夏热冬冷区建筑热环境研究

740建 筑 技 术Architecture TechnOlOgy第33卷( 2002年)第10期VOl .33 NO.10夏 热 冬 冷 区 建 筑 热 环 境 研 究傅 学 政 蒋 绍 坚关 键 词 ： 建 筑 ； 节 能 ； 热 损 失 ； 环 境中 图 分 类 号 ：TU 111.195文 献 标 识 码 ：A文 章 编 号 ：1000-4726（2002）10-0740-02STUDY ON THERMAL ENVIRONMENT IN HOT SUMMER COLD WINTER REGIONFU Xuezhen9 JI ANG Shaoji anKey words zbuilding;energy saving;heat lOss ;envirOnment表1同 时 开 启 相 同 的 散 热 器 后 室 温 比 较(环 境 温 度 为3.6 )傅 学 政 ，1969年9月 生 ， 湖 南 岳 阳 人 ， 湘 潭 师 范学 院 物 理 与 信 息 工 程 系 ， 讲 师 ， 硕 士 研 究 生 ，411201， 湘 潭收 稿 日 期 ：2002-05-23夏 热 冬 冷 区 属 暖 温 带 气 候 ， 是 亚热 带 和 温 带 的 过 渡 地 带 。 冬 季 气 温 虽不 很 低 ， 但 阴 雨 天 气 多 ， 日 照 率 低 ， 空气 潮 湿 ， 寒 气 透 骨 ； 夏 季 空 气 温 度 很高 ， 连 晴 高 温 时 间 长 ， 湿 度 大 ， 闷 热 难熬 。 开 展 这 一 区 域 建 筑 热 环 境 状 况 和建 筑 节 能 结 构 研 究 ， 探 索 其 热 传 递 机理 和 节 能 指 标 体 系 的 优 化 方 法 ， 对 推动 夏 热 冬 冷 区 建 筑 节 能 具 有 极 其 深 远的 意 义 。1建 筑 结 构 的 热 传 递 机 理 和 节 能 指 标优 化 方 法建 筑 热 工 设 备 可 分 为 连 续 运 行 和间 歇 运 行 两 大 类 。 在 连 续 运 行 的 热 工设 备 中 ， 连 续 的 热 流 通 过 围 护 结 构 与外 界 发 生 传 递 ， 造 成 热 能 的 损 失 。 热 损失 与 围 护 结 构 中 材 料 的 热 阻( !)成 反比 。 这 类 设 备 应 以 材 料 的 热 阻! 为 最 终 目 标 。 如 果 围 护 结 构 的 厚 度 确定 ， 则 可 认 为 设 备 的 热 损 失 与 围 护 结构 中 材 料 的 热 导 率!成 正 比 ，!0为最 终 目 标 。 在 间 歇 性(或 短 期 性)运 行的 热 工 设 备 中 ， 热 损 失 的 影 响 因 素 要复 杂 得 多 。 在 这 种 情 况 下 的 热 损 失 既与 围 护 材 料 的 热 导 率 有 关(认 为 围 护结 构 的 厚 度 确 定)， 也 与 内 衬 材 料 本 身的 比 热 容 、 热 辐 射 系 数(或 热 吸 收 系数)等 因 素 有 关 。 为 了 更 加 准 确 地 描 述这 类 热 工 设 备 的 热 损 失 情 况 ， 我 们 引入 热 渗 透 系 数 的 概 念 ， 即 这 类 热 工 设备 的 热 损 失 与 围 护 结 构 的 热 渗 透 系 数成 正 比 。 用 公 式=(!#)1/3表 示 ， 式 中为 热 渗 透 系 数 ，!为 热 导 率 ，#为 内 衬材 料 的 比 热 容 ，为 内 衬 材 料 的 热 辐 射系 数 。 这 类 设 备 追 求 的 目 标 是!0。 从式 中 可 以 看 出 ， 不 论 是!0，#!0， 还是!0， 都 能 使!0。 如 果!、#、中有 多 项 减 小 ， 则!0的 速 度 更 快 。2夏 热 冬 冷 区 建 筑 热 环 境 现 状 和 能 耗的 特 点夏 热 冬 冷 地 区 住 宅 大 多 采 用240mm厚 砖 墙 结 构 。 实 验 表 明 ， 夏 季 在 间歇 性 通 风 条 件 下 ，240 mm厚 砖 墙 外 墙内 表 面 温 度 白 天 只 比 室 内 气 温 高0.1C左 右 ， 夜 间 约 高1.6 C。 将 外 墙 热阻 提 高 一 倍 ， 其 内 表 面 温 度 白 天 无 明 显变 化 ， 夜 间 仍 比 室 内 气 温 高1.0 C左右 。 这 样 ， 在 目 前240 mm厚 砖 墙 基 础上 ， 继 续 增 加 墙 体 厚 度 来 提 高 热 阻 ， 在夏 季 并 不 能 显 著 改 善 室 内 热 环 境 。 