上海地区建筑外墙保温构造节点研究-终版.doc

项目类别 市建交委科研项目项目类别 市建交委科研项目 项目编号 科项目编号 科 2010 11 上海地区建筑外墙保温构造节点研究上海地区建筑外墙保温构造节点研究 完成稿 完成稿 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司 二二 O O 一一年十一月一一年十一月 科研项目基本信息表科研项目基本信息表 中文题名中文题名上海地区建筑外墙保温构造节点研究上海地区建筑外墙保温构造节点研究 英文题名英文题名 A Study on the Building External Wall Thermal Insulation Nodes in Shanghai Region 项目类别项目类别市建交委科研项目市建交委科研项目项目编号项目编号建管建管 2010 001 004 项目负责人项目负责人陈华宁陈华宁项目起止年限项目起止年限2010 10 2012 3 第一完成单位第一完成单位上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司 其他完成单位其他完成单位 单位名称单位名称项目组成员项目组成员 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司陈华宁陈华宁 现代都市建筑设计院现代都市建筑设计院王文治王文治 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司李建强李建强 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司张伟程张伟程 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司叶海东叶海东 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司郦业郦业 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司孙斌孙斌 上海建筑设计研究院有限公司上海建筑设计研究院有限公司李春李春 项目项目 主要主要 参加人参加人 目录目录 第 1 章绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究内容 2 1 3 研究意义与创新点 3 第 2 章上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 4 2 1 上海地区建筑现状调研 4 2 2 上海地区住宅发展规划 5 2 2 1 上海地区 十一五 住宅建设 6 2 2 2 上海地区 十二五 住宅建设 7 2 3 上海建筑外墙节能体系调研 8 第 3 章建筑外墙保温构造模拟分析 10 3 1 上海地区冬季建筑外墙典型热桥构造研究 10 3 2 外墙外保温典型热桥研究 11 3 2 1 女儿墙 11 3 2 2 阳台 12 3 2 3 架空楼板 15 3 2 4 凸窗 15 3 2 5 空调机隔板 17 3 3 外墙内保温典型热桥研究 19 3 3 1 女儿墙 19 3 3 2 T 型墙 21 3 3 3 架空楼板 23 3 3 4 凸窗 24 3 4 上海地区夏季建筑外墙典型热桥构造研究 27 3 4 1 上海的气候特征 27 3 4 2 研究内容及目标 27 3 4 3 研究方法概述 28 3 4 4 小结 42 第 4 章结论 43 第 1 章 绪论 1 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 1 1 研究背景研究背景 随着社会经济持续增长和全球气候暖化的严峻现实 节能减排已成为我国 政府实现低碳经济和可持续发展的基本国策 而建筑节能则是节能减排工作中 一个重要环节 建筑能耗在国民经济总能耗中占有相当大的比重 据统计 建 筑能耗占我国能源总消费量的 26 7 并且这一趋势按照发达国家的经验会继 续升高到 35 1 我国建筑能耗的现状为节能建筑不足建筑总量的 5 而以当 前建筑节能水平 预计到 2020 年建筑能耗将占全社会总能耗的 46 7 2 降低 建筑能耗 发展节能建筑成为建筑行业健康发展的必由之路 提高建筑围护结构的性能已成为建筑节能的一项关键工作 在空调采暖系 统部分的能耗中 大约 20 50 的能耗由外围护结构传热所消耗 在围护结 构传热的能耗中 建筑各个部件的能耗比重不同 其中墙体约占 50 屋面约 占 10 门窗约占 25 地下室和地面约占 15 可见建筑外墙的保温构造在 建筑节能中占有举足轻重的地位 我国在建筑外围护结构节能方面已做了大量的研究和标准编制工作 如针 对外墙保温体系的研究 3 4 对外墙保温新型材料和工艺的研究 5 6 以及外墙保 温的实践应用研究 7 8 为贯彻国家节约能源政策 确保建筑节能工程和施工质 量而颁布了系列标准 如中国建筑标准设计研究院编制出版的 02J121 1 外墙 外保温建筑构造 一 03J122 外墙内保温建筑构造 06J123 墙体节能建 筑构造 和 06J204 屋面节能建筑构造 等全国通用的建筑标准设计图集 然而上述通用性的研究和标准图集对于上海地区 夏热冬冷地区 的特殊 要求缺乏适用性 建筑外墙构造尚缺乏针对性的系统研究 上海建筑界目前的 现状是建筑外墙结构的热桥构造缺乏合理依据而通常沿用北方寒冷地区的保守 做法 这种做法对于不同气候条件的建筑不能做到经济与合理性相结合 造成 了极大的浪费 在实际工程中 设计 施工 验收过程中因缺乏统一标准而产 第 1 章 绪论 2 生各种分歧 