高層建筑外墻材料節能分析研究

穆婧瑜

【摘 要】本文闡述介紹了建筑設計中，節能的重要性。建立了能耗模擬的計算模型。分別對240粘土多孔磚、190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒以及砂加氣B05三種墻體材料進行能耗模擬，通過分析結果的對比，得出240粘土多孔磚材料節能率更高的結論，為建筑的外墻結構設計提供了理論依據。

【關鍵詞】建筑；外墻材料；節能

隨著我國經濟、科技等各方面的飛速發展，能源的消耗量日趨增大。以目前我國城鎮民用建筑耗電量為例，其能源消耗比率約占全國發電總量的21%～23%。而且，這些數據顯示的僅僅是建筑物自身正常運行（如家電、樓梯燈具、公用電梯等）所耗費的能源。尚未算及建筑材料的制造、使用以及建筑在施工過程中所消耗的能源。而與此同時，全球的能源供應卻是日益緊張，能源的短缺和高速發展的生產力之間，矛盾愈趨加劇。因此，如何更好地節約能源，提高其使用率，成為了當前倍受關注的話題。本文針對某高層建筑的外墻材料，提出了3種材料對比方案，并進行能耗模擬分析，目的在于選擇節能率更高的外墻結構，以達到建筑規劃設計中節能的目的。

1 建筑模型的構建

本文選擇某二類高層民用建筑為計算模型，進行外墻材料節能模擬分析。其相關參數如下：

1）層高：19

2）每層單元數：2

3）單元戶型：A型（2個）、B型（2個）

4）每層建筑面積：365 m2

5）總建筑面積：6550 m2

繪制出的具體結構如圖1所示。

2 外墻結構的分析

建筑物外墻維護結構的耗能率，是影響建筑能耗的關鍵因素之一。因此，實現建筑節能的目的，必須得對外墻材料，進行能耗模擬。本文針對該高層建筑的相關參數，選定了240粘土多孔磚、190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫以及砂加氣B05三種外墻材料進行分析對比，以便確定最優結構。

2.1 240粘土多孔磚墻體的模擬計算

作為近年來，市面上出現的新型節能材料，240粘土多孔磚墻體的能耗性能如何，需進行模擬。其相關參數如表1所示：

詳細計算條件如下：

1）室內溫度設定：冬季18℃，夏季26℃；

2）外墻：240粘土多孔磚，K=2.074W/（㎡·K）；

3）屋頂：砼板+保溫漿料，K=1.66W/（㎡·K）；

4）外窗：普通單層玻璃鋁合金窗，K=6.6W/（㎡·K），SC=0.9；

5）換氣次數：n=1.0；

6）設備能效比：冬季EER=1.0，夏季EER=2.2；

7）內熱源：照明0.5875W/㎡，人員設備 4.3 W/㎡。

此外，以當地最熱的季節（7、8月）中的一天為基準，定義建筑的耗電量以及室內溫度狀況。據當地最熱月份的氣象數據統計結果，7月的平均溫度為25.79℃。計算日24小時干球溫度，如圖2所示。

計算結果如圖3所示。

2.2 190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒以及砂加氣B05墻體的計算模擬

對于這兩種材料的能耗模擬，方法與章節2.1類似。計算參數不變和分析對象不變，只需分別重設建筑模型，對導熱熱阻和傳熱系數進行修改。其具體分析結果如圖4和圖5所示。

2.3 結果分析

根據對三種不同材料進行能耗模擬圖。可以知道：

（1）由圖3所示，室外出現最低溫度的時間是凌晨1點，此刻的溫度為21.55℃.與此同時，室內的最高自然溫度是29.69℃。此外，室外出現最高溫度的時間是12點的左右，溫度是28.79℃，而室內的最高自然溫度是33.91℃，大約在20點左右，比起室外出現最高溫度的時間，整整延遲了8個小時。這是由于：①室外維護結構對室溫有一定的延遲功能；②與本文設置的通風換氣次數有關。

（2）由圖4所示，采用190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫墻體材料下，室內的自然溫差，差別非常小，且溫度比采用240粘土多孔磚材料墻體時要低。

（3）由圖5所示，采用砂加氣B05墻體材料時，室內溫度偏高。且隨著樓層增高，室內溫度也隨之增加。特別是第4層與5層的房間溫度，差距較大。在15點左右，第5層的溫度高達達到36.7℃，而第4層的溫度僅為31.5℃，相差達到了4℃。與此同時，室外的溫度是25.79℃。與第5層存在10.51℃的差別。可見，采取有效措施，以降低室內在無空調設置狀態下的頂端溫度十分必要。

本文以第一種材料為基準，對比其余兩種材料的相對節能率，具體情況如表2所示。

由表2可知，240粘土多孔磚外墻能耗比190雙孔板小砌磚+聚苯顆粒保溫材料小17.1%，比砂加氣B05材料小9.5%。因此，可以得出結論，240粘土多孔磚外墻材料的能耗最小，是為外墻結構最優選擇方案。

3 結論

建筑節能，對于改善空氣環境，實現可持續性發展等方面都具有舉足輕重的意義。本文也做了相關的探索，通過建立建筑模型，分別對三種外墻材料的能耗進行了模擬分析，得出了240粘土多孔磚外墻為最佳維護結構的結論，為建筑的節能設計提供了有利的理論支持，同時，也為高層建筑的節能措施的選擇，提供了參考依據。

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[責任編輯：侯天宇]