成都地区外墙保温对建筑节能的影响

周练，李晓虹，王林，杨洋

（1.西华大学 建筑与土木工程学院，四川 成都　610039；2.四川海聚环保科技有限责任公司，四川 广元　628033）



成都地区外墙保温对建筑节能的影响

周练1，李晓虹1，王林2，杨洋1

（1.西华大学 建筑与土木工程学院，四川 成都610039；2.四川海聚环保科技有限责任公司，四川 广元628033）

摘要：运用DesignBuilder软件对成都地区某住宅建筑全年累计冷、热负荷进行模拟，研究EPS、XPS、PUR等3种保温隔热材料在不同保温层厚度时，内、外保温方式对建筑冷、热负荷的影响。结果表明：外墙外保温夏季隔热效果优于内保温，冬季内保温效果略好于外保温，热负荷差别不大，总节能效果外保温较好。外墙外保温形式下，保温层厚度增加后，冬季房间舒适度明显提升，夏季舒适度不升反降；且随保温层厚度增加，房间舒适度提升幅度趋于平缓；当保温层厚度达到60mm时，再增加其厚度，总能耗相对节能率增加幅度小于0.3%；说明保温层厚度过大并不能明显提升节能效果，为避免加大建筑投资，应权衡建筑冬、夏季负荷及室内舒适度情况，结合经济性分析，适当选取，以达到较好节能效果。

关键词：建筑节能；内保温；外保温；基础室温；DesignBuilder

0　引言

为响应国家节能减排的经济政策，近年来建筑节能愈来愈受人们关注。夏热冬冷地区建筑能耗特性不同于其它气候地区，该地区夏季炎热，冬季湿冷，建筑热过程除了涉及夏季隔热和冬季保温外，还涉及过渡季节的除湿［1］等，其围护结构设计“既要保证夏季隔热，同时又要兼顾冬季保温”［2］。在过去，该地区较少考虑外围护结构对建筑节能的影响，时至今日，该地区建筑围护结构的保温隔热性能仍较差，而墙体在围护结构中占了较大比重，其能耗占围护结构总能耗的60%～70%左右［3］，是建筑围护结构总能耗的主要组成部分。因此，在夏热冬冷地区，研究建筑墙体的保温隔热对该地区的建筑节能具有重要意义。

本文采用建筑能耗模拟计算软件DesignBuilder，对建筑外墙分别采用XPS（挤塑聚苯板）、EPS（膨胀聚苯板）以及PUR（硬质聚氨酯泡沫）3种在目前建筑中比较常用的保温隔热材料［4-6］，针对内、外保温2种方式进行动态模拟，分析了外墙采用不同保温隔热材料时，2种保温方式对建筑能耗的影响。

1　建筑模型

研究对象为成都地区某住宅楼。该建筑南北向布置，共6层，一梯两户，层高3.0m，建筑平面布局见图1。建筑北面房间为厨房、卫生间，卧室布置在南面，该建筑南、北向窗墙比为0.33，东、西向窗墙比为0.12，建筑围护结构的传热系数见表1。

图1　建筑模型平面示意

表1　建筑围护结构的传热系数

2　研究方法

2.1参数设定

住宅内部热扰根据JCJ134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》选择：冬季室内设定温度为18℃，夏季室内设定温度为26℃，容忍温度18～29℃，室内得热平均强度为4.3W/m2；采暖、空调设备为家用空调器，制冷时额定能效比为2.3，采暖时能效比为1.9，换气次数为1.0次/h。根据该地区人们生活习惯并结合文献［7-8］设置空调房间及其启停时间：仅在卧室、客厅设置空调，其它房间如厨房、卫生间无空调设备；空调采取间歇运行方式，其开、关时间由居住者根据作息规律设定：卧室平日21：00～次日7：00开启，周末全开，客厅平日18：00～23：00开启，周末8：00～23：00开启。室外气象参数取自EnergyPlus软件中的Weather Data。

2.2模拟条件

本次模拟为研究外墙保温形式对建筑能耗的影响，外墙采用XPS、EPS以及PUR 3种保温隔热材料，内、外保温方式，不同保温材料及不同厚度的选取均在DesignBuilder模拟软件中进行设置。

3　模拟结果与分析

通过软件DesignBuilder模拟外墙分别采用外保温和内保温时，3种保温隔热材料下，保温层厚度为0～80mm时建筑全年累计冷、热负荷及相对节能率（外墙采取保温隔热措施后相对于无保温时的节能率），结果见图2、图3、图4。