目前的主要问题集中在以下几个方面 1 技术研究 缺乏针对上海地区建筑外保温的系统性研究 无法为建筑 构造设计提供有利的技术支持 2 规范标准 国家及地方规范对建筑外墙结构各部位节能指标有明确要 求 但对各部位的节能构造缺少具体要求 3 标准设计 有关建筑外围护结构节能构造的国家标准图集多 但新老 标准之间部分节点存在矛盾 同时缺少针对上海地区气候特点及施工特点的构 造图集 4 行政监督 各级质检部门因缺乏统一的依据 造成上海地区建筑外墙 结构节能构造的验收标准存在差异 直接影响全国每年节能大检查时在围护结 构节能构造方面的检查工作 1 2 1 2 研究内容研究内容 本课题研究目的是为上海地区建筑外墙保温构造节点标准图集提供理论基 础 具体工作内容包括 1 针对建筑外墙节能构造进行调研 对上海地区常用的外墙保温材料和构造形式进行收集 研究 并参考 国家相关的节能规范 技术措施 标准图集 参考图集 以确定用于 计算机模拟分析的样本 2 计算机模拟分析建筑外墙节能构造 分析内容包括对外墙外保温 外墙内保温相关节点运用 Ptemp1 0 分析 软件对建筑外墙的冷热桥部位进行构造分析 3 完成 上海地区建筑外墙节点保温构造节点研究 报告和 上海地 区建筑外墙保温构造节点标准图集 草案 通过计算机模拟分析对上海地区建筑外墙保温体系中典型的冷 热桥 节点的构造设计提出指导性意见与建议 为上海地区建筑外墙保温构 第 1 章 绪论 3 造节点标准图集的编制提供理论与实际相结合的依据 1 3 1 3 研究意义与创新点研究意义与创新点 本课题研究的主要意义表现在以下几个方面 1 为上海地区建筑外墙保温构造设计提供技术指导 2 为上海地区编制建筑外墙保温构造节点标准图集提供技术支撑 3 为上海地区建筑外围护结构节能构造标准化设计做出贡献 提高建筑设 计的质量 4 为实现中国 2020 年节能减排目标和上海市建筑节能目标提供技术保障 本课题研究的创新点在于摒弃单纯依赖国家标准图集中通用的建筑外墙保 温构造节点的做法 针对上海地区气候特征和建筑特点 提出更加合理 实用 全面的建筑外墙保温构造节点做法 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 4 第第 2 章章 上海地区建筑外墙常用保温体系与上海地区建筑外墙常用保温体系与 构造节点研究构造节点研究 2 12 1 上海地区建筑现状调研上海地区建筑现状调研 由于住宅建筑在上海地区的建筑项目数量中占较大比例 住宅项目使用和功能 相对单一 收集数据可信度高 并且住宅和公建项目的外墙保温节点相似 因 此在建筑外墙保温构造节点研究中 以上海地区的住宅建筑为代表 所得结果 同样可适用于公共建筑 上海地区从上世纪 90 年代以来建筑行业发展迅猛 建筑规模和数量都递级上升 根据 上海统计年鉴 2006 统计数据 见表表 2 0 1 在 1980 年 8 层以上 含 8 层 建筑仅有 121 栋 到 2000 年 8 层以上 含 8 层 的建筑快速增长到 3529 栋 到 2009 年 8 层以上 含 8 层 的建筑已 经飞速增加到 19183 栋 将近是 2000 年的 5 倍多 这些 8 层以上 含 8 层 的建筑中大量都是高层住宅 据统计 2009 年全年建筑业总产值 3827 84 亿元 比上年增长 17 9 房屋建筑施工面积 19032 62 万平方米 增长 5 4 竣工面 积 5397 15 万平方米 下降 5 7 建筑企业按总产值计算的全员劳动生产率达 到人均 34 09 万元 比上年提高 16 1 全年竣工新建居住区配套公建设施 213 万平方米 旧区改造力度加大 进度加快 全年拆除住宅建筑面积 612 6 万平 方米 动迁居民 6 54 万户 完成高层旧住房综合整治 1257 万平方米 多层旧 住房综合改造 3274 万平方米 至年末 城镇居民人均住房建筑面积 34 平方米 人均住房居住面积 17 2 平方米 居民住房成套率达到 95 6 9 由于经济快速 发展 人口密集 土地的集约使用导致高层住宅建造量越来越多 并逐渐成为 楼市主流 上海地区的高层住宅建筑分布呈现从中心向全区遍布发展的趋势 但符合 国家节能标准的建筑只占很小的比例 高层住宅起初主要分布集中在市中心区 域 如徐汇区 静安区等 随着经济快速发展 浦东新区 松江区 青浦区等 的开发 高层住宅建筑已经遍布了上海各个区域 然而在已建成的高层住宅建 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 5 筑中 节能住宅只占很小部分 从 2005 年 7 月 15 日以后批准建设的住宅建筑 都必须符合住宅节能规范要求 达到国家节能率高于 50 的要求 之前建设的 大量住宅则达不到节能要求 热工性能较差 无法满足居民对室内热舒适性的 要求 只能通过使用空调 采暖等设备来改善室内热环境 从而消耗了大量的 能源 这样既增加了居民的经济负担 也使上海市的用电负荷不断创出历史新 高 同时大量二氧化碳等温室气体的排放 有悖于我国政府发展低碳经济和建 筑节约型社会的目标 表表 2 0 1 上海市主要年份上海市主要年份 8 层以上建筑数量层以上建筑数量 类 别单 位2000 年2008 年2009 年 幢 35291610919183 总 计 万平方米 61801874620464 幢 53620282369 8 10 层 万平方米 45112902196 幢 68469788992 11 15 层 万平方米 87549405783 幢 83134933995 16 19 层 万平方米 110040134199 幢 126627632852 20 29 层 万平方米 269554215203 幢 