探析寒冷地區75%建筑節能框架下圍護結構熱工性能的重組

張楊洋，李宏彥，鐘永芳，趙 玲，李嘉慶，李巧巧，王夢雨

（1.鄭州大學綜合設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.北京龍旺新材料有限公司，北京 101105；3.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060；4.河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

1 研究背景

1.1 社會背景

2020年，新型冠狀病毒肺炎疫情全球肆虐，原世貿組織總干事阿澤維多稱疫情將給全球經濟帶來巨大影響，多國經濟已出現嚴重下滑。對房地產銷售而言，也帶來了巨大的壓力。2020年8月20日，住建部與人民銀行在北京召開重點房地產企業座談會，明確了重點房地產企業資金監測和融資管理規則，被稱為“三道紅線”，該政策于2021年1月1日起全行業全面推行。“三道紅線”的實施，開啟了保證房企后續既能做好業績，也能穩定發展的路徑，體現了“房住不炒”的理念，也能保持我國房地產市場健康有序發展。但是對于部分依賴現金流周轉的高負債房企來說困難增大。在新冠肺炎疫情和“三道紅線”的雙重影響下，房地產企業亟需找到既能滿足國家規范，又能減少成本的方法。

1.2 行業背景

在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上，我國提出要將二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，并努力爭取2060年前實現碳中和。“第十九屆五中全會”提出：“要加快推動綠色低碳發展，持續改善環境質量，提升生態系統質量和穩定性，全面提高資源利用效率”。

所以，建筑行業需采取切實有力措施，全力推進碳減排工作，提前實現碳達峰，為國家總體實現碳達峰預定目標和碳中和愿景作出積極貢獻，是建筑行業必須履行的社會責任和應盡的義務。

根據國家統計局統計，我國2020年城鎮化率達63.89%。與此同時，城鎮新建建筑累計增加節能建筑面積超70億m2，節能建筑占城鎮民用建筑面積比重超過40%。隨著國家對節能率的要求越來越高，建筑外墻外保溫也越來越厚。外墻外保溫的脫落、易燃、釋放有毒物質等問題也正逐步成為建筑行業關注的重點。

2 研究目的

本文以寒冷地區居住建筑節能發展現狀及實現更高質量和可持續發展目標為基礎，針對建設資源節約型、環境友好型社會的需要，致力于實現以下研究目標。

1）形成對我國居住建筑節能發展現狀研究成果，彌補我國對于居住建筑節能設計單一性思維的不足。

2）識別市場和政策兩方面因素對我國居住建筑節能的驅動作用，識別居民和房地產開發企業對居住建筑節能的需求特征及其影響因素。

3）根據理論和實證研究結果，圍繞進一步促進居住建筑節能大規模市場化推廣的目標提出建議。

3 研究對象與范圍

近年來，在國家不斷提高建筑節能設計標準的基礎上，各地方也根據自己所在的氣候分區制定了與國家標準相對應的地方標準。2020年4月24日河南省住房和城鄉建設廳發布DBJ41/T 184—2020《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》，該標準已于2020年7月1日在河南省正式實施。以下以河南省寒冷地區居住建筑為例，在其他結構部位傳熱系數不變的情況下，圍繞外墻平均傳熱系數及外窗傳熱系數進行理論數據分析。

4 研究依據與技術路線

4.1 研究依據

《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》中外圍護結構熱工性能參數限值如表1所示。

表1 外圍護結構熱工性能參數限值

由河南省工程建設標準設計管理辦公室主編的《12系列建筑標準設計圖集》中12YJ3-3中表4.1.2可得知，常用的B05加氣砌塊導熱系數λ為0.16W/（m2·K）。

由GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》中2.1.9條可知，傳熱系數的定義為：在穩態條件下，圍護結構兩側空氣為單位溫差時，單位時間內通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數與傳熱阻互為倒數。由3.4.1條得知，單一材料層的熱阻計算公式為：材料層的熱阻=材料層的厚度÷材料的導熱系數。

4.2 技術路線

首先，通過計算，厚0.4m的B05混凝土加氣塊的熱阻為2.5m2·K/W，根據傳熱系數與傳熱阻互為倒數的原則，0.4m厚的B05混凝土加氣塊的傳熱系數為0.4W/（m2·K）。在市場上找到龍旺鋼化真空玻璃TL6+0.4V+T6，在國家建筑工程質量監督檢驗中心出具的檢測報告上顯示，其玻璃傳熱系數為0.4W/（m2·K）。搭配60系列內平開隔熱鋁合金（內開·真空）TL6+0.4V+T6的整窗傳熱系數為0.98W/（m2·K），搭配MD70系列內平開下懸塑料窗（內開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6的整窗傳熱系數為0.73W/（m2·K）。

