墙外保温形式，实际节能效果并不理想。国内外对建筑外墙的研究主要集中在外墙不同保温形式的节能效果和最佳保温厚度上，但基础理论研究较少3-4。因此，通过对比试验，研究外墙保温在不同太阳辐射强度下的节能效果，探究夏季和冬季不同工况条件下，普通实心烧结砖墙和氟碳树脂保温装饰板墙的热流密度及能耗变化。1设备与方法1.1装置信息试验装置主要包括1套完整的组合式空调机组设备、1套日照风雨装置以及1套通用控制系统，用来模拟环境气候的不同工况。试验过程中，环境温度、环境湿度、环境风速以及光照辐射强度等相关气候参数均通过调节设备进行控制。在试验室搭建1栋模拟建筑，模拟建筑围护结构构造如表1所示。1.2检测设备布置检测设备包括温度热流动态数据采集仪、温度探测器、热流探测器、辐射强度传感器、功率表等。试验测点布置如图1所示。在墙上设置5个测点，每个测点设置外墙外表面、墙体中心处和外墙内表面3个温度探测器以及1个热流探测器，热流探测器安装在外墙中心处。2试验工况及内容2.1试验工况试验工况分为夏季和冬季，各包含无辐射、中等辐射、强辐射等3个工况。不同试验条件的参数值如表2所示。表1模拟建筑围护结构构造围护结构外墙外门外窗地板构造信息12 mm水泥砂浆+250 mm实心砖砌体+12 mm水泥砂浆木质结构10 mm+12Ar+10 mm中空钢化超白Low-E玻璃10 mm水泥砂浆+70 mm XPS板+10 mm水泥砂浆图1试验测点布置（单位：mm）表2不同试验条件的参数值工作条件夏季无辐射夏季中等辐射夏季强辐射冬季无辐射冬季中等辐射冬季强辐射室外空气温度/35.535.535.5000室外相对湿度/%858585707070太阳辐射强度/(W/m2)01753500175350室内设定温度/262626181818作者简介：江宏玲（1987），女，硕士，工程师，研究方向为建筑节能检测。基金项目：安徽省建筑工程质量监督检测站专题科研项目（项目编号：JZKY202101、JZKY202102）收稿日期：2022-10-25引用本文：江宏玲，贺传友.夏热冬冷地区住宅建筑墙体外保温节能效果研究 J.节能，2023，42（5）：5-7.建筑行业节能6节能 ENERGY CONSERVATIONNO.05 20232.2试验顺序与方法（1）对照组。各工况连续试验，数据采集器保持不间断记录，采集频率为1次/min。试验顺序为先模拟夏季工况再模拟冬季工况：夏季无辐射条件下测量夏季中等辐射条件下测量夏季无辐射条件下测量夏季强辐射条件下测量，其中前3个过程持续时间约12 h，目的是在夏季无辐射条件下确保墙体温度场接近稳态水平。夏季工况结束后，直接进入冬季工况的记录，试验顺序与夏季工况相同：无辐射条件中等辐射条件无辐射条件强辐射条件。切换不同辐射条件的标准是表1中的主要相关测量参数达到稳态并持续1 h以上。（2）测试组。对照组试验结束，在对照组墙体上安装外保温系统，采用保温装饰一体板。测试组试验流程和对照组大致相同，但是受客观条件的影响，测试组的冬季工况无法实现中等辐射条件，但不影响最终结论。（3）试验方法。在对照组的外墙外表面、墙体中心处和外墙内表面设置温度传感器，将一体化保温装饰板固定在测试组后，再将温度传感器固定在板块外墙外表面，因此可以得到沿着墙体厚度方向的温度梯度变化数据。通过与对照组温度梯度数据进行对比分析，可以定性得出外墙外保温系统的节能效果，直观地看出外墙保温措施的降耗成效，得到的具体数据对墙体外保温节能效果更具说服力。3试验结果分析3.1夏季工况试验结果3.1.1温度场对比夏季不同工况下对照组和测试组外墙温度场的稳态值如图2和图3所示。由图2和图3可知，对照组与测试组试验条件转换，尤其是无辐射到强辐射时，辐射强度明显增强，外墙表面温度随之提高，墙体成为热量传递的介质。此时，外墙中心与外墙内表面温度也呈现逐渐上升的趋势，内墙温度应力快速增加，使通过外墙传递的热量进入房间，房间内热量增加，空调设备需结合室内温度制冷。与对照组相比，夏季无辐射时，测试组外墙中心温度下降4.5，内表面温度约下降3.9；夏季中等辐射时，测试组外墙中心温度约下降10.5，内墙表面温度约下降6；夏季强辐射时，测试组外墙中心温度约下降13.0，外墙内表面温度约下降7。