212847975 30 层以上 万平方米 105930833083 本表数据由市住房保障和房屋管理局提供 本表数据按建筑面积计算 2 22 2 上海地区住宅发展规划上海地区住宅发展规划 上海地区住宅发展根据区域特点和建筑市场的要求 制定了各个阶段的发 展规划要求 在每个阶段都突出了建筑节能的目标和实现目标的具体措施 下 面就最近的 十一五 和 十二五 住宅发展规划分析上海地区住宅建筑节能 策略 2 2 1 上海地区上海地区 十一五十一五 住宅建设住宅建设 十一五 的建筑的目标是为全面贯彻落实科学发展观和科教兴市主战略 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 6 全面推进上海地区建筑节能工作 减少建筑能耗 节约能源 降低温室气体排 放 改善环境质量 促进传统建筑建材业的改造和提升 加快建设资源节约型 环境友好型城市 上海是一个能源短缺的城市 随着城市的社会经济快速发展 本市夏季电 网峰谷差值矛盾逐年增加 空调用电负荷比例持续递增 冬季用电紧张的矛盾 也开始显现 2005 年在采取了多种迎峰度夏措施后 夏季最高用电负荷仍突破 1600 万千瓦 目前 本市常驻人口已经超过 1700 万 居住建筑和公共建筑竣 工面积连续 10 年年均超过 3000 万平方米 人均居住面积超过 14 平方米 基 于人口数量 建筑面积两个基本因素 加之城市发展正处在综合功能提升和市 民消费结构升级的重要时期 上海在未来一个较长时期 将处在建筑能耗的高 速增长期 十一五 期间 围绕 城市 让生活更美好 主题 上海成功地举办一 届精彩 难忘的世博会 把握这一重要历史机遇 实现世博园区的高起点规划 高水平建设 高标准管理 推动和促进上海城市的整体发展 使世博园区成为 未来上海城市发展和推进建筑节能的典范 为上海加快整体迈入世界先进发达 城市做出积极贡献 因此 上海的建筑节能工作作为促进社会 经济 人口 资源 环境协调 发展工作的重要组成部分 任务不仅十分迫切 而且任重道远 十一五 期间 在巩固 十五 成果基础上 坚持观念创新 机制创新 技术创新和工作创新 实现本市建筑节能 15 的分解任务目标 为实现全市万 元 GDP 能耗比 十五 期末下降 20 左右的目标作贡献 重点抓好建筑物增 量节能控制和存量节能挖潜 新建公共建筑全面实现 50 的节能目标 新建居 住建筑从节能 50 加快过渡到节能 65 的目标水平 既有民用建筑节能改造以 公共建筑节能改造为重点 以结合 旧小区平改坡综合改造 为突破口 以政 府既有办公建筑节能改造为垂范 以运用市场化节能改造机制为手段 加大既 有建筑节能改造的存量挖潜 继续完善标准规范和技术支撑体系 通过低能耗 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 7 超低能耗和绿色建筑示范 引导建筑节能发展方向 城镇新建居住建筑严格执行国家节能 50 的标准要求 通过有效的行政监 管和技术支撑手段 形成具有上海特色的居住建筑节能技术体系和管理模式 积极引导农村新建住宅采用节能新技术 拓展居住建筑节能标准的执行范围 十一五 后期 在科研与试点基础上 进一步提升建筑节能标准规范指标体 系 提高城镇居住建筑节能水平达到 65 的目标 并逐步将建筑节能管理覆盖 到其他新建居住建筑 推动建筑节能向纵深发展 以 旧小区平改坡综合改造 项目为突破口 有计划地实施居住建筑节能 改造 探索以行政手段和财政支持为主的资金筹措和推进机制 通过示范引路 稳步推进 到 2010 年 争取对达到 旧小区平改坡综合改造 条件的居住建 筑全部实施节能改造 2 2 2 上海地区上海地区 十二五十二五 住宅建设住宅建设 上海 十二五 期间将进一步改善居民住房条件 计划在 5 年内供应各类 保障性住房约 100 万 套 户 十二五 期间上海将通过新增包括廉租房 经济适用房 公租房 动迁安置房等各类保障性住房近百万套 明显改善上海 中低收入家庭住房困难 上海 十二五 新增保障住房具体计划为新增廉租住房受益家庭 7 5 万 户 新建供应约 40 万套经济适用房 多方式筹措和建设公共租赁房 20 余万套 完成中心城区二级旧里以下房屋改造 350 万平方米 建设供应约 30 万套动迁 安置房 十一五 期间是上海居民住房条件迅速改善的 5 年 在此期间全市 新增住宅约 1 2 亿平方米 共完成市区二级旧里以下房屋改造 340 万平方米 住宅成套率达 95 上海市区人均居住面积超过 17 平方米 5 年内全市公积 金个贷累计发放 1600 多亿元 比 十五 期间增长近两倍 发放户数 64 万户 十二五 期间 上海将加大建筑节能工作力度 逐步提高建筑节能标准 完成既有建筑节能改造 4000 万平方米 同时 上海将大力推进住宅产业化 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 8 新建住宅全装修比例达到 70 以上 从以上分析可以看出 上海地区住宅建设突出的特点是建设量大 而建筑 节能工作包括对新建建筑的执行严格的节能标准 同时大力开展既有建筑的改 造工作 而这两项工作都与建筑围护结构的改造紧密联系 如何在围护结构节 能构造节点研究中满足建筑节能在经济性 改造的可实施性和新建建筑高标准 的要求是研究的立足点 2 32 3 上海地区建筑外墙节能体系调研上海地区建筑外墙节能体系调研 上海地区建筑项目的外墙保温体系有多种形式 如外墙外保温 内保温和 内外保温 所使用的保温材料有板材类 砂浆类和现场喷涂等 为了能够确定 常用的保温体系和材料 本课题对上海现代设计集团技术中心在 2010 年度所 做的建筑节能项目进行调研 本次调研共收集现代设计集团建筑技术中心 