粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构节能性研究

李 颖白 莉何书明张怡然

(1:吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118;2:吉林建筑大学土木工程学院，长春 130118;3:长春中海地产有限公司，长春 130000)

加气混凝土具有材料来源广泛、材质稳定、质量轻、易加工、施工方便、造价低等优点，尤其是其具有的优良的保温、隔热、防火功能使其在建材市场中的占有率逐年提高.目前全国加气混凝土产品生产企业近600家，总设计年生产能力超过4650万m3，其中粉煤灰蒸压加气混凝土制品占总产量的80%，2015年全国加气混凝土需求量将超过5000万m3[1].

自保温围护结构是指由一种建筑材料构成，不需要在内外两侧粘贴保温材料就能满足相应节能标准要求的围护结构.粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构是由粉煤灰蒸压加气混凝土砌块配以专用干粉保温砂浆砌筑和专用干粉抹面砂浆抹面而构成.

吉林省地处严寒地区，粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构的外墙厚度普遍为490 mm，按材料出厂的性能参数计算其传热系数为0.297 W/(m2·k)，利用热流计法[2]现场实测其平均传热系数为0.404 W/(m2·k).《公共建筑节能设计标准》(GB50189－2005)(以下简称“节能标准”)规定，外墙传热系数上限值为0.500 W/(m2·k).本文利用DeST－c软件分别模拟外墙传热系数为0.404 W/(m2·k)和0.500 W/(m2·k)时的建筑能耗，并对比研究粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构建筑的节能性.

1 示范工程现场测试研究

1.1 工程概述

吉林建筑大学建筑教学馆是“十二五国家科技支撑计划项目——东北严寒地区建筑节能关键技术研究与示范”的示范工程，总建筑面积27491.81m2，共6层，建筑高度23.95 m，体型系数0.19，2012年11月完工.外墙采用450 mm厚粉煤灰蒸压加气混凝土砌块，内墙采用200 mm厚粉煤灰蒸压加气混凝土砌块，内、外墙均双面抹20 mm厚干粉保温砂浆;外窗采用塑钢三玻中空玻璃窗，窗墙比为34%;屋面为40 mm厚1∶2.5水泥砂浆保护层+4 mm厚SBS改性沥青防水层+40 mm厚1∶2.5水泥砂浆找平层+160 mm厚阻燃型聚苯乙烯保温板+2 mm厚SBS改性沥青隔气层+120 mm厚现浇钢筋混凝土板.工程设计执行《公共建筑节能设计标准》(GB50189－2005)及吉林省地方标准《公共建筑节能设计标准》(DB22/436－2007).

1.2 传热系数现场测试

采用JTNT－A专用建筑围护结构传热系数测试仪测试外墙传热系数.测试时间为2013年2月28日至2013年3月8日，数据采集时间间隔为20 min，每个测点连续测试48h.选择该建筑不同朝向的外墙主体部位，每一朝向设置3个测试点.测试在采暖期进行，测试期间连续供暖，门窗紧闭，房间内无人员走动.测试现场测点布置及传感器见图1，图2.

图1 外墙主体部位传热系数测试现场

图2 热流密度传感器和温度传感器

1.3 测试数据及结果

测得各朝向外墙的热流密度、温度数据见图3～图6.

分别剔除南朝向8∶16 ～14∶16、东朝向6∶34 ～14∶34、西朝向12∶14 ～21∶14 的数据，在这些时刻实测数据受太阳辐射影响误差较大.

图3 北外墙热流密度、温度数据

图4 南外墙热流密度、温度数据

图5 东外墙热流密度、温度数据

图6 西外墙热流密度、温度数据

由图3～图6的数据，可以计算出各朝向外墙平均传热系数，最终计算出外墙总平均传热系数，见表1.

表1 各朝向外墙平均传热系数及外墙总平均传热系数实测值

1.4 测试数据分析

为进行对比分析，在表2中将外墙传热系数理论计算值、现场测试值及节能标准规定上限值分别列出.

