居住建筑外墻外保溫厚度的優化研究

【摘 要】近年來，隨著我國城市化建設進程的不斷加快，推動了建筑業的發展，各類建筑工程項目與日俱增。在建筑不斷增多的同時，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。為了進一步降低建筑能耗，墻體保溫技術及其相關產品獲得了廣泛應用。其中外墻外保溫技術以其自身特有的作用和優勢，在我國各大城市都獲得推廣使用，并且也都取得了顯著的效果。業界對于建筑外墻外保溫的研究范圍也隨之不斷擴大，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較少。為此，本文就居住建筑外墻外保溫厚度的優化展開研究。

【關鍵詞】住宅建筑；外墻保溫層；厚度；經濟性

一、建筑外墻外保溫的主要作用

（一）有助于延長建筑的使用壽命

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致的結構變形所產生的應力獲得了有效地緩沖，進一步避免了雨雪冰凍等氣候變化和干濕循環對建筑外部結構的破壞，大幅度降低了紫外線和有害氣體對建筑外部結構的侵蝕。為此，只要墻體和保溫材料選擇的適當且厚度合理，就能夠消除大部分裂縫的產生，這有助于延長建筑結構的整體使用壽命。

（二）有利于增大室內面積

由于采用外墻外保溫技術對墻體進行保溫，所有的保溫層都是在貼在墻體的外側，這樣不僅能夠使外墻的整體厚度有所減薄，從而節省建筑材料、降低工程造價，而且還使室內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側與外側交界處、門窗洞口以及框架梁等部位，形成的散熱渠道。若是建筑采用內保溫的話，熱橋效應是很難消除的，而外墻外保溫卻可以使這種熱橋效應基本消除，這樣一來便能夠使熱損失大幅度減少，有助于節省冬季采暖費用。

（四）便于建筑內部裝修和改造

對于新建的住宅建筑而言，由于保溫層全部外置，故此住戶在進行室內裝修時無需擔心保溫層被破壞。同時，在對一些舊建筑進行節能改造時，采用外墻外保溫對住戶的正常生活基本不會帶來太大的影響。

正是因為建筑外墻外保溫的這些作用，使得這種保溫結構獲得了大范圍推廣，在我國無論是南方城市，還是北方城市，都將外保溫結構作為住宅建筑的首選。近些年來，對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。對于外保溫層厚度的研究卻相對較少，為此，本文下面以建筑外墻外保溫層厚度作為研究對象，主要目的是為了探索最優的外墻外保溫層厚度，這有助于提高各方面的經濟效益。

二、居住建筑外墻外保溫厚度的優化研究

下面本文以江蘇省會南京市作為研究對象，對居住建筑外墻外保溫層厚度的優化進行研究。選擇南京市作為研究對象的主要原因為它是非常典型的夏季炎熱、冬季寒冷的地區，所以外墻外保溫層的厚度確定既要考慮夏季供冷，同時也要考慮冬季供熱。

（一）能耗分析方法

目前，由北京清華大學建筑技術科研組研發的DeST-h這款模擬軟件，已被廣泛應用于各類住宅建筑的能耗模擬計算當中。利用該軟件能夠準確計算出住宅建筑內各個房間的逐時基礎室溫、空調負荷以及采暖等多項參數指標，并且還能給出建筑結構中各主要構件的熱平衡方程，再經過嚴密的數學推導，便可求出各個房間中各種擾量對室內溫度的影響系數，最后按照疊加的原理可以將各個擾量計算疊加成室內未供暖時的溫度以及所需的供暖負荷。該軟件的研發對我國的建筑節能設計具有重要意義。下面本文以該軟件為基礎，對地處于江蘇省南京市的某座建筑進行研究。該市常用的基層墻體結構及其熱工特性如表1所示。

（二）外保溫材料種類及厚度對建筑能耗的影響分析

1.材料種類對建筑能耗的影響。本文采用的是定量分析的研究方法，為了確保研究結果的準確性，決定采用較為常用的四種外墻保溫材料分別作為研究對象，研究不同熱阻的保溫材料對建筑能耗的影響。假定模擬計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，且墻體內外表面都采用20mm厚的水泥砂漿，保溫層厚度取30mm。經過模擬計算后得出該建筑采用不同保溫材料時的全年累計能耗指標，計算結果如表2所示。

按照表2中的計算結果可知，在保溫層厚度相同的情況下，各種保溫材料對建筑能耗產生的影響是不同的，即材料導熱系數越小、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最小，以此作為保溫材料可使建筑能耗達到最低，保溫效果也最好。由此得出以下結論：當保溫材料厚度相同時，導熱系數越小，節能保溫效果就越好。

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

從表3中模擬出來的結果能夠非常清楚的看到，建筑外墻采用保溫措施之后，采暖期的熱負荷指標獲得了顯著下降，同時，保溫材料厚度的增加能耗會逐漸降低。當保溫材料達到70mm時，相對于未作保溫的墻體而言，節能率為46.4%，節能效果十分明顯。由此可得出以下結論：當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鍵參數，即厚度增加維護結構的能耗會有所減少，這樣能夠達到降低建筑負荷的目的。但是，厚度的增加是需要有一個限度的，并不是無限量地增加厚度，就能使建筑能耗越來越低，這樣做的結果只能使投資成本增大，卻并不會改善節能效果，而且保溫層會隨著厚度的增加引起自重增大，這樣