工程圍護結構采取保溫隔熱措施的必要性

蒲 櫟 帆

(甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 概述

工程對節能不夠重視，容易形式主義，建設方通常無法正確認識節能措施的重要性，在一些老舊小區改造工程中，不重視節能設計。為貫徹國家有關法律法規和方針政策，改善公共建筑的室內環境，提高能源利用效率，促進可再生能源的建筑應用，降低建筑能耗，應做節能設計。希望結合實際工程，采用數據對比，論述圍護結構保溫隔熱措施的重要性。

2 研究條件與方法

2.1 研究對象

筆者為西北地區甲級設計院的普通建筑設計人員，在實際工程中，通常會遇到建設方或者一些相關專業對于建筑節能的質疑，具體就是針對外圍護結構的保溫隔熱手段，即通常所說的給建筑“穿衣戴帽”，總覺得可有可無，有些建設方不懂得保溫隔熱措施的重要性。今天，筆者結合實際工程，向大家說明一下采取保溫隔熱措施的必要性。

項目概況：一棟辦公樓，位于西北地區，氣候分區為寒冷A區，地上16層，地下1層；地下1層為地下車庫及設備用房，1層～2層為政務大廳，3層～16層為辦公用房，屋面設置設備用房；地下1層層高為4.5 m，管道夾層層高為1.5 m，1層層高為4.2 m，2層層高為3.6 m，3層～16層層高均為3.2 m，建筑高度為52.90 m；為框架—剪力墻結構；總建筑面積1.7萬m2，其中地下部分建筑面積3 014.66 m2。采取的節能措施主要有：建筑物外墻、屋面、地面均采用保溫材料(地面為水泥膨脹蛭石，其余為巖棉板)，節能玻璃幕墻、可移動的防寒門斗。本論文僅討論圍護結構采取保溫隔熱措施對于建筑能耗的影響。

2.2 研究基礎

2.2.1所采用的軟件

北京綠建軟件有限公司研發的節能設計BECS2018版本號20170808。

2.2.2設計依據

1)GB 50189—2015公共建筑節能設計標準；2)GB 50176—2016民用建筑熱工設計規范；3)GB/T 7106—2008建筑外門窗氣密，水密，抗風壓性能分級及檢測方法；4)GB/T 21086—2007建筑幕墻。

2.2.3研究中的各項參數及計算結果

1)體形系數。建筑體形系數(shape factor)：建筑物與室外空氣直接接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值，外表面積不包括地面和不供暖樓梯間內墻的面積。本工程體形系數見表1。

表1 體形系數計算表

2)單一立面窗墻比。單一立面窗墻面積比(single facade window to wall ratio)：建筑某一個立面的窗戶洞口面積與該立面的總面積之比，簡稱窗墻面積比。本工程單一立面窗墻比結果見表2。

表2 單一立面窗墻比計算表

3)屋面構造。本工程屋面構造為鋪地磚上人屋面，由上到下做法：多微孔瓷磚40 mm+水泥砂漿10 mm+自粘防水卷材2 mm+自粘防水卷材3 mm+水泥砂漿20 mm+礦棉、巖棉、玻璃棉松散料(ρ=70～120) 100 mm+1∶8水泥礦渣找坡30 mm+聚氨酯防潮底漆1 mm+鋼筋混凝土120 mm+水泥砂漿20 mm。屋面傳熱系數結果見表3。

表3 屋面構造傳熱系數計算結果表

4)外墻構造。本工程外墻構造為干掛石材外墻，由外到內做法：花崗巖、玄武巖20 mm+礦棉、巖棉、玻璃棉松散料(ρ=70～120)80 mm+水泥砂漿20 mm+加氣混凝土、泡沫混凝土(ρ=700)200 mm+石灰砂漿20 mm。外墻平均傳熱系數結果見表4。

表4 外墻平均傳熱系數計算結果表

由于本工程節能設計不能完全滿足圍護結構熱工設計規定指標要求，故需要進行權衡判斷。

2.2.4綜合權衡計算結果

圍護結構熱工性能權衡判斷(building envelope thermal performance trade-off)指的是：當建筑設計不能完全滿足圍護結構熱工設計規定指標要求時，計算并比較參照建筑和設計建筑的全年供暖和空氣調節能耗，判定圍護結構的總體熱工性能是否符合節能設計要求的方法，簡稱權衡判斷。本工程節能綜合權衡計算所需參數條件見表5。

