探析寒冷地区75%建筑节能框架下围护结构热工性能的重组

作者:张杨洋 李宏彦 钟永芳 赵玲 李嘉庆 李巧巧 王梦雨
单位:郑州大学综合设计研究院有限公司 北京龙旺新材料有限公司 广州市城市规划勘测设计研究院 河南建筑职业技术学院
摘要:在我国城镇化率不断提高的进程中,建筑业碳中和压力不断增加,如何兼顾建筑的安全、节能和经济是值得关注的问题。通过研究发现,在寒冷地区使用传热系数0.73W/(m2·K)的钢化真空玻璃外窗,配合200mm厚的B05加气混凝土砌块外墙,即使不做外墙内外保温层,同样可达到75%建筑节能效果,并能提高得房率。
关键词:碳中和建筑节能外窗钢化真空玻璃得房率

1 研究背景

1.1 社会背景

2020年,新型冠状病毒肺炎疫情全球肆虐,原世贸组织总干事阿泽维多称疫情将给全球经济带来巨大影响,多国经济已出现严重下滑。对房地产销售而言,也带来了巨大的压力。2020年8月20日,住建部与人民银行在北京召开重点房地产企业座谈会,明确了重点房地产企业资金监测和融资管理规则,被称为“三道红线”,该政策于2021年1月1日起全行业全面推行。“三道红线”的实施,开启了保证房企后续既能做好业绩,也能稳定发展的路径,体现了“房住不炒”的理念,也能保持我国房地产市场健康有序发展。但是对于部分依赖现金流周转的高负债房企来说困难增大。在新冠肺炎疫情和“三道红线”的双重影响下,房地产企业亟需找到既能满足国家规范,又能减少成本的方法。

1.2 行业背景

在第七十五届联合国大会一般性辩论上,我国提出要将二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,并努力争取2060年前实现碳中和。“第十九届五中全会”提出:“要加快推动绿色低碳发展,持续改善环境质量,提升生态系统质量和稳定性,全面提高资源利用效率”。

所以,建筑行业需采取切实有力措施,全力推进碳减排工作,提前实现碳达峰,为国家总体实现碳达峰预定目标和碳中和愿景作出积极贡献,是建筑行业必须履行的社会责任和应尽的义务。

根据国家统计局统计,我国2020年城镇化率达63.89%。与此同时,城镇新建建筑累计增加节能建筑面积超70亿m2,节能建筑占城镇民用建筑面积比重超过40%。随着国家对节能率的要求越来越高,建筑外墙外保温也越来越厚。外墙外保温的脱落、易燃、释放有毒物质等问题也正逐步成为建筑行业关注的重点。

2 研究目的

本文以寒冷地区居住建筑节能发展现状及实现更高质量和可持续发展目标为基础,针对建设资源节约型、环境友好型社会的需要,致力于实现以下研究目标。

1)形成对我国居住建筑节能发展现状研究成果,弥补我国对于居住建筑节能设计单一性思维的不足。

2)识别市场和政策两方面因素对我国居住建筑节能的驱动作用,识别居民和房地产开发企业对居住建筑节能的需求特征及其影响因素。

3)根据理论和实证研究结果,围绕进一步促进居住建筑节能大规模市场化推广的目标提出建议。

3 研究对象与范围

近年来,在国家不断提高建筑节能设计标准的基础上,各地方也根据自己所在的气候分区制定了与国家标准相对应的地方标准。2020年4月24日河南省住房和城乡建设厅发布DBJ41/T 184—2020《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》,该标准已于2020年7月1日在河南省正式实施。以下以河南省寒冷地区居住建筑为例,在其他结构部位传热系数不变的情况下,围绕外墙平均传热系数及外窗传热系数进行理论数据分析。

4 研究依据与技术路线

4.1 研究依据

《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》中外围护结构热工性能参数限值如表1所示。

表1 外围护结构热工性能参数限值   

表1 外围护结构热工性能参数限值

注:1.周边地面和地下室外墙的保温材料层不包括土壤和其他构造层;2.外墙(含地下室外墙)保温层应深入室外地坪以下,并超过当地冻土层的深度

由河南省工程建设标准设计管理办公室主编的《12系列建筑标准设计图集》中12YJ3-3中表4.1.2可得知,常用的B05加气砌块导热系数λ为0.16W/(m2·K)。

由GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中2.1.9条可知,传热系数的定义为:在稳态条件下,围护结构两侧空气为单位温差时,单位时间内通过单位面积传递的热量。传热系数与传热阻互为倒数。由3.4.1条得知,单一材料层的热阻计算公式为:材料层的热阻=材料层的厚度÷材料的导热系数。

4.2 技术路线

首先,通过计算,厚0.4m的B05混凝土加气块的热阻为2.5m2·K/W,根据传热系数与传热阻互为倒数的原则,0.4m厚的B05混凝土加气块的传热系数为0.4W/(m2·K)。在市场上找到龙旺钢化真空玻璃TL6+0.4V+T6,在国家建筑工程质量监督检验中心出具的检测报告上显示,其玻璃传热系数为0.4W/(m2·K)。搭配60系列内平开隔热铝合金(内开·真空)TL6+0.4V+T6的整窗传热系数为0.98W/(m2·K),搭配MD70系列内平开下悬塑料窗(内开·下悬·真空)TL6+0.4V+T6的整窗传热系数为0.73W/(m2·K)。

