新规范实施后广西居住建筑围护结构节能构造研究

2023-03-07张小静

新型建筑材料 2023年2期

张小静

（广西建筑科学研究设计院，广西南宁 530005）

2019年我国能源消费总量为48.75亿t标准煤，其中建筑全过程能耗总量为22.33亿t标准煤，占全国能源消费总量的45.8%[1]。由此可见，建筑节能对降低建筑能耗，实现住房和城乡建设领域“双碳”目标至关重要。2022年4月1日起开始实施强制性工程建设规范GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（以下简称“新规范”）意味着我国的节能减排工作进入一个崭新的发展阶段。根据该规范，新建居住建筑的平均设计能耗水平要在2016年执行的节能设计标准基础上降低30%[2]，即夏热冬冷和夏热冬暖地区的居住建筑平均节能率需达到65%，其中围护结构节能率提高10%～20%。

本文基于南宁市某实际住宅建筑建立计算模型，研究建筑围护结构的节能潜力，并结合GB 55015—2021中各项技术指标，给出满足要求的围护结构节能构造做法，并分析这些构造做法在广西不同气候区域的适用性。

1 广西居住建筑常用围护结构材料调查与分析

为确定本次研究的典型居住建筑模型和重点研究因素，首先对广西近年来50个住宅项目进行了详细的调研，包括低层、多层及高层住宅，工程地点涵盖南宁、柳州、北海等多个城市，调研结果显示，广西居住建筑常用的围护结构材料为：屋面采用正置式或倒置式保温屋面，保温材料以挤塑聚苯板为主，常用厚度在30～40 mm；外墙砌体材料主要采用加气混凝土砌块和烧结页岩多孔砖，并采用以内保温为主的保温方式，保温材料以单独采用无机保温砂浆，或采用建筑反射隔热涂料与无机保温腻子的组合形式为主，其中，单独采用无机保温砂浆时，常用厚度在20～30 mm，采用建筑反射隔热涂料与无机保温腻子的组合形式时，无机保温腻子的厚度为3 mm或5 mm；外窗基本上采用普通铝合金双层中空玻璃，部分外窗外侧玻璃采用了Low-E玻璃，但并不普遍，极少数建筑采用了导热系数小的断热型铝合金窗框。

2 研究对象

基于调研结果，确定了本次研究的典型居住建筑模型，该模型为南宁市某栋32层两梯四户住宅楼，南北朝向，建筑面积12 970 m2，体形系数0.39，平均窗墙比0.22，东西向主卫外窗采用活动外遮阳，建筑遮阳系数0.8，遮阳设施应用面积62.5 m2，占所有外窗面积的2%，如图1所示。主要材料热工参数见表1和表2。计算机模拟分别选取南宁、柳州、桂林作为广西夏热冬暖B区、夏热冬暖A区及夏热冬冷B区的代表城市，模拟分析工具采用清华斯维尔节能计算软件（BECS 2023版）。

图1 典型建筑模型示意

表1 屋面和外墙材料热工参数

表2 外窗热工参数

3 影响因素

本研究的重点是满足新规范要求的围护结构构造做法，根据调研结果，确定以下几种常用材料作为模拟计算的影响因素：加气混凝土砌块（B07级和B05级）、烧结页岩空心砖（虽然调研结果显示采用烧结页岩多孔砖的项目较多，但考虑到烧结页岩多孔砖的导热系数较大，故将其替换为烧结页岩砖中热工性能较优的烧结页岩空心砖）、无机保温腻子、无机保温砂浆（内保温）；外窗方面则将外窗类型和窗墙比作为考察的因素。计算机模拟均在保持屋面、遮阳等其他构造做法不变的情况下，通过调整上述一种因素或同时调整多种因素，计算各变量对能耗的影响。

4 模拟结果与分析

4.1 夏热冬暖B区

4.1.1 材料选型分析

根据文献[3]，非隔热金属型材搭配普通中空玻璃的传热系数为4.0 W/（m2·K），搭配Low-E中空玻璃的传热系数为3.2 W/（m2·K），而GB 55015—2021规定外窗传热系数不得降低，必须满足规定性指标要求，即便在夏热冬暖B区，对外窗传热系数的最低要求为≤3.5 W/（m2·K），因此本次模拟均采用较普通中空玻璃热工性能更优的Low-E中空玻璃。夏热冬暖B区几种方案的模拟计算结果见表3。

表3 夏热冬暖B区模拟计算结果

4.1.2 模拟结果分析

（1）对比方案1和方案2可知：无机保温砂浆与无机保温腻子的节能效果基本相同，主要是因为模拟采用的无机保温砂浆和无机保温腻子的导热系数相同，蓄热系数略有不同。

（2）对比方案2和方案3可知：当将所有外窗均更换为断热铝合金型材时，外墙相应地可减少5mm厚无机保温腻子，即在夏热冬暖B区，外窗型材由普通铝合金更换为断热铝合金，对建筑整体热工性能的提升有一定贡献。