按照《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》將寒冷地區居住建筑分為≤3層和≥4層兩大類，在其他所有外圍護結構熱工性能參數均已達標且只有內墻作為剪力墻（外墻不做剪力墻）的理想情況下，分類將外窗和外墻兩項傳熱系數的取值進行重組計算。

4.2.1 計算1

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數取1.8W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.785W/（m2·K）；當采用MD70系列內平開下懸塑料窗（內開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數由1.80W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K），則計算得知當B05混凝土加氣塊厚度為198mm，其傳熱系數為0.808W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.785W/（m2·K）。

因此，當外墻為198mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.785W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.2 計算2

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數取1.5W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.925W/（m2·K）；當采用MD70系列內平開下懸塑料窗（內開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數由1.50W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為143mm，其傳熱系數為1.119W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.924W/（m2·K）。

因此，當外墻為143mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.925W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.3 計算3

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數取2.2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.975W/（m2·K）；當采用MD70系列內平開下懸塑料窗（內開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數由2.2W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為149mm，其傳熱系數為1.074W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.971W/（m2·K）。

因此，當外墻為149mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.971W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.4 計算4

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數取2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為1.225W/（m2·K）；當采用MD70系列內平開下懸塑料窗（內開·下懸·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數由2.00W/（m2·K）降低至0.73W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為93mm，其傳熱系數為1.72W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為1.225W/（m2·K）。

因此，當外墻為93mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.73W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》內要求的1.225W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.5 計算5

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數取1.8W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.785W/（m2·K）；當采用60系列內平開隔熱鋁合金（內開·真空）TL6+0.4V+T6外窗時，其整窗傳熱系數由1.8W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為200mm，傳熱系數為0.785W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.785W/（m2·K）。

因此，當外墻為200mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.785W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.6 計算6

由表1可知，當建筑物為≤3層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數取1.5W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.35W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.925W/（m2·K）；當采用60系列內平開隔熱鋁合金（內開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數由1.8W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為184mm，其傳熱系數為0.925W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.924W/（m2·K）。

因此，當外墻為184mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.925W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

4.2.7 計算7

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.3、外窗傳熱系數取2.2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為0.975W/（m2·K）；當采用60系列內平開隔熱鋁合金（內開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數由2.2W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為165mm，其傳熱系數為0.972W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為0.973W/（m2·K）。

因此，當外墻為165mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的0.975［W/（m2·K）］的窗墻加權傳熱系數。

4.2.8 計算8

由表1可知，當建筑物為≥4層、窗墻比為0.5、外窗傳熱系數取2W/（m2·K）時，外墻傳熱系數當取0.45W/（m2·K），此時窗墻加權傳熱系數為1.225W/（m2·K）；當采用60系列內平開隔熱鋁合金（內開·真空）TL6＋0.4V＋T6外窗時，其整窗傳熱系數由2.2W/（m2·K）降低至0.98W/（m2·K）。由計算得知，當B05混凝土加氣塊厚度為109mm，其傳熱系數為1.224W/（m2·K）時，窗墻加權傳熱系數為1.224W/（m2·K）。

因此，當外墻為109mm厚的B05加氣混凝土砌塊，配合傳熱系數為0.98W/（m2·K）的外窗時，無需任何外保溫即可完全滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》要求的1.225W/（m2·K）的窗墻加權傳熱系數。

5 結語

依上述計算得知，同等節能等級情況下，只要降低外窗的傳熱系數即可適當提高外墻傳熱系數，可使之整體節能滿足《河南省居住建筑節能設計標準（寒冷地區75%）》的要求。進一步分析可看出，200mm厚的B05混凝土加氣塊搭配傳熱系數0.73W/（m2·K）的鋼化真空玻璃外窗，更適合窗墻比為0.3的居住建筑；200mm厚的B05混凝土加氣塊搭配傳熱系數0.98W/（m2·K）的鋼化真空玻璃外窗，則更適合窗墻比為0.5的居住建筑。

至此可拋棄外墻內外保溫的傳統做法，并解決外墻內外保溫的脫落、易燃、釋放有毒物質等問題，同時可減少房地產企業在外墻內外保溫方面的投入，降低房屋建設成本，提高得房率。