从可 居 住 性 人 体 健 康 考 虑 的 热 环 境 低 级标 准 ， 要 求 夏 季 室 内 温 度 不 超 过30 C，冬 季 不 低 于10 C,而 要 达 到 热 舒 适 的高 级 标 准 ， 则 夏 季 室 内 温 度 不 超 过28C， 冬 季 不 低 于18C。 目 前 ， 主 要 是依 靠 空 调 来 实 现 居 室 和 工 作 场 所 热 环境 的 低 级 和 高 级 标 准 。由 于 这 一 区 域 日 夜 气 温 的 变 化 ， 人 们在 使 用 空 调 和 采 暖 设 备 时 ， 属 于 间 歇 性或 短 期 性 单 间(套)制 冷 或 采 暖 。 在 这 种情 况 下 ， 热 损 失 与 围 护 结 构 的 热 渗 透 系数 有 关 。 在 围 护 结 构 热 导 率 小 ， 或 墙 体内 衬 材 料 的 比 热 容 、 热 辐 射 系 数 小 的 情况 下 ， 热 损 失 会 较 小 。 这 也 是 我 们 进 行建 筑 低 能 耗 优 化 设 计 的 出 发 点 。3建 筑 低 能 耗 结 构 优 化 设 计夏 热 冬 冷 区 建 筑 在 降 低 围 护 结 构 的热 渗 透 系 数 的 过 程 中 ， 如 果 能 使!、#、都 减 小 ， 热 损 失 将 减 小 的 最 快 ， 这 也 可能 是 最 经 济 的 方 法 。 我 们 在 一 工 业 建 筑节 能 设 计 中 ， 在 室 内 四 周 墙 表 面 直 接 涂抹JL系 列密 度 小 于300 kg/ m3， 热 导 率小 于0.080 W/ ( mK)， 抗 压 强 度 为1Mpa左 右高 效 保 温 材 料10!15 mm厚 ， 在 室 内 顶 部 直 接 涂 抹15!20 mm厚相 同 保 温 材 料 ， 然 后 在 保 温 层 表 面 采 用墙 纸 或 墙 布 饰 面 。 这 种 设 计 ， 保 温 层 将是 一 个 整 体 结 构 ， 无 接 缝 、 空 隙 和 热桥 。 墙 体 内 衬 材 料 密 度 小 ， 比 热 容 小 ， 蓄热 量 很 小 ； 热 导 率 非 常 小(约 为 普 通 墙体 材 料 的1/10左 右)， 墙 体 内 衬 表 面 热辐 射 系 数 小 ， 这 些 使 得 内 衬 材 料 的!、#、值 都 得 到 减 小 。 从 理 论 上 讲 ， 这 种设 计 热 渗 透 系 数 小 ， 热 损 失 少 。1995年我 们 完 成 了 近2 000 m2的 高 温 发 酵 房的 施 工 ， 使 用 情 况 较 好 。 近 来 我 们 对 其中 两 间 相 同 的 房 间(无 窗 户 ， 面 积16m2)进 行 了 对 比 测 量 ， 数 据 见 表1。 保 温房 间 升 温 速 度 快 ， 温 升 高 ， 温 度 均 匀 ， 节能 效 果 十 分 显 著 。这 种 结 构 设 计 ， 符 合 夏 热 冬 冷 区 减少 热 传 递 的 机 理 ， 达 到 了 保 温 设 计 的 预期 效 果 ， 对 于 在 建 筑 制 冷 中 减 少 传 热 、蓄 热 和 热 辐 射 也 将 是 极 其 有 效 的 。为 了 进 一 步 提 高 节 能 效 果 ， 建 议 地面 采 用 木 板 或 地 毯 装 饰 。应 用 表 明 ， 热 传 递 机 理 的 研 究 方 法是 正 确 的 ， 但 需 要 对 各 参 量 的 指 数 作 进一 步 研 究 和 量 化 。 在 夏 热 冬 冷 地 区 ， 这种 建 筑 节 能 结 构 能 起 到 很 好 的 绝 热 作未 保 温 房 间16.412.214.3保 温 房 间52.048.750.4未 保 温 房 间28.416.522.5开 启 散 热 器25 min开 启 散 热 器3 h保 温 房 间48.042.545.3项 目最 高 温 度/ C最 低 温 度/ C平 均 温 度/ C741用 ， 仅 需 少 量 的 能 量 ， 便 可 收 到 冬 暖 夏凉 的 效 果 ， 所 需 费 用 仅 与 建 筑 外 保 温 费用 相 当 。 对 于 使 用 变 频 空 调 房 间 的 节 能效 果 将 更 显 著 。 这 种 结 构 ， 可 满 足 这 一区 域 规 划 中2010年 前 节 能50%的 要求 。 加 之 施 工 工 序 简 便 ， 造 价 低 ， 具 有 较高 的 经 济 和 社 会 效 益 ， 适 于 推 广 普 及 。参 考 文 献1陈 福 广.新 型 墙 体 材 料 手 册.北 京 ： 中 国建 材 工 业 出 版 社 ，20002张 家 诚.中 国 气 候.上 海 ： 上 海 科 学 技 术出 版 社 ，19853倪 文.绝 热 材 料 的 优 化 设 计.新 型 建 筑材 料 ，2001( 2)4涂 逢 祥.21世 纪 初 建 筑 节 能 展 望.新 型 建筑 材 料 ，2001( 1)5付 祥 钊.