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《南海學(xué)刊》2017年第4期

［摘要］為了提出適宜南海地區(qū)島礁氣候條件的建筑隔熱設(shè)計(jì)，采用建筑能耗軟件計(jì)算了空調(diào)能耗和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，分別針對屋頂和外墻兩個(gè)建筑隔熱重點(diǎn)部位進(jìn)行多種構(gòu)造形式的對比分析。結(jié)果表明:雙層通風(fēng)屋頂結(jié)合采用絕熱材料的夾心外墻隔熱構(gòu)造具有顯著隔熱和節(jié)能優(yōu)勢。給出屋頂和外墻適宜的構(gòu)造做法。

［關(guān)鍵詞］熱濕氣候;建筑隔熱;屋頂;外墻

0引言

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，是未來新能源開發(fā)的主陣地。南海地區(qū)是我國海洋開發(fā)的前沿，該地區(qū)的建設(shè)工作對于未來的海洋開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。南海地區(qū)比我國大陸上的夏熱冬暖地區(qū)更低緯度，太陽輻射更強(qiáng)，氣候受太陽赤緯運(yùn)行規(guī)律影響顯著［1］，其年均氣溫及相對濕度都顯著高于夏熱冬暖地區(qū)，且高溫高濕持續(xù)時(shí)間長［2］。因此其氣候特征與我國大陸夏熱冬暖地區(qū)氣候迥異。我國現(xiàn)有建筑熱工分區(qū)主要考慮我國陸地領(lǐng)土，而沒有涉及海洋中島礁的建筑熱工設(shè)計(jì)，因此沒有給出廣闊的南海海域島礁上建筑的熱工設(shè)計(jì)規(guī)范［3］，目前普遍的做法是借鑒夏熱冬暖地區(qū)的隔熱和節(jié)能設(shè)計(jì)方法。綜上所述，南海地區(qū)嚴(yán)酷的氣候條件給南海島礁上的建筑隔熱以及節(jié)能設(shè)計(jì)提出了更高需求。本文針對南海島礁上建筑的隔熱設(shè)計(jì)，分別從屋頂和外墻兩方面進(jìn)行優(yōu)化研究，以期為未來島礁建設(shè)提供思路和借鑒。

1屋頂隔熱優(yōu)化

屋頂隔熱是建筑隔熱設(shè)計(jì)的核心問題［4-5］。南海地區(qū)接近赤道，太陽高度角大，輻射強(qiáng)烈，屋頂?shù)母魺?a href="http://www.gaoruijun.cn/shekezazhi/nhxk/714329.html" target="_blank">性能對建筑整體隔熱性能影響更為重要，特別是對于島礁上的多層建筑。

1.1建筑概況

島礁上雨水多，為便于排水，同時(shí)為增加室內(nèi)空間，且為體現(xiàn)海南傳統(tǒng)民居特點(diǎn)，提出了3種不同的坡屋面設(shè)計(jì):1)單層坡屋面;2)封閉空氣層的坡屋面;3)雙層通風(fēng)坡屋面，如圖1所示。建筑共二層，南北朝向，總建筑面積590.4m2，坡屋面與二樓空間直連。屋面采用EPS加強(qiáng)隔熱性能，屋面總熱阻為1.92(m2•K)/W，空氣間層厚度1200mm。3個(gè)模型立面開窗狀況與遮陽措施均相同，僅屋面構(gòu)造不同。

1.2模擬分析

模擬主要采用EnergyPlus(E+)軟件。由于缺少可直接用于E+軟件模擬的南海地區(qū)氣象參數(shù)，而國內(nèi)與此相近的海南島的氣候又與其相差較大，因此采用了與研究地區(qū)同緯度且氣候條件相似的菲律賓首都馬尼拉的氣象數(shù)據(jù)文件。模擬的時(shí)間選取當(dāng)?shù)厝晔彝馄骄鶞囟茸罡叩膬蓚€(gè)月，即從4月1日—5月31日。為研究屋頂?shù)臒峁ば阅埽M了無空調(diào)工況下屋面內(nèi)表面的逐日溫度值、室內(nèi)的逐日空氣平均溫度值和外壁面溫度值，其結(jié)果如圖2、圖3所示。很顯然，通風(fēng)雙層屋頂?shù)膬?nèi)壁面溫度和室內(nèi)氣溫都是最低的，并且這兩個(gè)溫度值顯著低于單層屋面和帶封閉空氣間層的屋面的對應(yīng)溫度，表明通風(fēng)屋頂?shù)母魺嵝Ч@著優(yōu)于單層屋頂和帶封閉空氣間層的屋面，更有利于降低建筑空調(diào)能耗。

