超低能耗建筑外保温对室外热环境衰减实测分析＊

贠清华，崔国游，曹依蕾

（河南五方合创建筑设计有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

被动式超低能耗建筑通过对围护结构的保温层进行合理设计和施工，同时利用建筑本身重质材料的热惰性，对室外温度的波动产生了很好的衰减和延迟作用，既可削减用能需求的峰值，又可减小室内温度的波动，增强室内环境的热稳定性。外墙外保温系统在我国严寒地区、寒冷地区使用，可保持稳定的室内温度，为住户提供舒适的生活环境[1]。目前，有不少学者针对围护结构特性对室内热环境影响进行了研究。程飞等[2]采用数值计算的方法，比较了相同运行模式下住宅外墙外保温和外墙内保温2种保温方式的性能，结果表明，采用外保温的房间在空调关闭后热舒适性更好。围护结构特性对室内热环境的研究大多停留在软件模拟或者仿真基础上，因此，本文基于对建筑外保温对室内环境影响的理论认识，对五方科技馆围护结构内表面及室内外温度进行实测分析，得出不同季节的温度变化曲线，总结建筑内表面温度的实际变化规律，为后续被动式超低能耗建筑的研究、设计提供实测数据支撑。

1 项目概况

1.1 项目简介

本研究测试对象为中原地区首个被动式超低能耗建筑——五方科技馆，总建筑面积约1 515.68m2，地上3层，内部功能主要为会议、办公、住宿和餐饮等。

1.2 外围护系统

建筑外墙保温采用150mm厚的石墨聚苯板，屋顶采用150mm厚的挤塑板，外墙传热系数为0.198W/（m2·K），屋顶传热系数为0.205W/（m2·K），地面传热系数为2.905W/（m2·K）。外窗采用铝包木窗，Uf=0.91W/（m2·K），Ug=0.61W/（m2·K），g＝0.43。建筑气密性N50达到0.17 h-1。

2 监测条件及内容

2.1 监测对象

监测对象为五方科技馆，测试时该馆已投入正常使用，主要功能以体验参观为主，日均人流量为10～50人，截至2019年9月5日，已有7 300余人进行参观体验。

2.2 监测系统

监测系统包括室外环境参数采集、室内环境参数采集，采集参数包括室内外环境温度、湿度、CO2浓度、PM2.5浓度、PM10浓度、风速、风向、噪声等。监测系统还包括对外墙内表面、地面、屋顶内表面温度的采集。

2.3 监测周期

自五方科技馆开馆，数据采集系统就已开始运行。取监测周期为2019年1月29日—2019年8月31日，期间经历了冬季、春季及夏季。

3 室内外温度监测结果

3.1 采暖季

采暖季是测试的关键阶段之一。五方科技馆由带高效热回收的新风系统、地源热泵系统进行极端天气下的辅助制热。采暖季2月份的监测结果如图1所示，由此可知，2月份室外温度在10℃以下且温度波动很大，而科技馆室内温度和围护结构内表面温度却始终维持在某一较高温度区间值，日均温度随时间的变化很小；室内温度与围护结构内表面温度是个趋同的过程，室内温度通过相对较低的围护结构内表面温度向室外传热。另外，由图1可知，室内温度和围护结构内表面的温度相差2～3℃，而理论计算的温差一般为1.3℃左右。主要原因是：在采暖季2月份，五方科技馆处于刚开馆的状态，外围护结构及内部重质结构材料中蓄存的热量很少，温度相对较低，所以存在两者温差较大的情况。

图1 2月份监测结果

3.2 过渡季

图2为过渡季4月份温度监测情况。在过渡季节，要充分利用自然通风与机械通风相结合，在室外空气质量较好的情况下，可加强气流与建筑蓄热体的对流换热，充分利用自然通风。从温度变化曲线可以看出，室外温度4月份波动很大，而围护结构内表面温度波动非常小，与室外平均温度呈现非常弱的联动关系，同时有持续增高趋势。同样，室内温度的变化情况与其相似。在过渡季节，室内温度与围护结构内表面温度基本一致，且室内温度与各内表面温度也是逐渐趋同的过程，通过新风系统及自然通风等，使室内温度保持在一个合理的范围内。

图2 4月份监测结果

3.3 制冷季

7—8月属于夏季，室外温度较高，科技馆室内通过新风系统的辅助制冷功能，使室内各围护结构的温度维持在25℃左右（见图3），即使在非常炎热的天气，室内也能保持较舒适的环境，且各参数也符合设计要求。在夏季，围护结构内表面温度及室温随外部气温小幅波动，室内温度与围护结构内表面温度是一个日趋分化的过程。围护结构内表面温度日趋高于室内温度，开始通过围护结构的重质材料吸收室内空气的冷量，同时起到控制室内辐射温度的作用。

图3 7月份监测结果

4 结语

被动式超低能耗建筑是在提高室内舒适度和室内环境质量的前提下的超低能耗建筑。五方科技馆经历了冬、夏季及过渡季3种状态，通过监测结果得到以下结论。

1）在采暖季，室内温度通过相对较低的围护结构内表面温度向室外传热。在过渡季节，室内温度与围护结构内表面温度基本一致，通过新风系统及自然通风等，能保持室内温度在一个合理的范围内。在夏季空调开启后，室内温度开始低于内表面温度，冷量通过墙体扩散至室外，结构体开始蓄冷；同时，良好的保温性能保证了日间太阳辐射不会因晒透保温层而造成围护结构过热。

2）室内热舒适度受各种因素影响，同时，它们之间也互相影响。其中，环境辐射温度是影响室内热舒适度的重要因素之一。由以上的监测结果可知，即便在极端天气下，室内温度和围护结构内表面温度温差也在2℃以内。五方科技馆围护结构良好的保温性能，保证了室内的辐射热舒适度。

超低能耗建筑不能提供全年恒温、恒湿环境，但通过良好的围护结构保温，为超低能耗建筑的结构体系提供了一个稳定的热惰体。冬季和夏季只需持续输入很小的空调负荷即可满足建筑要求。围护结构内表面温度及室内温度会随外部气温小幅波动。在不同季节，有良好保温性能的围护结构均起到了室内温度稳定器的作用。