表2 传热系数对比

从表2可以看出，粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构外墙传热系数的理论计算值和现场测试值均满足节能标准的要求.但测试值与理论计算值相差较大，分析原因主要有以下几点:

(1)热流计法是一种基于一维稳态传热原理的测试方法，而实际上围护结构的传热是三维非稳态传热，用热流计法测得围护结构的传热系数若不加以修正，测试数据与实际传热系数会存在一定的偏差;

(2)测试工作是在建筑主体完工3个月，水磨石地面刚完工1个月的时间进行的，时值冬季，门窗关闭，建筑外墙与地面施工残留的水分没有完全散发出去，受此影响使外墙在传热的同时伴有微量的质传递，测试传热系数偏大;

(3)施工工艺的不确定性也是导致传热系数增大的原因之一.砌块砌筑时，砂浆灰缝不可能达到绝对饱满，砌块之间会有微小的缝隙，使热流偏大;抹面时砂浆厚度的不均匀，将造成热量传递的不均匀，导致传热系数实测值大于理论计算值;

(4)砂浆配比不准确或未达到技术规程要求也是原因之一.干粉保温砂浆的配比要求比较严格，一旦含水率超标，多余的水分将向外墙砌块的空隙扩散，直接导致传热系数升高.

2 DeST－c软件模拟建筑能耗研究

2.1 建筑能耗模拟结果

在DeST－c软件中建立示范工程的建筑模型[3].根据长春市气象数据及示范工程实际建设情况，对该教学馆进行全年8760 h动态模拟，分别得到外墙传热系数为实测值0.404 W/(m2·k)和节能标准上限值0.500 W/(m2·k)两种不同情况下的全年热负荷及能耗，模拟计算结果汇总于表3.

表3 DeST－c建筑热负荷模拟数据汇总

2.2 模拟结果分析

由表3可以看出，在其他条件不变的情况下，以实测传热系数值0.404 W/(m2·k)模拟计算，得出全年累计热负荷为846197.91 kW;以节能标准规定的传热系数上限值0.500 W/(m2·k)模拟计算，得出全年累计热负荷为 1011148.77 kW，两者相差(1011148.77 －846197.91)/1011148.7=16.32%.

我们知道，传热系数测试值0.404 W/(m2·k)远高于理论计算值0.297 W/(m2·k)，也高于实际传热系数.按照“最不利”的情况考虑，即认定传热系数K=0.404 W/(m2·k)，粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构建筑的全年累计热负荷比节能标准要求还低16.32%，这就意味着采用粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构的公共建筑采暖能耗比节能标准要求还低16.32%.按长春市公共建筑采暖平均煤耗35.76 kg/m2标煤量计算[4]，则节省煤耗5.836 kg/m2标煤，折算成动力煤(发热值为5500大卡)为7.43 kg/m2.

2013年7月，渤海动力煤价格指数显示[5]，5500大卡动力煤的综合平均价格为592元/t，按此价格计算，得出长春市公共建筑冬季采暖平均每平方米节约采暖燃煤费为4.40元/m2.也就是说，采用粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构的公共建筑比节能标准要求的采暖燃煤费还节省4.40元/m2.据房地产业协会统计[6]，2012年长春市新建房屋成交面积1097.4万m2，按此数据计算长春市新建建筑每年将节约燃煤8.15万t/年，减少采暖燃煤费用0.483亿元.由此可见，粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构体系的节能性与经济性是十分显著的.

3 结语

(1)通过传热系数的现场测试值、理论计算值与节能标准上限值比较可得，粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构外墙满足建筑节能标准要求，不必再附加任何保温材料;

(2)通过DeST－c软件模拟公共建筑能耗，得出采用粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构能耗比节能标准要求还低16.32%，充分体现了其显著的节能性;

(3)如果2012年长春市新建公共建筑均采用粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构体系，长春市每年将节省采暖燃煤量8.15万t/年，节约采暖费0.483亿元/年，节能环保意义重大;

(4)本文通过对粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构外墙传热系数的理论计算、现场测试及能耗模拟综合研究，得出粉煤灰蒸压加气混凝土自保温围护结构体系具有显著的节能性，不必附加任何保温材料就完全满足节能标准要求的研究结论.

[1]代德伟，刘京丽，王 钰.国内外加气混凝土产业现状及发展趋势[J].混凝土世界，2013(4):30－33.

[2]JGJ/T 177－2009公共建筑节能检测标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[3]Bai Li，Zhang Yiran，Chu Jiarui.Energy Conservation Analysis on Self－ thermal Insulation Walls Structural System in Cold Areas[J].Progress in Renewable and Sustainable Energy，2012(9):1778 －1782.

[4]白 莉，艾莉莉.长春市燃煤供热锅炉运行及煤耗现状调查[J].吉林建筑工程学院学报，2010，27(1):57－60.

[5]http://www.ce.cn/cysc/ny/gdxw/201307/12/t20130712_545892.shtml.

[6]http://www.chinaacc.com/new/184_900_201303/05wa1161396894.shtml.