2010 年度设计的 50 个上海本 地项目的外墙保温系统选用情况信息 其中公建项目 40 个 住宅项目 10 个 情况汇总见表 2 2 表表 2 0 2 现代设计集团技术中心现代设计集团技术中心 2010 年度外墙保温系统汇总表年度外墙保温系统汇总表 建筑类型保温系统保温材料小计合计 岩棉板 19 挤塑聚苯板 4 膨胀聚苯板 4 无机保温砂浆 3 泡沫玻璃 2 聚氨酯发泡 1 胶粉聚苯颗粒保 温浆料 1 外保温 玻璃棉毡 1 35 无机保温砂浆 7 内外保温 岩棉板 1 8 公建 内保温 00 住宅外保温无机保温砂浆 49 第 2 章 上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究 9 膨胀聚苯板 2 聚氨酯板 1 挤塑聚苯板 1 酚醛板 1 内外保温无机保温砂浆 11 内保温 0 上海地区建筑外墙保温形式有外墙外保温 外墙内保温和外墙自保温 各个保温形式都有优点和缺点 从调研结果来看 上海地区建筑外墙以外保温 为主 占调研总数量的 84 只做内保温和自保温的案例鲜见 在外墙外保温 形式中以板材类 膨胀聚苯板 挤塑聚苯板 岩棉 泡沫玻璃和酚醛 保温材 料常用 随着公安部 46 号文的执行 外墙外保温大量采用 A 级防火的保温材 料 如岩棉板 酚醛板和无机保温砂浆等 这样 建筑外墙外保温材料的品种 选择和使用范围就会比较狭窄 而这些可选品种的需求量也会越来越大 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 10 第第 3 章章 建筑外墙保温构造模拟分析建筑外墙保温构造模拟分析 3 13 1 上海地区冬季建筑外墙典型热桥构造研究上海地区冬季建筑外墙典型热桥构造研究 冬季研究方法概述 1 上海地区冬季建筑外墙典型冷热桥计算机模拟分析方法 1 使用中国建筑科学研究院建筑物理研究所编制的 Ptemp 1 0 软件 根据 CAD 图纸 建立模型 中国建筑科学研究院建筑物理研究所对围护结构热桥问题开发了专门的二维温度 场计算软件 作为节能设计标准配套的热桥计算的分析工具 本软件用 Visual C 6 0 开发 而成 可以模拟多达 20 万个温度节点的二维空间温度分布 可以获取所模拟围护结构的温度 分布 边界热流和露点温度等信息 并给出包含热桥部位的传热系数 能够很好地处理建筑 围护结构的热传导问题 2 设置各部位材料导热系数 本课题研究时 外墙保温材料统一设置为膨胀聚苯板 35mm 屋面保温材料统一设置为挤塑聚苯板 35mm 3 设置室内外各表面换热系数 4 分别按上海冬季气候参数设置边界条件 5 计算得到各种边界条件下的热桥部位的冬季内表面最低温度 T1 6 当 T1 低于露点温度时 内表面会结露 需改善节能措施 7 确定热桥部位的合理构造 2 边界条件设置如表 3 1 表表 3 1 边界条件表边界条件表 上海室外计算温度 根据气象库 GBJ19 87 季节温度 摄氏度 相对湿度 冬天 4 75 上海室内计算温度 根据焓湿图查表 室内温度 露点温度 摄氏度 民用建筑热工设计规范 相对湿 度 20 12 60 外表面换热系数 23 26W m2 K 公共建筑节能设计规范 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 11 内表面换热系数 8 72W m2 K GB50189 2005 来源 作者根据相关资料整理 3 23 2 外墙外保温典型热桥研究外墙外保温典型热桥研究 3 2 1 女儿墙女儿墙 由于上海地区没有相对应的地方标准图集 建筑师在设计相关节点时 一般会选用 对应的国家标准图集 在国家标准图集 外墙外保温建筑构造 10J121 中 如图 5 2 1 1 所示 钢筋混凝土的女儿墙被内外两侧保温材料完全包裹 外墙保温材料与屋面保温材料在 此部位闭合 此做法有利于减少室外温差对于外围护结构的影响 有效地保护外围护结构免 除热应力对其产生长期的影响 我国北方大部均采用女儿墙全包的做法 可有效避免冬季外 墙与屋面交界处因内表面最低温度低于露点温度而在室内形成结露现象 图图 3 1 女儿墙保温构造女儿墙保温构造 来源 外墙外保温建筑构造 10J121 中国建筑标准设计研究院 P78 但上海地区冬季室外极限温度为 10 1 远高于我国北方的冬季室外温度 来源 中国 人民共和国气象资料库 GBJ19 87 上海市 如果采用与北方相同的全包做法 在经济性与适 用性方面存在一定的研究空间 女儿墙分析见表 3 2 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 12 表表 3 2 女儿墙分析女儿墙分析 典型冷热桥标准做法Ptemp 1 0 分析模型 A 女儿墙单面保温 分 析 当女儿墙采取单面保温的情况下 整个女 儿墙的墙体温度均低于 12 外墙与屋面 连接处的温度低于室内露点温度 会产生 结露现象 结论 此构造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 B 女儿墙双面保温Ptemp 1 0 分析模型 C 女儿墙双面保温 分 析 当女儿墙采取双面保温 屋面保温材料上 翻 15cm 的情况下 整个女儿墙的墙体温度 均低于 12 外墙与屋面连接处的温度为 12 7 略高于室内露点温度 不产生结露 现象 结论 此构造刚满足规范要求 分 析 当女儿墙采取单面保温 屋面保温材料上 翻 30cm 的情况下 整个女儿墙的墙体温 度均低于 12 外墙与屋面连接处的温 度为 14 高于室内露点温度 不产生结 露现象 结论 此构造满足规范要求 3 2 2 阳台阳台 在国家标准图集 