小议无机保温砂浆对建筑能耗的作用

建筑模型的建立及各地区气候情况

1建筑模型的建立

目前，人们居住的建筑主要有两种形式，一是城市商品房，另外就是农村两层房。故本论文采取两种形式的建筑建立模型，利用这两种模型进行建筑能耗模拟，以期望能够获得对两种不同建筑提出科学的保温方式，选择合理的保温层厚度。图1为农村两层房的模型，为了使其与实际生活中的建筑一致，该模型采用了表1的建筑参数。由于DeST软件只能显示出建筑物的1层，故这里只是1层房的平面图，并显示了通风标志，每间房屋都保持了良好的通风。图2为本论文中商品房模型，该模型是6层楼房，并考虑到商品房的热桥问题，商品房的一段墙设定为钢筋混凝土，以期望达到与实际中热桥相符合的目的。为了获得良好的居住环境，各房屋都保持了良好的通风条件，各卧室均有窗户。其建筑参数如表2所示，基本上材料与农村2层房一致。但外墙与农村2层房不同，因为目前城市已经禁止使用黏土砖，故用混凝土多孔砖代替。因为一般无机保温砂浆的导热系数都在0.07～0.085W/(m•K)，为了便于模拟建筑能耗情况，保温材料均设定为导热系数0.073W/(m•K)的无机保温砂浆。

2各地区气候情况

本文选取了广州、北京、哈尔滨和上海这4个地区进行建筑能耗模拟。广州位于夏热冬暖地区，北京位于寒冷地区，哈尔滨位于严寒地区，而上海则位于夏热冬冷地区。由图3可知，在可容忍温度为15～29℃时，北京适合居住的时间占全年总时间的39.4%，而需要采暖或者制冷的时间为60.6%，其中大部分时间需要采暖。因此，北京的建筑采暖能耗比较高，空调制冷能耗就相对比较低。哈尔滨属于严寒地区，由图4可知，在可容忍温度为15～29℃时，哈尔滨适宜居住的时间为36%，而68.4%的时间是需要采暖制冷的。其中全年时间的77.1%是需要采暖的。因此，哈尔滨采暖能耗自然非常高。广州位于夏热冬暖地区，冬季暖和，夏季酷热，故其建筑能耗主要是空调制冷能耗。由图5可知，在可容忍温度为15～29℃时，广州适宜居住时间为68.2%，需要采暖或制冷的时间仅为38%。上海处于夏热冬冷地区，故其采暖与制冷能耗差异不会很大。由图6可知，在可容忍温度为15～29℃时，上海适宜居住时间为50%。而由全年温度分布图可以得出，上海建筑能耗应以采暖能耗与空调制冷能耗两方面决定。通过上述各地区全年温度分布统计图可以看出，各个地区的气候均有不同，哈尔滨地区属于严寒地区，适宜居住的时间很短；北京地区处于寒冷地区，适宜居住的时间也较短，但相对于哈尔滨地区较长；其次是上海地区；最适宜居住的是广州地区。从而，在没有或相同保温措施的情况下，建筑能耗应该是哈尔滨＞北京＞上海＞广州。

建筑能耗模拟

1北京地区建筑能耗模拟

由表3可知，北京农村2层房空调制冷能耗在保温层变化时变化不大，都在4kW•h/(m2•a)左右；而采暖能耗在有保温层的情况下，相比于没有保温层时降低明显，但总体而言，采暖能耗还是比较高，这是由北京的寒冷气候决定的。北京应该选取保温层厚度为50mm，这样既能达到良好的节能效果，又能比较经济。商品房制冷能耗变化不明显，这与农村2层房变化趋势一样。但采暖能耗与农村2层房相比，有明显的下降趋势。两种建筑在没有保温层的情况下，商品房的采暖能耗仅89kW•h/(m2•a)，而农村2层房采暖能耗则高达110.9kW•h/(m2•a)。这主要是因为商品房建筑更加集中，内墙相对比例更大，同时，相邻的房间温度比室外温度高，散热相对比较缓慢一些，从而采暖能耗有明显的降低。从表3可以看出，采暖能耗随着保温层厚度的变大而不断降低，但下降趋势越来越平缓。从经济节约和节能两方面考虑，应该选取40mm的保温层厚度。

2哈尔滨地区建筑能耗模拟

由表4可知，哈尔滨农村2层房采暖能耗相当高，这主要是由哈尔滨处于严寒地区的气候决定的。随着保温层厚度的不断增加，采暖能耗不断降低，哈尔滨农村2层房应该选取60mm的保温层厚度，一是在该保温层厚度下，建筑能耗变化趋势减缓，二是保温层也不至于太厚。哈尔滨商品房采暖能耗相比于农村2层房，在不采取保温的措施下，其采暖能耗降低了约50kW•h/(m2•a)。在采取保温层的情况下，商品房的建筑能耗与农村2层房相比，还是低。随着保温层厚度的增加，采暖能耗逐渐降低，变化越来越小，故从经济方面考虑，商品房保温层厚度应该选择为60mm。

