重慶地區(qū)多層住宅圍護結構節(jié)能設計經(jīng)濟性探討

周 強，王永超，周書兵，毛 偉，2

（1CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039；2四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610000）

重慶地區(qū)多層住宅圍護結構節(jié)能設計經(jīng)濟性探討

周 強1，王永超1，周書兵1，毛 偉1，2

（1CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039；2四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610000）

隨著圍護結構節(jié)能設計要求的不斷提升，節(jié)能材料的成本價格也在日趨增高。住宅建筑在建筑總量中占有相當大的比重，有必要對其節(jié)能設計的經(jīng)濟性進行探討。文章調研了重慶地區(qū)多層住宅圍護結構主要部位傳熱系數(shù)情況和重慶地區(qū)保溫材料現(xiàn)行市場價格，對滿足相同傳熱系數(shù)的不同材料進行了經(jīng)濟性比對分析。此外，還對重慶主城區(qū)的典型多層住宅建筑進行節(jié)能模擬分析，選定不同的材料組合方案，比較分析其成本因素，得到滿足節(jié)能規(guī)范要求并且成本較優(yōu)的多層住宅圍護結構節(jié)能設計策略。

負荷比；導熱系數(shù)；熱阻；窗墻比

0 引言

在實際的住宅建筑圍護結構節(jié)能設計時，很難全部滿足節(jié)能規(guī)定性指標，因此需要通過計算建筑節(jié)能綜合指標來進行權衡判斷。依據(jù)重慶現(xiàn)行節(jié)能設計標準[1]第5.0.1條規(guī)定，權衡判斷主城區(qū)住宅節(jié)能應至少滿足以下條件：①外墻平均傳熱系數(shù)K≤1.5W/(m2·K)；②屋面平均傳熱系數(shù)K≤0.8W/(m2·K)；③外窗傳熱系數(shù)K≤4.0W/(m2·K)。基于以上要求，圍護結構節(jié)能材料做法通常可以選擇多種設計方案。通過對重慶地區(qū)多層住宅進行傳熱系數(shù)統(tǒng)計，得到屋面和外墻的傳熱系數(shù)規(guī)律，找出成本較優(yōu)的設計方案。在此基礎上，以實際案例對重慶主城區(qū)多層住宅進行圍護結構節(jié)能經(jīng)濟性分析，以此探討重慶地區(qū)多層建筑圍護結構節(jié)能設計的經(jīng)濟性。

表1 建筑物的基本信息

圖1 節(jié)能的主要部位負荷比

1 多層住宅圍護結構能耗現(xiàn)狀

重慶地區(qū)多層住宅建筑較為常見，現(xiàn)調研10個多層住宅項目，基本信息見表1。使用PBECA2011（重慶地方版）分別對各圍護結構構件所占負荷比進行計算統(tǒng)計，以此得出影響圍護結構節(jié)能的主要部位負荷比，如圖1所示。

由圖1可以看出，外墻、外窗、屋面對多層住宅的整個圍護結構節(jié)能有著非常大的影響。外墻占整個圍護結構負荷比為32%～48%，均值為39%，在已有研究[2]中均有相同程度的描述。外窗占整個圍護結構負荷比為25%～38%，均值為32%。屋面約占整個圍護結構負荷比為5%～8%，均值為7%。

圍護結構對建筑能耗的影響主要在于其傳熱系數(shù)及使用面積。對外墻和屋面而言，選用的主體材料和保溫材料的熱工性能和厚度決定了其整體傳熱性能。外窗的整體熱工性能則主要取決于選取的窗框材料和玻璃的熱工性能。外墻和屋面使用的材料量大，而當前重慶市場上各種建材種類繁多，在滿足熱工要求的同時，方案的經(jīng)濟性也尤為重要。

2 重慶地區(qū)常用的保溫材料的成本

2.1 重慶地區(qū)常用材料單價調研

圍護結構常用保溫材料及參考價格見表2和表3。這里需要說明的是，表中材料的價格基于廠家和相關建設單位的調研，隨著市場的變化，數(shù)據(jù)可能因時而變。

表2 常用墻體和屋面材料及參考價格

表3 常用外窗材料及參考價格

2.2 重慶地區(qū)不同保溫材料組合參考價格

為了快速計算成本，需要統(tǒng)計出材料和材料組合的參考價格，詳見表4和表5。

表4 常用材料對應的英文字母編號

表5 常用材料及材料組合參考價

3 外墻、屋面不同材料做法的經(jīng)濟性比較

3.1 外墻、屋面的傳熱系數(shù)

調研重慶地區(qū)多層住宅37棟，分別對其屋面、外墻平均傳熱系數(shù)進行統(tǒng)計，由此可以得到屋面和外墻傳熱系數(shù)大致分布情況，如圖2和圖3所示。