外墙外保温建筑构造 10J121 中 如图 3 2 所示 不封闭阳台 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 13 板被两侧保温材料完全包裹 外墙保温材料在此部位闭合 此做法有效地保护阳台板避免热 桥产生 可有效避免冬季外墙与阳台交界处因内表面最低温度低于露点温度而在室内形成结 露现象 图图 3 2 不封闭阳台保温构造不封闭阳台保温构造 来源 外墙外保温建筑构造 10J121 中国建筑标准设计研究院 P83 但上海地区居民习惯于将洗衣机等设备放于阳台之上 增加的荷载会破坏阳台板上表面 的保温层 通常补救办法是先将阳台板降板 15cm 左右 在保温材料的上方铺设一层细石混 凝土作为保护层 此做法必然会增加房屋的造价 及阳台自身的荷载 根据工程经验测算 如能取消阳台板的保温层 每个阳台将至少减少 1000 元的造价 阳台分析见表 3 3 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 14 表表 3 3 阳台分析阳台分析 典型冷热桥标准做法 Ptemp 1 0 分析模型 不封闭阳台板无保温分 析 根据国家标准图集 封闭阳台采取栏板不包 阳台板上下包的保温做法 不封闭阳台采取全包的保 温做法 当阳台采取无保温做法 时 整个阳台板的温度均 低于 12 阳台板位置的 外墙与楼板连接处的温度 为 16 7 高于室内露点温 度 不产生结露现象 结 论 此构造满足规范要求 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 15 3 2 3 架空楼板架空楼板 外墙外保温系统中的架空楼板做法通常要在外墙外侧与楼板下侧加设保温层 当遇 到端头梁的位置则一般采用保温材料全包的方式 架空楼板分析见表 3 4 表表 3 4 架空楼层分析架空楼层分析 Ptemp 1 0 分析模型 架空楼板 1 分 析 当架空楼板仅在外墙外侧与楼板下侧加设保温层 端头梁保温层仅包外墙一侧时 室内 楼板与外墙连接处的温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构 造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 架空楼板 2 分 析 当架空楼板仅在外墙外侧 楼板下侧及端头梁两侧加设保温层时 室内楼板与外墙连接 处的温度为 13 4 高于室内露点温度 不会产生结露现象 结论 此构造满足规范要 求 3 2 4 凸窗凸窗 由于凸窗能扩大室内有效使用面积 又不计算建筑面积 在住宅设计特别是小户型住宅 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 16 的设计中 被大量的使用 但凸窗本身是整个住宅外围护结构保温构造的软肋 即使在凸窗 板外侧加设了保温层 仍旧可能出现结露的现象 在 2006 年 12 月 01 日颁布的 上海市建设 和交通委员会关于进一步加强本市民用建筑节能设计技术管理的通知 俗称 765 号文 中规 定 建筑外墙不宜设置凸窗 当建筑设计确需设置凸窗时 必须满足凸窗不透明的顶板 底 板和侧板应当采取保温措施 其保温层厚度应当大于等于外墙的保温层厚度 居住建筑节能 设计标准 DG TJ08 205 2008 中规定 居住建筑不宜设凸窗 凸窗保温性能不应低于外窗保 温性能 由此可见在各级规范标准中 对凸窗的节能要求都非常的严格 在国家标准图集 外墙外保温建筑构造 10J121 中 如图 3 3 所示 凸窗分析见表 3 5 图图 3 3 凸窗窗口保温构造凸窗窗口保温构造 来源 外墙外保温建筑构造 10J121 中国建筑标准设计研究院 P79 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 17 表表 3 5 凸窗分析凸窗分析 Ptemp 1 0 分析模型 凸窗下板 保温层厚度 35mm 同外墙 分 析 根据 765 号文的要求 将凸窗板的保温材料厚度设置成与外墙同样的厚度 膨胀聚苯板 35mm 外窗设置为断热铝合金 5 6A 5 普通中空玻璃 凸窗板的最低温度低于 12 低于 室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 凸窗下板 保温层厚度 50mm 传热系数同外墙 分 析 根据 居住建筑节能设计标准 DG TJ08 205 2008 的要求 将凸窗板的保温材料厚度设 置为膨胀聚苯板 50mm 窗台板传热系数不高于外墙传热系数 外窗设置为断热铝合金 5 6A 5 普通中空玻璃 凸窗板的最低温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 3 2 5 空调机隔板空调机隔板 住宅建筑的空调机隔板 混凝土雨棚 屋面设备基础等典型热桥部位 在国家标准图集 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 18 外墙外保温建筑构造 10J121 中 如图 3 4 所示 都需要用保温材料全包 但在实际使 用过程中 由于板上需承受一定的荷载如空调室外机等 保温层非常容易被破坏 空调机隔 板分析见表 3 6 图图 3 4 空调机隔板保温层构造空调机隔板保温层构造 来源 外墙外保温建筑构造 10J121 中国建筑标准设计研究院 P87 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 19 表表 3 6 空调机隔板保温分析空调机隔板保温分析 典型冷热桥标准做法Ptemp 