高层建筑外墙材料节能分析研究

穆婧瑜

【摘 要】本文阐述介绍了建筑设计中，节能的重要性。建立了能耗模拟的计算模型。分别对240粘土多孔砖、190双孔板小砌砖+聚苯颗粒以及砂加气B05三种墙体材料进行能耗模拟，通过分析结果的对比，得出240粘土多孔砖材料节能率更高的结论，为建筑的外墙结构设计提供了理论依据。

【关键词】建筑；外墙材料；节能

随着我国经济、科技等各方面的飞速发展，能源的消耗量日趋增大。以目前我国城镇民用建筑耗电量为例，其能源消耗比率约占全国发电总量的21%～23%。而且，这些数据显示的仅仅是建筑物自身正常运行（如家电、楼梯灯具、公用电梯等）所耗费的能源。尚未算及建筑材料的制造、使用以及建筑在施工过程中所消耗的能源。而与此同时，全球的能源供应却是日益紧张，能源的短缺和高速发展的生产力之间，矛盾愈趋加剧。因此，如何更好地节约能源，提高其使用率，成为了当前倍受关注的话题。本文针对某高层建筑的外墙材料，提出了3种材料对比方案，并进行能耗模拟分析，目的在于选择节能率更高的外墙结构，以达到建筑规划设计中节能的目的。

1 建筑模型的构建

本文选择某二类高层民用建筑为计算模型，进行外墙材料节能模拟分析。其相关参数如下：

1）层高：19

2）每层单元数：2

3）单元户型：A型（2个）、B型（2个）

4）每层建筑面积：365 m2

5）总建筑面积：6550 m2

绘制出的具体结构如图1所示。

2 外墙结构的分析

建筑物外墙维护结构的耗能率，是影响建筑能耗的关键因素之一。因此，实现建筑节能的目的，必须得对外墙材料，进行能耗模拟。本文针对该高层建筑的相关参数，选定了240粘土多孔砖、190双孔板小砌砖+聚苯颗粒保温以及砂加气B05三种外墙材料进行分析对比，以便确定最优结构。

2.1 240粘土多孔砖墙体的模拟计算

作为近年来，市面上出现的新型节能材料，240粘土多孔砖墙体的能耗性能如何，需进行模拟。其相关参数如表1所示：

详细计算条件如下：

1）室内温度设定：冬季18℃，夏季26℃；

2）外墙：240粘土多孔砖，K=2.074W/（㎡·K）；

3）屋顶：砼板+保温浆料，K=1.66W/（㎡·K）；

4）外窗：普通单层玻璃铝合金窗，K=6.6W/（㎡·K），SC=0.9；

5）换气次数：n=1.0；

6）设备能效比：冬季EER=1.0，夏季EER=2.2；

7）内热源：照明0.5875W/㎡，人员设备 4.3 W/㎡。

此外，以当地最热的季节（7、8月）中的一天为基准，定义建筑的耗电量以及室内温度状况。据当地最热月份的气象数据统计结果，7月的平均温度为25.79℃。计算日24小时干球温度，如图2所示。

计算结果如图3所示。

2.2 190双孔板小砌砖+聚苯颗粒以及砂加气B05墙体的计算模拟

对于这两种材料的能耗模拟，方法与章节2.1类似。计算参数不变和分析对象不变，只需分别重设建筑模型，对导热热阻和传热系数进行修改。其具体分析结果如图4和图5所示。

2.3 结果分析

根据对三种不同材料进行能耗模拟图。可以知道：

（1）由图3所示，室外出现最低温度的时间是凌晨1点，此刻的温度为21.55℃.与此同时，室内的最高自然温度是29.69℃。此外，室外出现最高温度的时间是12点的左右，温度是28.79℃，而室内的最高自然温度是33.91℃，大约在20点左右，比起室外出现最高温度的时间，整整延迟了8个小时。这是由于：①室外维护结构对室温有一定的延迟功能；②与本文设置的通风换气次数有关。

（2）由图4所示，采用190双孔板小砌砖+聚苯颗粒保温墙体材料下，室内的自然温差，差别非常小，且温度比采用240粘土多孔砖材料墙体时要低。

（3）由图5所示，采用砂加气B05墙体材料时，室内温度偏高。且随着楼层增高，室内温度也随之增加。特别是第4层与5层的房间温度，差距较大。在15点左右，第5层的温度高达达到36.7℃，而第4层的温度仅为31.5℃，相差达到了4℃。与此同时，室外的温度是25.79℃。与第5层存在10.51℃的差别。可见，采取有效措施，以降低室内在无空调设置状态下的顶端温度十分必要。

本文以第一种材料为基准，对比其余两种材料的相对节能率，具体情况如表2所示。

由表2可知，240粘土多孔砖外墙能耗比190双孔板小砌砖+聚苯颗粒保温材料小17.1%，比砂加气B05材料小9.5%。因此，可以得出结论，240粘土多孔砖外墙材料的能耗最小，是为外墙结构最优选择方案。

3 结论

建筑节能，对于改善空气环境，实现可持续性发展等方面都具有举足轻重的意义。本文也做了相关的探索，通过建立建筑模型，分别对三种外墙材料的能耗进行了模拟分析，得出了240粘土多孔砖外墙为最佳维护结构的结论，为建筑的节能设计提供了有利的理论支持，同时，也为高层建筑的节能措施的选择，提供了参考依据。

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[责任编辑：侯天宇]