对南京地区外墙保温体系技术路线的探讨

王明民 龚延风

对南京地区外墙保温体系技术路线的探讨

王明民 龚延风

南京工业大学城市建设与安全工程学院

近年来，外墙外保温体系在夏热冬冷地区得到了广泛应用。但多起建筑外墙外保温火灾事件的发生，引发了各界对保温防火的思考，也引发了对保温体系的思考。为深入研究南京地区建筑外墙保温技术体系，本文结合南京地区的气候特点，采用动态能耗模拟软件DeST-h，对典型建筑的外墙按三种不同保温体系进行能耗分析。研究不同保温体系的负荷特性、能耗特性以及室内环境的热稳定性，探讨适合南京地区的建筑外墙保温形式。

南京地区保温体系外墙保温建筑节能

墙体是围护结构耗能的主体，在夏热冬冷地区，外墙的耗热量约占整个居住建筑热量损失的20%～30%。通过外墙保温技术，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑的冷、热消耗，从而达到建设领域节能降耗和污染减排的目的。采用先进的建筑外墙保温技术不仅可以节约能源，而且提高建筑物的使用寿命。目前，南京地区普遍采用的是外墙外保温体系。通过近几年的使用实践，外墙外保温存在较大的安全性问题和防火问题。因此，有必要针对南京的气候特点选择适宜的建筑围护结构节能技术路线。

南京属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水1200mm，四季分明，年平均温度15.4℃，年极端气温最高39.7℃，最低-13.1℃，年平均降水量1106mm。针对南京地区的气候特点，采用建筑动态能耗模拟软件DeST-h[1]对使用三种不同外墙保温体系的典型建筑进行分析，研究不同保温体系的传热特性、室内环境的热稳定性以及能耗特性，探讨适合南京地区的外墙保温形式。

1 建筑模型的基本参数

本文使用清华大学的建筑能耗模拟软件DeST-h对选定的典型建筑进行了详细的负荷模拟及分析，建筑模型见图1。

图1 建筑平面图

建筑共3层，建筑面积：839.45m2，体形系数0.378。建筑参数，围护结构的热工性能参数及不同的保温体系构造参数[2]见表1～4。由于DeST-h模拟软件不能处理热桥影响问题，因此，此处给出的外墙内保温和外墙自保温构造按保温的等效值输入。

表1 建筑屋顶与外窗参数

表2 外保温系统结构组成参数

表3 内保温系统结构组成参数

表4 自保温系统结构组成参数

2 模拟结果及讨论

2.1建筑全年冷热负荷分析

模拟得出不同保温体系下建筑全年累计冷热负荷如图2所示。

图2 不同保温体系下建筑全年累计冷热负荷

由模拟结果可以看出，在有效传热系数近似的情况下，三种保温墙体的产热量无明显区别，建筑全年累计冷热负荷无显著差异。从建筑总负荷角度考虑，不同的墙体保温形式差别不大。

2.2房间内热稳定性分析

选取三层的主卧室作为典型房间，进行负荷分析，比较分析三种保温体系对房间热稳定性的影响。计算结果见图3～4。

图3 典型房间冬季（1月8日～1月10日）室内温度比较

图4 典型房间夏季（7月10日～7月12日）室内温度比较

模拟结果表明，无论在冬季工况下，还是在夏季工况下，使用三种保温体系的墙体，室内温度波动幅度一致，且变化很小。说明对于单个房间，室内温度动态变化较小，保温效果较佳。

2.3能耗特征分析

由分析可以看出，在采用不同保温体系时，外墙的传热特性是不同的。本节将分析在南京地区，采用间歇式空调与采暖情况下，采暖计算期为当年的12月1日至次年2月28日，空调计算期为当年6月15日至8月31日，三种保温体系的空调耗冷量特征。图5为三种不同保温体系在南京地区的空调全年耗冷量比较。

图5 三种不同保温体系的空调耗冷量比较

从图5可以看出自保温体系与内保温体系空调耗冷量略高于墙体外保温体系，但是超过量不大。说明在外墙等效传热系数近似的情况下，虽然三种保温体系外墙动态传热特性有差别，但能耗量基本相等。

2.4模拟讨论

通过对三种保温体系的模拟计算分析可以得出：在外墙有效传热系数近似的情况下，虽然三种保温体系的外墙动态传热特性不同，但在南京地区从全年能耗和房间稳定性角度来看，这三种保温体系基本上是等效的。