图2　内、外保温方式下采用不同保温材料时全年累计冷负荷及相对节能率

图3　内、外保温方式下采用不同保温材料时全年累计热负荷及相对节能率

图4　内、外保温方式下采用不同保温材料时建筑全年总能耗及相对节能率

3.1外墙内、外保温方式对建筑全年累计

冷、热负荷的影响

由图2可知，随保温层厚度增加，对于XPS、EPS、PUR 3种保温隔热材料，外墙外保温时冷负荷相对节能率均有所下降，但始终高于内保温，外保温全年累计冷负荷均低于内保温，说明外保温方式下外墙夏季隔热效果优于内保温，具有更好的节能性。

从图3可知，外墙采取保温措施后，冬季热负荷显著减小，当保温层厚度达50mm时，热负荷相对节能率均达50%以上；随保温层厚度增加，对于XPS、EPS、PUR 3种保温材料，外墙内保温全年累计热负荷均略低于外保温，内保温时热负荷相对节能率略高于外保温，说明对于冬季保温而言，外墙内保温略优于外保温。随着保温层厚度的增加，热负荷相对节能率增加幅度趋于平缓，说明一味增加保温层厚度并不能明显提高节能效果。

由图4可知，随保温层厚度增加，3种保温隔热材料下，内、外保温方式时总能耗相对节能率均逐渐增加；虽然外墙外保温时冷负荷节能率会出现下降现象，但保温层厚度增加后，冬季热负荷相对节能率的增加幅度远大于夏季冷负荷相对节能率的减小幅度，因此外墙外保温时总能耗相对节能率亦随保温层厚度增加而增加。对于外墙内、外保温方式，外墙外保温建筑全年总能耗均低于内保温，外保温时总能耗相对节能率高于内保温，可知从全年运行能耗来看，外墙外保温节能效果较好，即成都地区住宅建筑宜采用外墙外保温方式。

基于以上分析，同时兼顾到内保温外墙由于难以避免热桥的存在会产生结露现象［5］及内保温外墙的其它不利因素［9］，则成都地区住宅建筑外墙宜采用外保温形式。

3.2保温层厚度对建筑能耗及基础室温的影响

3.2.1保温层厚度对建筑能耗的影响

从图4可知，采用不同保温隔热材料时，建筑全年总能耗相对节能率大小稍有差异，研究数据表明，当保温层从10mm增加到80mm时，每增加10mm，XPS、EPS、PUR保温隔热材料建筑全年总能耗相对节能率的增长率分别为1.44%、0.76%、0.58%、0.38%、0.30%、0.26%、0.22%；1.46%、0.85%、0.57%、0.42%、0.33%、0.27%、0.25%；1.48%、0.71%、0.46%、0.35%、0.30%、0.27%、0.14%，可知，外墙采取保温隔热措施后，建筑全年总能耗会随保温层厚度的增加逐渐减小，但并非保温层越厚节能率提升的越明显，当保温层厚度达60mm时，再增加其厚度，总能耗相对节能率增加幅度趋缓，说明保温层厚度过大并不能明显提升节能效果，反而有悖于建筑经济性投资。这在文献［10-12］中也有相关说明。

3.2.2保温层厚度对建筑基础室温的影响

建筑基础室温是指给定的建筑（围护结构、热扰、通风等都已确定）在不投入空调情况下的室内温度。它全面反映了建筑本身的性能和各种被动性热扰动对房间热环境状况的影响。

本文研究外墙外保温形式，以XPS保温隔热材料为例，（EPS、PUR结果类似）夏季合理利用自然通风条件下，建筑1、3、6楼中间2单元主卧室房间基础室温随保温层厚度增加时的全年时间分布见表2。

表2　室外及房间基础室温全年时间分布　h

由表2可知，夏季房间基础室温大于29℃的小时数1楼很小，而6楼偏大，冬季室内基础室温低于16℃的小时数远大于夏季基础室温高于29℃的小时数。为详细分析保温层厚度增加时，房间基础室温的变化情况，现以3楼2单元主卧室为例，分析各温度段时间所占全年比例随保温层厚度增加时的变化，结果见图5。