圖2 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)狀況

屋面的傳熱系數(shù)主要分布于0.4～0.7W/(m2·K)。屋面常見的保溫材料選擇有泡沫混凝土、擠塑聚苯板、膨脹聚苯板等。泡沫混凝土系統(tǒng)集保溫、找坡于一體，施工簡便，防水性能好。當采用聚苯乙烯類板材作為屋面保溫層時，其防火設計應滿足相關標準要求。外墻的傳熱系數(shù)主要分布于0.7～1.0W/(m2·K)。外墻的保溫形式通常有三種，外墻外保溫、外墻內保溫、外墻自保溫。外墻常見的保溫材料選擇有擠塑聚苯板、膨脹聚苯板、巖棉板等，砌體選擇有燒結頁巖空心磚、節(jié)能型燒結頁巖空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊等，屋面、外墻在整個多層住宅的圍護結構節(jié)能中占有相當大的比重。

圖3 外墻傳熱系數(shù)狀況

3.2 相同傳熱系數(shù)不同做法的經(jīng)濟性

3.2.1 屋面

單一材料傳熱計算式見式（1）

式(1)中δ為保溫材料厚度，m；λ為保溫材料導熱系數(shù)，W/ (m2·K)；φ為修正系數(shù)；K為保溫材料傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。

在屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.4～0.9 W/(m2·K)中取11個傳熱系數(shù)點。得到滿足這些傳熱系數(shù)時，屋面保溫材料價格如圖4。根據(jù)相關規(guī)定[3]，板材厚度需增加25%進行計算。

圖4 屋面保溫材料價格

屋面保溫材料使用聚苯乙烯類板材較為經(jīng)濟，當屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小于0.85W/(m2·K)時，XPS板最為經(jīng)濟，當傳熱系數(shù)大于0.85W/(m2·K)時，EPS板最為經(jīng)濟；屋面保溫材料使用聚氨酯板或現(xiàn)澆泡沫混凝土時，價格高于聚苯乙烯類板材，當屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小于0.65W/(m2·K)時，保溫材料選用聚氨酯板較為經(jīng)濟，當屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大于0.65W/(m2·K)時，保溫材料選用現(xiàn)澆泡沫混凝土較為經(jīng)濟。

3.2.2 墻體

復合墻體傳熱計算式見式（2）

式(2)中R0-復合墻體傳熱阻，m2·K/W；Ri-內表面換熱阻，取0.115；Rn-各層材料的熱阻；Re-外表面換熱阻，取0.043。

在外墻傳熱系數(shù)0.7～1.1W/(m2·K)中取9個傳熱系數(shù)點。外墻砌體選取燒結頁巖空心磚，得到滿足這些傳熱系數(shù)時，外墻材料價格如圖5。

外墻防火要求為B1級時，聚苯類板材最為經(jīng)濟。在不同的傳熱系數(shù)下，XPS板和EPS板價格各有優(yōu)勢。外墻防火要求為A級時，巖棉板的價格最為經(jīng)濟。

3.2.3 外窗保溫設計

外窗及陽臺門窗等透明圍護結構的熱量傳輸主要有三種途徑：透過玻璃的太陽輻射、通過玻璃及型材的熱傳導、空氣間隙形成的對流換熱。建筑物外窗對節(jié)能有著非常大的影響，從實際的設計經(jīng)驗中可以得出：外窗和外墻的面積比大小，與外窗對圍護結構節(jié)能設計的影響成一定比例。外窗通常可取的型材有多腔塑料型材、普通鋁合金型材、斷橋鋁合金型材。玻璃通常有普通中空玻璃、熱反射玻璃、LOW-E玻璃等，當外窗與外墻面積比較大的時候，一般通過減少型材熱傳導和太陽輻射來達到外窗節(jié)能。

4 圍護結構節(jié)能設計經(jīng)濟性分析案例

4.1 建筑概況

某建筑位于重慶市區(qū)，建筑面積3117m2，體型系數(shù)0.36，建筑高度21m，外墻面積2786m2(其中砌體1397m2)，外窗面積636.86m2，窗墻比0.19。

4.2 不同節(jié)能設計方案經(jīng)濟性比較

對該建筑選取不同的材料組合，進行模擬分析。權衡計算通過時，得到材料價格見表6。

表6 不同材料做法的成本

從表6可見，方案1、5、7、11較為經(jīng)濟。在實際項目中，可根據(jù)當?shù)氐牟牧锨闆r和施工條件，選擇適合的設計方案。

5 結語

通過對重慶地區(qū)的多層住宅項目圍護結構的模擬分析，得到外墻和外窗為影響圍護結構節(jié)能的主要部位，外墻對整個圍護結構節(jié)能的影響大小約為39%，外窗約為32%。屋面的傳熱系數(shù)主要分布在0.4～0.7W/(m2·K)之間，外墻的傳熱系數(shù)分布在0.7～1.0W/(m2·K)之間。對不同材料做法的造價分析可知，較為經(jīng)濟的選擇為：非透明保溫材料為聚苯乙烯類板材，透明保溫材料為有色和熱反射玻璃。