热惰性指标表征围护结构反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标，其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积。热惰性指标D值，是表征围护结构对周期性温度波在其内部衰减快慢程度的一个无量纲指标，单层结构D=R·S；多层结构D=∑(R·S)。式中R为结构层的热阻，S为相应材料层的蓄热系数，D值愈大，周期性温度波在其内部的衰减愈快，围护结构的热稳定性愈好。

从表1、表2、表3三种保温体系系统结构组成参数和热惰性指标定义可以看出自保温方式热惰性指标比其他两种保温体系小。室内温度受外界环境的影响较明显，在夏季更容易实现利用夜间室外温度较低的空气来降低室内温度。因此，从能耗方面考虑，自保温方式是适合南京地区的。

目前常见的内、外保温墙体存在一系列不足[3～4]。

1）内保温缺点：由于圈梁、楼板、构造柱等会引起热桥，热损失较大；由于材料、构造、施工等原因，饰面层出现开裂；不便于用户二次装修和吊挂饰物；占用室内使用空间；对既有建筑进行节能改造时，对居民的日常生活干扰较大；墙体受室外气候影响大，昼夜温差和冬夏温差大，容易造成墙体开裂。

2）外保温缺点：施工技术难度较大，工序较多，施工质量较难把握，需要专业施工单位承担；施工周期长；对外饰材料要求较高，不宜选用重质的、较大规格的外饰材料，如面砖类，否则易出现安全隐患；存在防火的安全隐患。

3 结论

本文结合南京地区的气候特点，通过对三种保温体系的模拟分析得出以下结论：

1）在有效传热系数近似的情况下，三种保温墙体的产热量无明显区别，建筑全年累计冷热负荷无显著差异。

2）无论在冬季工况下，还是在夏季工况下，使用三种保温体系的墙体，室内温度波动幅度一致，且变化很小。

3）在外墙有效传热系数近似的情况下，虽然三种保温体系的外墙动态传热特性不同，但在南京地区从全年能耗和房间稳定性角度来看，这三种保温体系基本上是等效的。

4）自保温方式热惰性指标比其他两种保温体系小。室内温度受外界环境的影响较明显，在夏季更容易实现利用夜间室外温度较低的空气来降低室内温度。因此，从能耗方面考虑，自保温方式是适合南京地区的。

综上所述，鉴于外墙外保温的安全问题，防火材料的限制要求。对于南京地区而言外墙自保温也是一个较好的外墙保温形式，而不是沿袭北方地区使用外墙外保温体系。应根据南京地区的气候特点，研究因地适宜的外墙保温体系，建立一套适合南京地区的外墙保温技术体系，促进节能工作的健康发展。

[1]顾俊强,杨军,陈海燕.建筑能耗动态模拟气象资料的开发和应用[J].太阳能学报,2008,(1):119-125

[2]夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准(JGJ75-2012)[S].

[3]周磊,石震东.建筑节能围护结构保温工程质量监管重点与原因分析[J].建筑施工,2006,28(8):646-647

[4]张景全.外墙保温技术的研究现状和发展趋势[J].科技信息, 2011,(5):60-61

Studie s on He a t Pre s e rva tion De s igns Conc e rning the Exte rior Wa lls in Na njing

WANG Ming-min,GONG Yan-feng
College of Urban Construction and Safety Engineering,Nanjing University of Technology

In recent years,exterior wall external insulation system is widely used in hot-summer and cold-winter zone. However,multiple fires related to exterior wall external insulation system of the buildings have raised consideration about exterior wall external insulation system and its fireproofing.In order to study the technology system of wall external insulation in Nanjing area,the energy consumption analysis of three insulation systems of typical building exterior wall were performed according to the characteristcs of the weather in Nanjing area with the dynamic energy simulation software DeST-h.The characteristcs of load,energy consumption and thermostability of indoor environment were studied and exterior wall external insulation form appropriate for Nanjing area was discussed.

Nanjing area,exterior wall insulation system,building energy efficiency

1003-0344（2014）06-084-3

2013-8-1

王明民（1987～），男，硕士研究生；南京市中山北路200号南京工业大学（210000）；E-mail:shili_1988@126.com