建筑物理学给南方建筑节能设计提供了准确清晰的理论计算方法(原创)

建筑物理学给南方建筑节能设计提供了准确清晰的理论计算方法(原创)

2010-04-10 20:52:22 阅读6 评论0 字号:


                                                                  北京怡好思达软件科技发展有限公司
        北方供暖地区降低建筑能耗的关键技术点是加厚外保温材料,增大墙体热阻R,减少墙体向外传热。在采用双层窗户(或者双层玻璃),门窗墙体气密性比较好的情况下,只要不断增大墙体热阻R,建筑能耗就能随之而不断降低,无论50%,还是65%、70%的建筑节能率,都很容易着手实现。
        但在夏热冬暖地区,夏热冬冷地区,建筑节能设计人员对具体如何有效降低建筑能耗,却普遍感到千头万绪、无从下手,国内各种建筑节能标准告诉人们要加大热阻和热惰性系数D值,某些建筑能耗模拟软件指导人们要加大遮阳和通风,但某建筑节能专家告诉人们,南方建筑做外保温可能是瞎忙。
        其实,建筑物理学(建筑热工)早就给南方地区建筑节能设计提供了非常清晰的理论概念——建筑隔热。建筑物理学给北方供暖地区提供的建筑节能概念是建筑保温,建筑物理学给南方夏季酷热地区提供的建筑节能概念是建筑隔热,建筑保温和建筑隔热是两个相近而实际却截然不同的两个概念。
        建筑保温针对的是冬季建筑保温,建筑隔热针对的是夏季建筑隔热。冬季建筑保温是阻止热量由室内向室外扩散,夏季建筑隔热是阻止太阳辐射热量由室外向室内扩散。
        根据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所提供的建筑隔热计算方法,建筑隔热的概念主要是阻隔太阳辐射对室温的影响,因为仅从一个城市的范围来讲,城市一切人类活动(人体、汽车、工厂)所产生的总热量,连太阳辐照热量的1/50都不到,所以,要想降低南方建筑冷负荷,{dy}重要的是阻隔太阳辐射热量传入室内,包括室外温度实际也是由太阳辐射决定的。

        我们采用BEED建筑节能软件,按照《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所提供的建筑隔热计算方法,进行建筑隔热计算,发现有三个因素对建筑隔热性能起到决定性作用。
     (1).建筑外墙涂料颜色越浅,表面越光滑,反光率越高,太阳辐照吸收系数越低,建筑隔热性能越好。
     (2).建筑外墙保温材料的表面蓄热系数越低、热阻越大,越有利于将太阳辐射热量阻隔在外保温层外,建筑隔热性能越好。
     (3).建筑内墙材料的表面蓄热系数越高、热阻越小,建筑隔热性能越好。因为这越有利于热交换,越有利于利用夜间通风,使建筑内侧墙体起到晚上蓄冷、白天吸热的xx空调作用。
        《民用建筑热工设计规范》所规定的建筑隔热计算,是根据建筑物理原理,综合计算这三项措施的共同隔热效果,其计算原理是非常准确而可靠的。但《民用建筑热工设计规范》规定的隔热指标有些偏低,虽然《民用建筑热工设计规范》规定的隔热指标不够高,但我们可以利用《民用建筑热工设计规范》给我们提供的建筑隔热计算方法,通过建筑热工设计,{zd0}程度地实现夏季隔热,{zd0}可能地减少夏季空调冷负荷,即:

         在这三种建筑隔热措施中,沿着热传递过程,{dy}重要的建筑隔热措施是降低建筑外墙表面材料的光吸收系数,这也是构建建筑隔热的{dy}道防线,如果{dy}道防线的隔热效果明显,后面的隔热措施——安装外墙保温材料就不用付出更厚、更大的代价。
         {dy}道防线的具体措施是刷涂浅色涂料、近红外反射涂料,浅色涂料吸收的辐射热量仅为深色涂料的一半,如果刷涂近红外反射涂料,能将太阳辐射的80%可见光和近红外光能量都反射掉,按照建筑隔热计算原理,确实连外墙保温材料都不需要,就能达到建筑隔热要求。
        有的试验在建筑外表面刷涂近红外反射涂料后,墙体外表面温度能下降15-30℃,室内温度能下降5-10℃。
            
        如果不采用近红外反射涂料,那就得构建建筑隔热的第二道防线——外墙保温材料。通过BEED建筑节能软件,模拟计算广州地区,如果外墙采用黑色、红色等光吸收系数高的颜色涂料,即使采用200mm厚的挤塑聚苯板做外墙保温材料,建筑隔热计算也通不过,如果外墙采用白色涂料,仅用50mm厚的挤塑聚苯板做外保温材料,就能通过建筑隔热计算要求。
        所以,这第二道防线——外墙保温材料厚度设计与外表面材料、颜色是息息相关的,这不是随便定一个R值或D值就都能达到建筑隔热规范要求的。
        而且,在建筑阻隔阳光辐射的{dy}道防线,采取刷涂浅色涂料、近红外反射涂料等隔热措施,对提高建筑隔热性能是最事半功倍的。
        第三道防线——建筑内侧墙体蓄冷吸热,必须在前两道建筑隔热防线将大部分太阳辐射热量都阻隔在外保温层的基础上实施,如果刷涂浅色涂料、近红外反射涂料,安装外墙保温材料层,已能接近达到《民用建筑热工设计规范》规定的{zd1}隔热指标。建筑内侧墙体蓄冷吸热,就可以{zd0}程度地利用建筑内侧墙体的夜晚蓄冷、白天吸热作用,降低夏季空调冷负荷。
       做好了占70%面积的建筑外墙隔热设计,第二步是对门窗进行隔热设计,也就是所谓遮阳,随着各种遮阳新技术的诞生,窗体遮阳已经很容易实施,既可以采用各种外遮阳手段,也可以采用隔热玻璃、隔热膜,或者高反射率的镀铝涂层窗帘等多种内遮阳措施,隔热效果都非常好。
        其次是在夜晚气温较低的时候实施自然通风,如果建筑内侧墙面有内保温材料或者抹灰层很厚,夜晚通风,那只能管晚上那一会凉爽;如果在建筑墙体隔热的基础上,实施夜晚自然通风,通过建筑内部重质墙体的夜晚蓄冷,白天吸热作用,能大大降低白天的建筑冷负荷。  

        目前国内建筑节能行业普遍规定用暖通空调专业的建筑能耗模拟软件来评估空调建筑的热工、节能性能,根据模拟软件计算结果对南方建筑的实施节能设计。
        主要技术来源于美国的能耗模拟软件,是模拟美国24小时连续运行空调建筑得到的,其能耗计算方法都是根据墙体传热系数来计算能耗的,这对计算室温接近恒定的北方供暖地区建筑能耗、或者24小时连续运行的空调建筑能耗,基本还能接近实际能耗。但对于大多间断开启空调或不开空调的中国南方建筑,墙体传热受自然通风和墙体蓄热变化影响很大,一般建筑能耗模拟软件的能耗模拟值,都与实际建筑能耗相差很大,根据其模拟结果,经常得出一些“不讲道理”的结论。
       《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所提供的建筑隔热计算,准确体现了太阳辐射建筑墙体结构所形成的热物理作用过程,为降低夏季空调能耗(冷负荷),为南方建筑节能设计,提供了与建筑热工节能设计实践xx相符的建筑物理理论计算方法。
        如果说,提高建筑保温性能,能有效降低北方供暖地区冬季的建筑供暖能耗(热负荷)的话,那么,提高建筑隔热性能,同样也能非常有效地降低南方地区夏季的建筑空调能耗(冷负荷)。

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