表5 綜合權衡計算條件表

2.2.5綜合權衡結果

經過綜合權衡計算，得出本工程在經過權衡計算后滿足規范要求，具體結論及數據見表6。

表6 綜合權衡計算表 kWh/m2

2.3 對比研究

2.3.1假設屋面不采取任何保溫隔熱措施

由于研究對象為同一工程，在當前的假設條件下體形系數、單一立面窗墻比及外墻平均傳熱系數為固定值(外墻平均傳熱系數見表4)，僅屋面構造出現變化，屋面采取構造為鋪地磚上人屋面(無保溫)，由上到下的做法為：鋪地磚上人屋面(由外到內)：多微孔瓷磚40 mm+水泥砂漿10 mm+自粘防水卷材2 mm+自粘防水卷材3 mm+水泥砂漿20 mm+1∶8水泥礦渣找坡30 mm+聚氨酯防潮底漆1 mm+鋼筋混凝土120 mm+水泥砂漿20 mm。具體傳熱系數計算結果見表7。

表7 屋面傳熱系數計算結果表

由于屋面的傳熱系數不滿足GB 50189—2015公共建筑節能設計標準表3.3.1-3寒冷地區甲類公共建筑圍護結構熱工性能限值中的要求，K=2.34 W/(m2·K)，遠遠大于規范的限值不大于0.45 W/(m2·K)，且不滿足GB 50189—2015公共建筑節能設計標準表3.4.1-1中寒冷地區屋面傳熱系數應該小于0.55 W/(m2·K)，故無法進行圍護結構熱工性能的權衡判斷。

2.3.2假設外墻不采取任何保溫隔熱措施

由于研究對象為同一工程，在當前的假設條件下體形系數、單一立面窗墻比及屋面傳熱系數為固定值(屋面傳熱系數見表3)，僅外墻構造出現變化，外墻采取構造為干掛石材外墻(無保溫)，由外到內的做法為：干掛石材外墻(由外到內)：花崗巖、玄武巖20 mm+水泥砂漿20 mm+加氣混凝土、泡沫混凝土(ρ=700)200 mm+石灰砂漿20 mm。平均傳熱系數結算結果見表8。

表8 外墻平均傳熱系數計算結果表

由于外墻的傳熱系數不滿足GB 50189—2015公共建筑節能設計標準表3.3.1-3寒冷地區甲類公共建筑圍護結構熱工性能限值中的要求，K=1.08 W/(m2·K)，遠遠大于規范的限值K≤0.50,S≤0.30或K≤0.45,0.30

3 結語

由于屋面及墻體不采取保溫措施，導致無法依據規范進行建筑物圍護結構熱工性能的權衡判斷，所以具體耗熱量指標無法得出，但是根據單一指標，可以適時對屋面及外墻的數據進行分析，對比結果見表9。

表9 對比結果表 W/(m2·K)

由表9可知，屋面的傳熱系數由0.38 W/(m2·K)增至2.34 W/(m2·K)，增加了近7倍之多；而外墻的傳熱系數由0.42 W/(m2·K)增至1.08 W/(m2·K)，增加了近3倍。根據圍護結構的傳熱系數的定義：圍護結構的傳熱系數K0表示圍護結構兩側空氣溫度差為1 ℃，單位時間內通過1 m2面積傳遞的熱量。筆者作出如下兩種假設情況：

假設一:在冬季采暖期時，室外平均溫度為-10 ℃，室內采暖設計溫度為18 ℃，建筑物圍護結構損失熱量如表10所示。

表10 冬季屋面和外墻損失熱量對比表(以1 m2為例) W/K

假設二:在夏季，室外平均溫度為26.9 ℃，室內辦公設計溫度為24 ℃，圍護結構接受熱量情況見表11。

表11 夏季屋面和外墻接受熱量對比表(以1 m2為例) W/K

根據規范要求，嚴寒和寒冷地區主要考慮冬季的保溫，不考慮夏季隔熱，從表10，表11中可以觀察到，采取保溫隔熱措施能有效的減少熱量損失，室內外溫差越大，效果越顯著，同理在夏熱冬暖地區的夏季隔熱中也適用。另外對比屋面和外墻這兩處熱橋部位，可以發現，在相同的溫差及面積下，屋面的熱量散失情況比外墻更嚴重，所以在實際工程中，屋面的保溫隔熱構造應該屬于節能設計重點關注部分。