辐射强度越高，外墙中心及内墙表面温度下降越明显，证明夏季外墙保温技术具备理想的保温性能。3.1.2热流对比夏季不同工况下对照组和测试组外墙热流稳态值如图4和图5所示。由图4和图5可知，试验工况由无辐射切换为强辐射时，由于太阳辐射强度增大，外墙的热流密度逐渐增大。太阳辐射越强，外墙外部中心温度越稳定，经外墙进入室内的热量越多，空调需要承受的负荷及能耗随之增加，这充分证明夏季时外墙保温技术具有优良的保温特性。3.1.3能耗对比夏季不同工况下对照组和测试组空调能耗如图6所示。由图6可知，对照组在夏季无辐射、夏季中等辐射和夏季强辐射工况下达到稳态时的空调能耗分别为图2夏季不同工况下对照组外墙温度场的稳态值图3夏季不同工况下测试组外墙温度场的稳态值图4夏季不同工况下对照组外墙热流稳态值图5夏季不同工况下测试组外墙热流稳态值图6夏季不同工况下对照组和测试组空调能耗建筑行业节能7NO.05 2023节能 ENERGY CONSERVATION263 kWh、331 kWh和390 kWh，测试组在各工况下的空调能耗分别为205 kWh、232 kWh、256 kWh。空调能耗降低幅度超过10%。3.2冬季工况试验结果3.2.1温度场对比冬季不同工况下对照组和测试组外墙温度场稳态值如图7和图8所示。将试验条件由无辐射转换至强辐射时，辐射强度显著提升，外墙表面温度增加幅度随之提升，墙体成为热量传递的介质和桥梁。外墙中心和外墙内表面的温度逐渐升高，影响内热环境。冬季无辐射时，测试组外墙中心温度约升高6，外墙内表面温度约升高3；冬季强辐射时，测试组外墙中心温度约下降3，内表面温度约下降2。冬季无辐射与强辐射相比，两组的外墙中心温度和内表面温度差异及变化趋势均有所不同，因为冬季无辐射工况下，外墙外表面温度较室内温度低，冬季强辐射时，外墙外表面受强辐射的影响，外表面温度较室内温度高，外保温层对外表面热量传递起到了抑制作用。因此，外墙内表面与重心温度均较对照组低。3.2.2热流对比冬季不同工况下对照组和测试组外墙热流稳态值如图9和图10所示。从无辐射转变为强辐射时，外墙外表面温度较内表面温度高，墙内温度应力方向随之变化。外墙热流方向从室外变为室内，外墙呈现负热负荷的现象，外墙在消耗热量的同时，也需要承担其他外壳构件所产生的热负荷。冬季无辐射时，测试组外墙热流下降幅度约为10 W/m2；冬季强辐射时，测试组外墙热流下降幅度约为15.5 W/m2。3.2.3能耗对比测试组与对照组冬季供暖能耗如图11所示。对照组在冬季无辐射工况和冬季强辐射工况下的稳态空调能耗分别为1 340 kWh和1 056 kWh，测试组的空调能耗分别为823 kWh和799 kWh。供暖能耗降低，降幅超过10%。4结语在夏季无辐射、中等辐射、强辐射不同工况下，与对照组相比，测试组的外壁中心温度和外壁内表面温度均有所下降。冬季无辐射时，测试组外墙中心温度及内表面温度均呈现升高趋势；冬季强辐射时，测试组外墙中心温度及内表面温度均呈现下降趋势。在不同工况下，与对照组相比，测试组的外墙热流密度均有所下降；测试组的空调能耗均有所下降，降幅超过10%。夏热冬冷地区，一定厚度的外保温墙体具有良好的保温效果，建筑节能降耗效果显著。参考文献1 赵晓凯，赵树兴，张江铭，等.主动式外墙外保温系统节能性研究 J.建筑科学，2022，38（2）：202-208.2 姜君怡.建筑外墙外保温节能改造技术研究 J.节能，2018，37（7）：76-78.3 雷舒尧，陈振乾.某居住建筑外围护结构对建筑能耗的影响研究 J.建筑热能通风空调，2020，39（12）：78-82.4 阮方，钱晓倩，钱匡亮，等.夏热冬冷地区居住建筑外墙外保温的反节能现象 J.浙江大学学报：工学版，2016，50（12）：2343-2349.图7冬季不同工况下对照组外墙温度场稳态值图8冬季不同工况下测试组外墙温度场稳态值图10冬季不同工况下测试组外墙热流稳态值图9冬季不同工况下对照组外墙热流稳态值图11测试组与对照组冬季供暖能耗