按照《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》将寒冷地区居住建筑分为≤3层和≥4层两大类,在其他所有外围护结构热工性能参数均已达标且只有内墙作为剪力墙(外墙不做剪力墙)的理想情况下,分类将外窗和外墙两项传热系数的取值进行重组计算。

4.2.1 计算1

由表1可知,当建筑物为≤3层、窗墙比为0.3、外窗传热系数取1.8W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.35W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.785W/(m2·K);当采用MD70系列内平开下悬塑料窗(内开·下悬·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由1.80W/(m2·K)降低至0.73W/(m2·K),则计算得知当B05混凝土加气块厚度为198mm,其传热系数为0.808W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.785W/(m2·K)。

因此,当外墙为198mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.73W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.785W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.2 计算2

由表1可知,当建筑物为≤3层、窗墙比为0.5、外窗传热系数取1.5W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.35W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.925W/(m2·K);当采用MD70系列内平开下悬塑料窗(内开·下悬·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由1.50W/(m2·K)降低至0.73W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为143mm,其传热系数为1.119W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.924W/(m2·K)。

因此,当外墙为143mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.73W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.925W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.3 计算3

由表1可知,当建筑物为≥4层、窗墙比为0.3、外窗传热系数取2.2W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.45W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.975W/(m2·K);当采用MD70系列内平开下悬塑料窗(内开·下悬·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由2.2W/(m2·K)降低至0.73W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为149mm,其传热系数为1.074W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.971W/(m2·K)。

因此,当外墙为149mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.73W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.971W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.4 计算4

由表1可知,当建筑物为≥4层、窗墙比为0.5、外窗传热系数取2W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.45W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为1.225W/(m2·K);当采用MD70系列内平开下悬塑料窗(内开·下悬·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由2.00W/(m2·K)降低至0.73W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为93mm,其传热系数为1.72W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为1.225W/(m2·K)。

因此,当外墙为93mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.73W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》内要求的1.225W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.5 计算5

由表1可知,当建筑物为≤3层、窗墙比为0.3、外窗传热系数取1.8W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.35W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.785W/(m2·K);当采用60系列内平开隔热铝合金(内开·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由1.8W/(m2·K)降低至0.98W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为200mm,传热系数为0.785W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.785W/(m2·K)。

因此,当外墙为200mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.98W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.785W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.6 计算6

由表1可知,当建筑物为≤3层、窗墙比为0.5、外窗传热系数取1.5W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.35W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.925W/(m2·K);当采用60系列内平开隔热铝合金(内开·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由1.8W/(m2·K)降低至0.98W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为184mm,其传热系数为0.925W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.924W/(m2·K)。

因此,当外墙为184mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.98W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.925W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

4.2.7 计算7

由表1可知,当建筑物为≥4层、窗墙比为0.3、外窗传热系数取2.2W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.45W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为0.975W/(m2·K);当采用60系列内平开隔热铝合金(内开·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由2.2W/(m2·K)降低至0.98W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为165mm,其传热系数为0.972W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为0.973W/(m2·K)。

因此,当外墙为165mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.98W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的0.975[W/(m2·K)]的窗墙加权传热系数。

4.2.8 计算8

由表1可知,当建筑物为≥4层、窗墙比为0.5、外窗传热系数取2W/(m2·K)时,外墙传热系数当取0.45W/(m2·K),此时窗墙加权传热系数为1.225W/(m2·K);当采用60系列内平开隔热铝合金(内开·真空)TL6+0.4V+T6外窗时,其整窗传热系数由2.2W/(m2·K)降低至0.98W/(m2·K)。由计算得知,当B05混凝土加气块厚度为109mm,其传热系数为1.224W/(m2·K)时,窗墙加权传热系数为1.224W/(m2·K)。

因此,当外墙为109mm厚的B05加气混凝土砌块,配合传热系数为0.98W/(m2·K)的外窗时,无需任何外保温即可完全满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》要求的1.225W/(m2·K)的窗墙加权传热系数。

5 结语

依上述计算得知,同等节能等级情况下,只要降低外窗的传热系数即可适当提高外墙传热系数,可使之整体节能满足《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%)》的要求。进一步分析可看出,200mm厚的B05混凝土加气块搭配传热系数0.73W/(m2·K)的钢化真空玻璃外窗,更适合窗墙比为0.3的居住建筑;200mm厚的B05混凝土加气块搭配传热系数0.98W/(m2·K)的钢化真空玻璃外窗,则更适合窗墙比为0.5的居住建筑。

至此可抛弃外墙内外保温的传统做法,并解决外墙内外保温的脱落、易燃、释放有毒物质等问题,同时可减少房地产企业在外墙内外保温方面的投入,降低房屋建设成本,提高得房率。

 

参考文献张杨洋,绿色建筑研究室副主任,助理工程师,E-mail:296796802@qq.com;
1805 0 0
文字:     A-     A+     默认 取消