图5　3楼主卧室自然室温统计结果

由图5可知，保温层厚度增加后，冬季房间基础室温低于最低容忍温度16℃的小时数显著减小，房间舒适度明显提升，可知外墙采取保温隔热措施后对冬季保温效果明显；而夏季舒适度有下降趋势，其原因在于本次模拟夏季自然通风一定，保温层厚度增加后，墙体传热系数减小，当室外温度较低时，反而不利于室内向外散热，造成房间基础室温过高，不舒适度上升。以上2点对房间基础室温变化的分析同时也验证了前面负荷变化的规律。

由以上分析可知，随着保温层厚度增加，房间舒适度逐渐提升，但提升的幅度趋于平缓，说明保温层厚度过大时对提升房间舒适度效果不明显，为避免加大建筑投资，应权衡建筑冬、夏季负荷及室内舒适度情况，结合经济性分析，适当选取，以达到较好的建筑节能效果。

4　结语

成都地区居住建筑的墙体保温与隔热对该地区建筑节能意义重大。本研究表明，成都地区居住建筑宜采用外墙外保温形式。外墙采取保温隔热措施后，冬季保温效果显著；保温层厚度过大时，不利于夏季散热，同时建筑节能率提升幅度趋于平缓；为避免加大建筑初投资，同时兼顾节能效益，应权衡建筑冬、夏季负荷及室内舒适条件，结合实际工程预算，通过经济性分析以选取合适保温层厚度，切不可生搬北方寒冷地区的节能方法，不考虑气候之间的差异而简单地采用增加保温层厚度来达到节能的目的。

参考文献：

［1］付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2002：65-66.

［2］GB 50176—93，民用建筑热工设计规范［S］.

［3］顾天舒，谢连玉，陈革.建筑节能与墙体保温［J］.工程力学，2006 （S2）：167-184.

［4］鲍国芳.新型墙体与节能保温建材［M］.北京：机械工业出版社，2009：16-17.

［5］徐峰，张雪芹，华七三.建筑保温隔热材料与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007：5-19.

［6］许志中，李铁东.有机建筑保温材料发展前景的思考［J］.新型建筑材料，2011（7）：89-91.

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［8］李楠.夏热冬冷地区人员行为对住宅建筑能耗的影响研究［D］.重庆：重庆大学，2011：19-33.

［9］北京艺高世纪科技股份有限公司.外墙外保温常见技术问答［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009：9-10.

［10］熊欢，刘建军.建筑外墙外保温厚度选择及其经济性分析［J］.施工技术，2013：19-22.

［11］ OzkanDB，OnanC，ErdemS.Effect of insulationmaterial thickness on thermal insulation［J］.J.Eng.Nat.Sci.，2009，27：190-196.

［12］ Kaynakli O.A review of the economical and optimum thermal insulation thickness for building applications［J］.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012，16（1）：415-425.

中图分类号：TU761.12

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）05-0091-04

基金项目：西华大学硕士研究生创新基金项目（ycjj2015176）

收稿日期：2015-11-27；

修订日期：2016-01-05

作者简介：周练，男，1992年生，河南虞城人，硕士研究生。

The effects of different exterior wall insulation forms on building energy saving in Chengdu

ZHOU Lian1，LI Xiaohong1，WANG Lin2，YANG Yang1
（1.School of Architecture and Civil Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China；2.Sichuan E.A.Environmental Technology Co.Ltd.，Guangyuan 628033，China）

Abstract：Using the software DesignBuilder，research was carried out on the simulation of the annual cooling and heating load of a residential building in Chengdu，to explore the effects of internal and external insulation forms about the exterior wall on the cooling and heating load of the building，with different insulation materials in different insulation thickness.Results show，external insulation is superior to internal insulation on energy efficiency in summer cooling load，internal insulation is slightly better than external insulation for energy saving in winter heating load，with little difference about heating load，and external insulation has a better effect than internal insulation about the total energy saving.Based on external insulation form，with the increase of the insulation thickness，the room comfort level in winter improves obviously，and the summer's comfort level has an opposite trend；As the insulation thickness increasing，the increase rate of the room com fort level tends to be flat；When the insulation thickness increased to 60mm，increasing its thickness，the increase rate of the building's relative energy saving ratio is less than 0.3%；Thus，it can't increase the energy saving effect obviously when insulation thickness is too large，and in order to avoid increasing the building's investment，we should tradeoff the room com fort conditions and the load in winter and summer，binding economic analysis to choose the appropriate insulation thickness，to obtain a better energy efficiency.

Keywords：building energy saving，internal insulation，external insulation，basic room temperature，DesignBuilder