1 0 分析模型 空调机隔板 1 分 析 当空调机隔板与外墙均不设保温层 外 墙及外墙与楼板连接处的温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 空调机隔板 2Ptemp 1 0 分析模型 空调机隔板 3 分 析 当空调机隔板不设保温层 外墙设置 15mm 的膨胀聚苯板保温层的情况下 外 墙与楼板连接处的温度为 13 4 略高 于室内露点温度 不产生结露现象 结 论 此构造刚满足规范要求 分 析 当空调机隔板不设保温层 外墙设置 35mm 的膨胀聚苯板保温层的情况下 外 墙与楼板连接处的温度为 16 7 高于 室内露点温度 不产生结露现象 结论 此构造满足规范要求 3 33 3 外墙内保温典型热桥研究外墙内保温典型热桥研究 3 3 1 女儿墙女儿墙 在国家标准图集 公共建筑节能构造 夏热冬冷和夏热冬暖地区 06J908 2 中 如 图 3 5 所示 钢筋混凝土的女儿墙无保温材料包裹 外墙内保温材料与屋面保温材料在此部 位断开 此做法不利于减少室外温差对于外围护结构的影响 女儿墙分析见表 3 7 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 20 图图 3 5 女儿墙内保温构造女儿墙内保温构造 来源 公共建筑节能构造 夏热冬冷和夏热冬暖地区 06J908 2 中国建筑标准设 计研究院 P4 9 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 21 表表 3 7 女儿墙内保温分析女儿墙内保温分析 Ptemp 1 0 分析模型 女儿墙 1 分 析 当女儿墙无保温材料保护 屋面保温材料不上翻 外墙内保温材料不延伸的情况下 整 个女儿墙的墙体温度均低于 12 外墙与屋面连接处的温度低于 12 低于室内露点温 度 产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 女儿墙 2 分 析 当女儿墙无保温材料保护 屋面保温材料上翻 30cm 外墙内保温材料延伸 30cm 的情况下 整个女儿墙的墙体温度均低于 12 外墙与屋面连接处的温度为 12 7 略高于室内露点 温度 不产生结露现象 结论 此构造满足规范要求 3 3 2 T 型墙型墙 T 型墙 指的是内墙与外墙的交界处 由于外墙内保温系统天生的缺陷 无法对 T 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 22 型墙 位置的热桥进行有效的保护 造成冬季交接处的内表面最低温度往往低于室内露点温 度 会产生结露现象 对于此问题的一般解决办法为外墙内保温层遇到 T 型墙 时 保温 层向内墙折进一定距离 在国家标准图集 公共建筑节能构造 夏热冬冷和夏热冬暖地区 06J908 2 中 如图 3 6 所示 T 型墙 分析见表 3 8 图图 3 6 外墙与内隔墙热桥部位保温构造外墙与内隔墙热桥部位保温构造 来源 公共建筑节能构造 夏热冬冷和夏热冬暖地区 06J908 2 中国建筑标准设 计研究院 P4 6 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 23 表 3 8 T 型墙 保温分析 Ptemp 1 0 分析模型 T 型墙无延伸 分 析 外墙内保温系统在 T 型墙位置 内保温层不向内墙一侧延伸 外墙与内墙交界处的最低 温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 T 型墙延伸 30cm 分 析 外墙内保温系统在 T 型墙位置 内保温层向内墙一侧延伸 30cm 外墙与内墙交界处 的最低温度为 12 7 略高于室内露点温度 不会产生结露现象 结论 此构造刚满足 规范要求 3 3 3 架空楼板架空楼板 外墙内保温系统中的架空楼板做法通常要在外墙内侧与楼板下侧加设保温层 通常无法 对架空楼板的热桥部位进行全面的保护 架空楼板分析见表 3 9 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 24 表表 3 9 架空层保温分析架空层保温分析 Ptemp 1 0 分析模型 架空楼板 1 分 析 当架空楼板仅在外墙内侧与楼板下侧加设保温层 端头梁单侧包保温层 室内楼板与外墙 连接处的温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范 要求 端头梁处的保温层对于热桥的保护作用不大 Ptemp 1 0 分析模型 架空楼板 2 分 析 当架空楼板仅在外墙内侧及楼板下侧加设保温层 外墙内保温材料向楼板延伸 30cm 端 头梁单侧包保温层 室内楼板与外墙连接处的温度低于 12 低于室内露点温度 会产生 结露现象 结论 此构造不满足规范要求 端头梁处的保温层对于热桥的保护作用不大 外墙内保温系统的架空楼板典型冷热桥需加强室内楼板室内侧的保温措施 3 3 4 凸窗凸窗 在 2006 年 12 月 01 日颁布的 上海市建设和交通委员会关于进一步加强本市民用建筑节 能设计技术管理的通知 俗称 765 号文 中规定 建筑外墙不宜设置凸窗 当建筑设计确需 设置凸窗时 必须满足凸窗不透明的顶板 底板和侧板应当采取保温措施 其保温层厚度应 当大于等于外墙的保温层厚度 居住建筑节能设计标准 DG TJ08 205 2008 中规定 居住 建筑不宜设凸窗 凸窗保温性能不应低于外窗保温性能 由此可见在各级规范标准中 对凸 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 25 