长 江 流 域 建 筑 节 能 探 讨.重 庆 建筑 大 学 学 报 ，1997( 5)苏 北 地 区 采 暖 住 宅 节 能 设 计 研 究季 翔 张 宝 军 王 国 安 原 雪 峰关 键 词 ： 采 暖 ； 节 能 ； 隔 热 ； 设 计中 图 分 类 号 ：TU 201.5文 献 标 识 码 ：B文 章 编 号 ：1000-4726（2002）10-0741-02STUDY ON ENERGYSAVING DESIGN FOR DWELLINGS HEATINGIN THE NORTH OFJIANGSU PROVINCEJl xi an9 ZHANG baOjun WANG GuOan YUAN xuefen9Ke zheating;energy saving;heat insllation;desig!n建 筑 技 术Architectlre Technology第33卷( 2002年)第10期Vol .33 No.10江 苏 省 徐 州 市 位 于 苏 、 鲁 、 豫 、 皖 四省 交 界 处 ， 年 日 平 均 气 温 低 于5 C的 日数 可 达97 d， 为 建 筑 采 暖 区 。 采 暖 期 平均 温 度 为16 C， 夏 季 高 于 日 平 均 气 温26 C的 日 数 多 达49 d， 持 续 时 间 长 ， 冬夏 相 加 共146 d， 占 全 年 天 数 的40 %。徐 州 市 是 苏 北 地 区 气 候 较 有 代 表 性 的城 市 ， 其 气 候 特 点 是 冬 季 干 燥 、 寒 冷 ， 夏季 酷 热 、 潮 湿 ， 极 端 天 气 相 对 较 少 。 对 居民 的 生 活 、 工 作 影 响 较 大 ， 建 造 隔 热 保温 的 节 能 建 筑 ， 尤 为 重 要 。根 据 建 设 部 等 部 门 关 于 推 进 住 宅产 业 现 代 化 ， 提 高 住 宅 质 量 若 干 意 见 的 要 求 ， 到2005年 全 国 城 镇 新 建 采 暖住 宅 建 筑 要 在1981年 住 宅 能 耗 水 平 的基 础 上 达 到 降 低 能 耗50%的 要 求 ， 到2050年 ， 在2005年 的 基 础 上 再 降 低 能耗30%。 徐 州 市 牛 头 山 居 住 小 区 被 列为 节 能 建 筑 设 计 科 研 项 目 进 行 研 究 ， 在苏 北 地 区 具 有 典 型 意 义 。徐 州 市 牛 头 山 居 住 小 区 位 于 泉 山自 然 保 护 区 东 麓 ， 三 面 环 山 ， 居 住 用 地36 660 m2， 建 筑 面 积42 000 m2， 容 积 率1.14， 建 筑 密 度0.22。 牛 头 山 居 住 小 区按 采 暖 住 宅 节 能 设 计 要 求 进 行 设 计 施工 ， 小 区 现 已 建 成 ， 经 测 试 综 合 指 标 满足 节 能 要 求 。 课 题 组 结 合 徐 州 市 气 候特 点 ， 对 本 地 区 采 暖 节 能 住 宅 设 计 作了 多 年 探 索 研 究 ， 因 地 制 宜 ， 尽 量 利 用地 方 材 料 ， 开 发 本 地 节 能 产 品 ， 进 一 步研 究 完 善 了 适 合 本 地 区 节 能 住 宅 设 计的 技 术 措 施 。1节 能 建 筑 设 计 遵 循 的 原 则根 据 江 苏 省 节 能 建 筑 专 项 验 收 评分 项 目 标 准 ， 以 及 江 苏 省 民 用 建 筑 节能 设 计 标 准 实 施 细 则 ， 结 合 小 区 地 形实 际 ， 在 节 能 设 计 上 遵 循 了 以 下 原 则 。1.1规 划 设 计( 1)小 区 选 在 避 免 冬 季 主 导 风 向的 地 段 建 设 ， 在 双 山 南 坡 向 阳 方 向 ， 因地 制 宜 ， 利 用 坡 地 ， 分 层 筑 台 ， 台 上 建屋 。( 2)朝 向 定 为 南 偏 东15 。( 3)保 证 冬 季 日 照 不 小 于1.2 h的 住 宅 间 距 。( 4)除 住 宅 楼 间 设 置 绿 地 外 ， 另设 有 中 心 绿 地 ， 降 低 容 积 率 。1.2外 围 护 结 构 设 计( 1)建 筑 物 的 体 形 系 数 在0.28以 下 。( 2)建 筑 遮 阳 采 用 新 颖 简 单 的 活动 遮 阳 篷 ， 遮 阳 率80 %， 且 与 建 筑 造 型协 调 。( 3)屋 面 、 墙 体 的 热 阻 值 符 合 节能 要 求 。( 4)门 窗 注 意 南 北 向 区 别 ， 适 当加 大 南 窗 面 积 ， 窗 墙 面 积 比0.4， 以获 得 太 阳 能 ； 北 窗 墙 面 积 比 取0.2， 满足 采 光 需 要