（3）对比方案3～方案5可知：平均窗墙比为0.22时，外墙需采用总厚度为30mm的无机保温砂浆或无机保温腻子+无机保温砂浆的组合才能通过权衡判断；对比方案6～方案9可知：平均窗墙比为0.19时，无机保温腻子+无机保温砂浆组合的总厚度达到27 mm，即可通过权衡判断；进一步对比方案5和方案6可知，外窗总面积减少约10%基本等同于3mm厚无机保温腻子的节能效果，即在夏热冬暖B区减小外窗面积能够一定程度上降低建筑能耗。

（4）本次研究还模拟了外墙砌体材料为B05级加气混凝土砌块和烧结页岩空心砖的方案，由于篇幅有限，未列于表3中，结果显示：在其他围护结构构造均相同的情况下，将B07级加气混凝土砌块改为B05级加气混凝土砌块，无机保温腻子+无机保温砂浆组合的总厚度可减小7～8 mm；改为烧结页岩空心砖，总厚度则需增加6～8mm。

4.1.3 区域适宜性小结

在夏热冬暖B区，正南北朝向的典型居住建筑围护结构节能设计可参考以下方案：

（1）屋面：采用80mm厚的绝热挤塑聚苯乙烯板。

（2）外墙：①采用B05级加气混凝土砌块，并辅以总厚度在20～27 mm的无机保温砂浆或无机保温腻子与无机保温砂浆的组合；②采用B07级加气混凝土砌块，并辅以总厚度在27～35 mm的无机保温砂浆或无机保温腻子与无机保温砂浆的组合。

（3）外窗：①窗墙比≤0.35时（东西向除外）采用外窗Ⅰ，东西向及其他采用外窗Ⅱ；②全部采用外窗Ⅱ。

（4）活动外遮阳：东西向无平板遮阳的外窗采用建筑遮阳系数≤0.8的活动外遮阳。

4.2 夏热冬暖A区

4.2.1 材料选型分析

考虑到夏热冬暖A区对外窗传热系数要求较夏热冬暖B区有所提高，因此夏热冬暖A区均采用断热铝合金型材，模拟结果如表4所示。

4.2.2 模拟结果分析

（1）由表4可以看出，南向外墙保温层的厚度普遍比其他朝向大，这主要是因为模拟建筑为南北朝向，南向外窗最多，使得南向外窗线性热桥的长度最长，也就是说在各朝向外墙平壁传热系数相同的情况下，南向外墙的平均传热系数最大，而夏热冬暖A区居住建筑进行围护结构热工性能权衡判断的外墙传热系数门槛值与规定性指标要求的限值相同，是不得降低的，故为达到权衡判断的门槛要求，需适当增加南向外墙的保温层厚度。

（2）对比平均窗墙比为0.22和0.19的方案：当外窗总面积减少约10%时，各朝向外墙的无机保温砂浆厚度均可适当减小，此结果与夏热冬暖B区类似，即减小外窗面积能够一定程度上降低建筑能耗。

（3）在其他围护结构构造均相同的情况下，将B07级加气混凝土砌块改为B05级加气混凝土砌块，南向无机保温腻子+无机保温砂浆组合的总厚度可减少12～15 mm，北/东/西向无机保温腻子+无机保温砂浆组合的总厚度可减少6～7 mm；改为烧结页岩空心砖，南向总厚度需增加10～13 mm，北/东/西向总厚度需增加5～8mm。

表4 夏热冬暖A区模拟计算结果

4.2.3 区域适宜性小结

在夏热冬暖A区，正南北朝向的典型居住建筑围护结构节能设计可参考以下方案：

（1）屋面：采用80mm厚的绝热挤塑聚苯乙烯板。

（2）外墙：①采用B05级加气混凝土砌块，并辅以总厚度（10±2）mm的无机保温砂浆或无机保温腻子与无机保温砂浆的组合；②采用B07级加气混凝土砌块，并且南向辅以总厚度20～27mm、北/东/西向辅以总厚度15～17mm的无机保温砂浆或无机保温腻子与无机保温砂浆的组合；③采用烧结页岩空心砖，并且南向辅以总厚度30～40 mm、北/东/西向辅以总厚度20～25 mm的无机保温砂浆或无机保温腻子与无机保温砂浆的组合。

（3）外窗：①窗墙比≤0.35时采用外窗Ⅱ，其他采用外窗Ⅲ；②全部采用外窗Ⅲ。

（4）活动外遮阳：东西向无平板遮阳的外窗采用建筑遮阳系数≤0.8的活动外遮阳。