窗的节能要求都非常的严格 在国家标准图集 外墙内保温建筑构造 03J122 中 如图 3 7 所示 凸窗板分析见表 3 10 图图 3 7 凸窗窗口内保温构造凸窗窗口内保温构造 来源 外墙内保温建筑构造 03J122 中国建筑标准设计研究院 PK6 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 26 表表 3 10 凸窗内保温分析凸窗内保温分析 Ptemp 1 0 分析模型 凸窗下板 分 析 根据 765 号文的要求 将凸窗板的保温材料厚度设置成与外墙内保温同样的厚度 膨胀聚 苯板 35mm 外窗设置为断热铝合金 5 6A 5 普通中空玻璃 凸窗板的最低温度低于 12 低于室内露点温度 会产生结露现象 结论 此构造不满足规范要求 对比 外墙外保温凸窗下板 Ptemp 1 0 分析模型 分 析 在对比针对凸窗部位的外墙内保温系统和外墙外保温系统后发现 内保温系统的凸窗板低 温区 低于 12 面积更小 更有利于避免结露 另外 凸窗在降低室内温度及湿度的情况下 露点温度显著降低 可以避免出现结露现 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 27 象 针对这一情况 我们对凸窗板双面保温和凸窗板单面保温在不同的工况下进行模拟分析 见表 3 11 表表 3 11 凸窗板不同工况下结露现象分析凸窗板不同工况下结露现象分析 Ptemp 1 0 分析模型 凸窗板双面保温 凸窗板外侧保温 膨胀聚苯板 30mm 凸窗板内侧保温 膨胀聚苯板 15mm 外窗设置为断热铝合金 5 6A 5 普通中空玻璃 分析 工况 室内温度 18 相对湿度 60 露点温度 10 2 结论 凸窗板的最低 温度低于 10 2 会产生结露现象 此 构造不满足规范要求 分析 工况 室内温度 18 相对湿度 45 露点温度 5 9 结论 凸窗板 的最低温度低于 5 9 低于露点温度 的区域显著减小 此构造不满足规范 要求 分析 工况 室内温度 16 相对湿度 45 露点温度 4 1 结论 凸窗板的最低 温度低于 4 1 低于露点温度的区域 继续减小 接近窗框边缘 此构造不满 足规范要求 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 28 分析 工况 室内温度 16 相对湿度 40 露点温度 2 4 结论 凸窗板的最低 温度高于 2 4 此构造满足规范要求 分析 工况 室内温度 15 相对湿度 45 露点温度 3 2 结论 凸窗板的最低 温度高于 3 2 此构造满足规范要求 Ptemp 1 0 分析模型 凸窗板单面保温 凸窗板外侧保温 膨胀聚苯板 30mm 外窗设置为断热铝合金 5 6A 5 普通中空玻璃 分析 工况 室内温度 16 相对湿度 40 露点温度 2 4 结论 凸窗板的最低温 度高于 2 4 不会产生结露现象 此构 造满足规范要求 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 29 分析 工况 室内温度 15 相对湿度 45 露点温度 3 2 结论 凸窗板的最低 温度高于 3 2 不会产生结露现象 此构造满足规范要求 分析 工况 室内温度 15 相对湿度 40 露点温度 1 5 结论 凸窗板的最低温 度高于 1 5 不会产生结露现象 此构 造满足规范要求 从以上分析可以得出 凸窗板双面保温在下列工况条件下 不会出现结露现象 工况 1 室内温度 16 相对湿度 40 露点温度 2 4 结论 凸窗板的最低温度高于 2 4 此构造满足规范要求 工况 2 室内温度 15 相对湿度 45 露点温度 3 2 结论 凸窗板的最低温度高于 3 2 此构造满足规范要求 凸窗板单面保温在下列工况条件下 不会出现结露现象 工况 3 室内温度 15 相对湿度 45 露点温度 3 2 结论 凸窗板的最低温度高于 3 2 此构造满足规范要求 通过采用中国建筑科学研究院建筑物理研究所编制的 Ptemp 1 0 软件 对外墙热桥进行计 算 获取所模拟围护结构的温度分布 露点温度等信息 主要分析了 外墙外保温系统中的 女儿墙 阳台 架空楼板 凸窗 空调机隔板 外墙内保温系统中的女儿墙 架空楼板 凸 窗等典型热桥部位 通过将分析结果与现行国家标准图集的构造做法进行对照 针对每一个 典型热桥给出了保温构造的优化建议 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 30 3 43 4 上海地区夏季建筑外墙典型热桥构造研究上海地区夏季建筑外墙典型热桥构造研究 3 4 1 上海的气候特征上海的气候特征 上海属于典型 夏热冬冷 地区 夏季炎热 冬季湿冷 建筑热工设计要求 上海地区 必须充分满足夏季防热要求 适当兼顾冬季保温 所以控制夏季隔热是上海地区的关键 上海全年温度在 5 37 度范围内 温度跨度大 全年湿度达到 90 以上的高湿天气都有出现 尤 其是在过渡季节 根据中国建筑热环境分析用气象数据集中的数据 上海市日平均相对湿度年变化图如下 上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上上 上 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 12 13 14 15 16 17 18 19 110 111 112 1 上 上 上 上 上 上 上 由图中数据可知 上海市相对湿度超过 90 的天数占全年总天数的 10 上海过渡季节 的高湿气候特征对居住建筑的影响很大 3 4 2 研究内容及目标研究内容及目标 本节主要对墙体外保温对夏季 