2外墻的隔熱優(yōu)化

外墻是建筑隔熱的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，增加外墻熱阻可提高外墻隔熱性能，但熱阻不可能無限增大，而且熱阻過大不利室內(nèi)的熱量釋放，因此如何選取最佳熱阻成為外墻隔熱設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。目前技術(shù)條件下，采用獨(dú)立設(shè)置隔熱層是有效方法，在南海地區(qū)，因?yàn)榕_風(fēng)大且多，外置隔熱層容易被臺風(fēng)破壞，不宜采用;而內(nèi)置隔熱層因?yàn)椴槐阌趦?nèi)部設(shè)備安裝，因此夾心隔熱層是南海地區(qū)較多采用的方式。為得到合適的夾心隔熱外墻構(gòu)造，搞清外墻實(shí)體層和夾心層和空調(diào)能耗以及室內(nèi)氣溫的關(guān)系，分別針對單設(shè)實(shí)體隔熱層、隔熱材料夾心隔熱層和空氣夾心隔熱層3種構(gòu)造方式來進(jìn)行空調(diào)能耗模擬分析。3種外墻構(gòu)造如圖4所示。采用E+進(jìn)行能耗模擬時(shí)，室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為26℃;空調(diào)系統(tǒng)為E+軟件內(nèi)置的理想空調(diào)設(shè)備模型(IdealLoadsAirSystem);因?yàn)槟虾５貐^(qū)持續(xù)高溫，空調(diào)每日運(yùn)行24h。其他室內(nèi)人員密度、內(nèi)熱源強(qiáng)度等按住宅建筑常規(guī)設(shè)置。實(shí)體隔熱外墻模擬中，外墻主體采用加氣混凝土，計(jì)算了厚度從20mm厚漸變到400mm加氣混凝土外墻的空調(diào)能耗和室內(nèi)溫度變化情況，每次遞增20mm厚;空氣夾心構(gòu)造中，承重墻體厚度由前述模擬結(jié)果確定，空氣層厚度從10mm個(gè)厚漸變到100mm，每次遞增10mm厚。材料夾心構(gòu)造的承重墻體厚度和空氣隔熱構(gòu)造相同，隔熱材料選用EPS，厚度從10mm厚漸變到100mm厚度，每次遞增10mm厚度;被模擬建筑如圖1所示。模擬時(shí)間選擇了當(dāng)?shù)刈顭崛?4月22日)進(jìn)行，空調(diào)能耗量為當(dāng)日的單位建筑面積均值。室內(nèi)氣溫是自然通風(fēng)下的計(jì)算結(jié)果，為二層南向中間房間的溫度值。

3結(jié)論

我國南海地區(qū)氣候特征與我國大陸上的夏熱冬暖地區(qū)氣候迥異，為了提出適宜南海地區(qū)島礁氣候條件的建筑隔熱設(shè)計(jì)，針對隔熱的重點(diǎn)部位的屋頂和外墻，通過模擬計(jì)算空調(diào)能耗和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，以此評價(jià)多種構(gòu)造的隔熱效果。對于屋頂，對比分析了單層隔熱屋面、雙層封閉空氣間層和雙層通風(fēng)屋頂;對外墻，對比了實(shí)體隔熱外墻、空氣夾心隔熱構(gòu)造和EPS夾心隔熱構(gòu)造。分析表明:雙層通風(fēng)屋頂結(jié)合絕熱材料的夾心外墻隔熱構(gòu)造具有顯著的隔熱和節(jié)能優(yōu)勢，最后給出了屋頂和外墻適宜的構(gòu)造方案，以期為南海島礁建筑隔熱設(shè)計(jì)提供借鑒。

［參考文獻(xiàn)］

［1］楊彩福，焦新龍，彭燦．熱帶輻合帶與南海氣候［J］．海洋通報(bào)，2003，22(3):83-87

［2］楊彩福．南沙海區(qū)的氣候特點(diǎn)［J］．廣東氣象，1991，(2):30-32

［3］中國建筑科學(xué)研究院．民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范GB50176—2016［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2017

［4］劉加平．建筑物理［M］．4版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010

［5］華南工學(xué)院亞熱帶建筑研究室．建筑防熱設(shè)計(jì)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1978

作者：劉大龍；趙輝輝；劉向梅；劉加平 單位：西安建筑科技大學(xué)