3广州地区建筑能耗模拟

由表5可以看出，广州农村2层房和商品房的建筑能耗均以空调制冷能耗为主，少部分为采暖能耗。空调制冷和采暖能耗均随着保温层厚度的增大而不断降低，但降低幅度不是很明显。由表5可知，采取30mm保温层厚度比较适合，因为厚度增加对能耗影响不大。在相同保温层厚度调节下，广州商品房与农村2层房建筑能耗差异不大。从经济方面考虑，保温层厚度应该选择30mm，此时总能耗18.42kW•h/(m2•a)，相比无保温层时节能3.36kW•h/(m2•a)，节能15.4%，但保温节能效果也不是特别的明显。由此可见，广州并不十分适合建筑保温，应该另辟蹊径。

4上海地区建筑能耗模拟

由表6可知，上海农村2层房采暖与制冷能耗均随着保温层厚度的增加而不断降低，但变化趋势却越来越小。由于在保温层厚度为30mm时，采暖与制冷能耗已经变化非常小。从经济方面考虑，保温层厚度应该选择为30mm。上海商品房采暖与制冷能耗均随着保温层厚度的增加而不断降低，变化趋势与农村2层房一致。在保温层厚度为30mm时，采暖与制冷能耗已经变化非常小。从经济方面考虑，保温层厚度应该选择为30mm。

5不同地区建筑能耗对比

不同地区的建筑能耗情况如表7所示，在有保温措施时，哈尔滨、北京节能效果显著，上海也有不错的节能效果，广州则不是很明显。在无保温措施或者相同保温措施时，各城市商品房建筑能耗均低于农村2层房，哈尔滨等地更是显著。因此，从建筑节能方面考虑，应当鼓励商品房的发展。同时，不同地区应根据当地气候特点选择适宜的保温措施。

6不同保温材料建筑能耗对比

目前，大部分建筑采用的保温材料都是有机材料，如聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等[8]，也有EPS保温砂浆[9]。这些材料保温性能良好，但耐火性均不是很理想。无机保温砂浆能耐1000℃高温，但保温性能相对差一些[10-12]。因此，为了对比不同保温材料的保温效果，选择了表8中的保温材料及参数对北京农村2层房进行模拟。由图7可知，在保温层厚度均为30mm时，保温效果：聚氨酯＞聚苯乙烯＞EPS保温砂浆＞无机保温砂浆。同时，也可以看出，保温材料对空调制冷能耗影响不大，有保温层与无保温层时，空调制冷能耗没有明显差异，而采暖能耗则降低得十分明显。在保温层厚度为30mm时，无机保温砂浆相比于聚氨酯，建筑能耗高178kW•h/(m2•a)。表9为不同保温材料在传热系数相同时的相关参数，可以看出，在传热系数相同时，导热系数低的保温材料，厚度小；导热系数高的保温材料，厚度大。由图8可知，采用不同的保温材料，使用不同的保温层厚度，一样可以达到相同的保温效果。导热系数高的无机保温砂浆，保温层厚度比较大；导热系数低的聚氨酯，保温层厚度相对比较小。无机保温砂浆虽然导热系数相对较高，但可以通过增加保温层厚度来达到与有机保温材料相同的保温效果，实现降低建筑能耗的目的。可能会导致建筑成本增加，但为了人们的生命财产安全，也是值得的。

结语

(1)同一地区，相同保温层厚度下，农村2层房建筑能耗比商品房高，这主要是因为商品房属于集中建筑，与外界接触面积相对较小，从而保温效果较好。因此，为了建筑节能需要，应当鼓励商品房发展。(2)不同地区，相同建筑，相同保温层厚度下，建筑能耗排序为哈尔滨＞北京＞上海＞广州，这主要是由当地气候决定的，即建筑能耗：严寒地区＞寒冷地区＞夏热冬冷地区＞夏热冬暖地区。采用本文采用导热系数为0.073W/(m•K)的无机保温砂浆时，哈尔滨应选择保温层厚度为60mm；北京商品房为40mm，农村2层房为50mm；上海与广州均为30mm。(3)严寒地区、寒冷地区建筑能耗主要是由采暖能耗构成，夏热冬冷地区建筑能耗则主要是由采暖能耗和空调制冷能耗两部分组成，而夏热冬暖地区建筑能耗主要是由空调制冷能耗组成。采用保温措施后，哈尔滨、北京建筑能耗降低显著，上海建筑能耗降低较为明显，而广州则变化不是很大。采取保温措施后，空调制冷能耗变化均不明显，主要影响的是采暖能耗。因此，保温材料主要作用还是保温，而不是隔热。(4)有机保温材料导热系数低于无机保温材料，在相同保温层厚度时，建筑能耗明显低于无机保温材料，但是无机保温砂浆可以通过增加厚度来弥补这一缺陷。（本文作者：张训 单位：广东省建筑材料研究院）