过渡季 自然通风条件下墙体内表面结露的影响进行 根据结露的原理可以知道 当房间内墙壁的温度低于室内空气露点温度时 便会发生结露现 象 当自然通风时间足够长时 墙面温度逐渐接近风温 结露发生的可能性就会降低 因此 夏季 过渡季 自然通风条件下 最有可能结露的情况就是房间内温度较低 室外气温或相 对湿度突然升高 此时墙体温度有可能低于室外空气露点温度 从而在自然通风时造成结露 现象 当墙体采用外保温时 由于墙体的传热系数 热惰性指标等参数均发生变化 因此必 然会对上述结露现象产生影响 本节将通过数值模拟的方法 对此进行分析研究 3 4 3 研究方法概述研究方法概述 1 使用 airpark 软件 根据 CAD 图纸建立模型如下 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 31 说明 FLUENT 由美国 FLUENT 公司于 1983 年推出 是目前功能最全面 适用性最广 国内使用最广泛的 CFD 软 件之一 FLUENT 可以使用结构化及非结构化网格 可以完成多种参考系下流场模拟 定常与非定常流动分析 不可压流和 可压流计算 层流和湍流模拟 含有粒子 液滴的蒸发 燃烧的过程 多组分介质的化学反应过程等 AIRPAK 是 FLUENT 中专门用于通风计算的软件 2 设置各部位材料导热系数 本论文研究时 墙体外保温条件下 外墙保温材料统一 设置为 50mm 挤塑聚苯板 屋面保温材料统一设置为挤塑聚苯板 50mm 墙体无保温情况下 钢筋混凝土厚度 250mm 所有内墙考虑为绝热条件 3 设置室内外各表面性质 为简化模型 按钢筋混凝土处理 4 按上海夏季气候参数设置边界条件 上海室外计算温度 根据气象库 GBJ19 87 季节温度 相对湿度露点温度 过渡季节 33 90 30 13 说明 采用室外相对湿度 90 作为模拟的边界条件 此类天数占全年总天数的 10 5 模拟初始条件 按照节能标准要求 夏季房间室内空调设计温度为 26 因此本文假定房间内原处于空 调状态 初始空气温度及墙体温度均为 26 此时停止空调 开始开窗通风 环境温度及相 对湿度见上述边界条件设置 研究在随后的 24 小时内房间内空气 墙体温度及墙体内表面 处相对湿度的变化情况 由于空气露点温度为 30 13 26 因此房间内初始条件下便存在结露 可能 本次模拟根据自然通风一段时间后 墙体温度及墙体内表面处相对湿度的变化情况判 断外保温对夏季 过渡季 自然通风条件下墙体结露的影响 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 32 6 模拟结果分析 两种工况下 不同时刻 单位 秒 温度场分布如下 外墙为 250mm 厚钢筋混凝土 1 5m 标高外墙为 50mmxps 200mm 厚钢筋混凝土 1 5m 标高 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 33 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 34 两种工况下 不同时刻 单位 秒 含湿量分布如下 外墙为 250mm 厚钢筋混凝土 1 5m 标高外墙为 50mmxps 200mm 厚钢筋混凝土 1 5m 标高 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 35 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 36 两种工况下 不同时刻 单位 秒 墙体内表面温度分布如下 外墙为 250mm 厚钢筋混凝土外墙为 50mmxps 200mm 厚钢筋混凝土 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 37 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 38 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 39 两种工况下 不同时刻 单位 秒 墙体内表面处相对湿度分布如下 外墙为 250mm 厚钢筋混凝土外墙为 50mmxps 200mm 厚钢筋混凝土 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 40 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 41 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 42 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 43 第 3 章 建筑外墙保温构造模拟分析 44 由温度分布图可知 在相同初始条件下开始自然通风时 有外保温层的建 筑墙体 墙体自身温度变化小于无保温的情况 因此夏季 过渡季 自然通风 条件下 有保温层的建筑墙体温度低于无保温的情况 由含湿量分布图可知 相同初始条件下无论有无外保温 建筑室内含湿量均在 30 分钟内与室外环境 相同 由墙体表面温度分布可知 墙体内表面中温度最低的地方出现在墙体阴 角处特别是三面墙体 楼板 相交的地方 这与常识相符 由墙体内表面处相 对湿度分布可知 自然通风 5 小时后 有无墙体外保温情况下 墙体内表面相 对湿度分布情况接近 自然通风 16 5 小时后 无保温的建筑物墙体内表面处空 气相对湿度小于 1 0 已无结露可能 但有保温的情况下 自然通风 24 小时后 在墙角等部位 空气相对湿度