本文僅從圍護結構節(jié)能材料熱工性能探討圍護結構節(jié)能設計的經(jīng)濟性問題。文中涉及到材料單價的很多基礎數(shù)據(jù)，均系從廠家及相關建設單位調研得來。實際工程圍護結構節(jié)能設計的經(jīng)濟性是個宏觀概念，牽涉材料的耐久性、適宜性等多種因素，且材料的調研單價受市場波動和施工影響較大。因此本文的更多意義在于引起建設單位對于圍護結構節(jié)能設計經(jīng)濟性的重視，期望能為相關專業(yè)工作者提供一些參考。

[1]重慶市建設技術發(fā)展中心，重慶市建筑節(jié)能中心. DBJ50-071-2010居住建筑節(jié)能65%設計標準[S].重慶：重慶市城鄉(xiāng)建設委員會，2010.

[2]黃夏東.建筑外墻熱工性能和節(jié)能設計分析[J].福建建設科技，2006（1）：5-8.

[3]中達建設集團股份有限公司.JGJ230-2010倒置式屋面工程技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]宋德新.建筑外圍護結構的節(jié)能設計策略[J].中南大學學報，2012(43):155-163.

[5]張寶華.建筑圍護結構節(jié)能保溫構造研究[J].建筑發(fā)展導向，2013(05):132-133.

[6]任文秀.民用建筑外墻圍護結構節(jié)能設計的分析[J].建筑知識，2012(12):113-115.

[7]何君雅.建筑圍護結構節(jié)能技術分析[J].大觀周刊，2011 (44):122-123.

責任編輯：孫 蘇

小視野

古代如何防止豆腐渣工程

有很多古代建筑雖歷經(jīng)千年，至今仍屹立不倒，那么，古代是如何防止豆腐渣工程出現(xiàn)的呢?

實名制度古代皇帝怕大臣們監(jiān)工不力，更怕建筑工人摻假，就命令在每一磚每一瓦上刻上建筑者和監(jiān)工的名字，只要出了問題，就根據(jù)磚瓦上的名字抓住相關責任人。像湖南長沙天心閣古城墻，歷經(jīng)風雨現(xiàn)在依然能清晰地看到上面的名字。

矛盾之爭古人的辦法就是充分利用了矛與盾的道理，即修建人每修好一段墻體，驗收的人便拿著槍去扎，只要驗收的人用盡全身力氣能扎進去超過一尺，那么建筑的人就會立刻被殺頭；反之，如果驗收的人沒有盡力去扎，也會丟掉性命。這類建筑的代表作就是統(tǒng)萬城遺址南京城墻，兩方成為矛盾體，都想置對方于死地，在提心吊膽之中，建筑成為時代最強符號。

用錢找平在建筑沒開建之前，有錢人先把優(yōu)厚的工錢全部給你。不過有一個規(guī)定，需要你把石頭磨平，兩塊石頭中間不能出現(xiàn)一絲縫隙，如果出現(xiàn)，那就用給你的銅錢填進去，直到找平為止。建筑建成后，剩下的銅錢就是你的工資。這樣的建筑代表是蘇州一私家園林中的古石路。和自己的利益掛鉤，直接決定你的收入，讓你感覺在花自己的錢，當然心疼了，質量絕對沒有問題。無論什么建筑，讓參與者成為主人，不要讓他置身事外，只要他加倍小心、處處用心，那么建筑必將成為不朽傳奇。

(摘自：《沈陽日報》。請作者速告地址，即付稿酬。)

Economy Discussion on Energy Conservation Design of Envelope Structure of Multi-storey Residence in Chongqing

With the gradual increase of requirements on energy conservation design of building envelope structure,the cost of energy conservation materials is also on the rise.As the residential building accounts for the biggest proportion,it is necessary to explore the economy of energy conservation design.The heat transfer coefficients of the major parts of the building envelope used in multi-storey residential building and the market price of thermal insulation materials in Chongqing are investigated and the economy of different materials with the same heat transfer coefficient is comparatively analyzed. Moreover,the energy conservation of the typical multi-storey residence in Chongqing is simulated and analyzed to select different material combination plans and comparatively analyzed their cost reasons so that a best energy conservation design can be obtained.

load ratio;heat conduction coefficient;thermal residence;window-wall ratio

TU241.7

A

1671-9107（2014）02-0024-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.02.024

2013-11-21

周強（1988-），男，四川自貢人，本科，助理工程師，主要從事工程技術工作。