外保温墙体阳台传热分析

保温衄斟与建筑节筐 Insulation Matetia／s andBuildlhg Energy Saving 缥温墙体 台催 纷轿 宋振宏 ‘，赵立华 。范蕊 (1．深圳市建设质量监督总站，广东省 深圳市 518031； 2．哈尔滨工业大学) 摘要：外墙外保温墙体的阳台部位，由于内有楼板，外有阳台板，其热桥很难避免。结合哈尔滨泰海小区节能住 宅外保温墙体的阳台构造进行热工计算分析。分析结果表明：在哈尔滨地区不考虑封闭阳台内部温度有所升高的情 况下，阳台窗和阳台板内部没有结露的危险，但阳台门下部有结露的可能。提出：最好采用挑梁，阳台板横向搭在挑梁 上 ，而且挑梁宜避开阳台门位置；计算外保温墙体平均传热系数必须以一个 单元或一栋楼为计算对象 ，而不能以一个 开问为计算对象。 关键词：外墙外保温；阳台；热桥；传热分析 中图分类号 ：TU1l1．19 5．4 文献标识码：B 文章编号：1001—702X(2003)O1—0024—03 随着建筑节能的不断深入，外保温墙体的应用越来越 多，尤其是严寒地区为实现建筑节能第二阶段目标，必须采 用外墙外保温技术。外保温墙体的主要优点在于楼板、间墙 等处保温材料连续，有利于减少热桥，但阳台部位，由于内有 楼板，外有阳台板，其热桥很难避免。本文结合哈尔滨泰海小 区节能住宅外保温墙体的阳台构造进行热工计算分析。 1 外保温墙体阳台节点传热分析方法 对于阳台节点的传热分析主要是根据现行GB 50176—93 《民用建筑热工设计》(以下简称《规范》)与JGJ 26—95《民 用建筑节能设计(采暖居住建筑部分)》(以下简称《标准》) 的有关而进行的。针对热桥部位内表面温度低而热损失大 的状况，《规范》规定：围护结构热桥部位的内表面温度不应该 低于室内空气露点温度；而《标准》考虑了对混凝土圈梁、抗震 柱等热桥部位影响的墙体平均传热系数作出了规定，这2条均 被纳入《工程建设强制性标准条文(房屋建筑部分)》之中。 1．1 数值传热计算方法 阳台节点传热和其它热桥具有相同的特点，属多维动态 传热，工程领域较精确的计算方法一般应用二维稳态传热理 论，采用数值传热计算方法，编制计算程序对热桥传热进行 分析。本文采用应用程序TBAPll 对阳台节点进行分析。 数值传热计算方法需要编制计算机程序，对于设计人员 来说过于复杂，因此《规范》和《标准》提出简化计算方法。《规 收稿日期：2002—07—14 作者简介 ：宋振宏，1967年生，男，天津人，工程师。地址：深圳市福 田 区振华路 8号设计大厦 903室，电话 ：0755—83785039 · 24· 新型建筑材料 2003．1 范》着眼于热桥内表面温度对部分热桥进行简化，给出了内 表面温度。《标准》着眼于传热损失，对热桥进行简 化，给出了墙体平均传热系数的计算方法。按上述2种方法 对阳台节点进行计算分析时，都将其构造简化，这种简化势 必影响计算结果，而且2种算法均着眼于热桥的一个方面， 不能全面反映热桥的热工状况。 1．2 内表面温度验算方法 《规范》第4．3．3条给出围护结构中常见的5种形式热 桥的内表面温度验算公式，对于阳台节点，若不考虑两侧伸 出的楼板及阳台板的影响，可按该条中如图 1所示的热桥形 式进行验算，验算公式见下式： i = f )(a／3 5时) l ， 一～ ‘ ．I， 一，l —l、 l l l 尺0·尺0 “ “ 1 ，．一， I f 一 !·尺 (a／3>1．5时) 式中：n一热桥宽度(m)； 一 墙体厚度(m)； 二热桥部位内表面温度(℃)； ti一室内计算温度(℃)； 一 室外计算温度(℃)，应按《规范》中I型围护结构的 室外计算温度采用； 亿一非热桥部位的传热热绝缘系数( ·K／W)； R 热桥部位的传热热绝缘系数( ·K／W)； 冠一内表面换热热绝缘系数，取0．11 ·K／W； 1一修正系数，应根据比值a／3，按《规范》表4．3，3— 1或表4．3．3—2采用。 } l } l l l l l l l l l l “} } } [ I l } } } l } } l I l l l l l } } } l f l f l l I l l l l l l } l } I l I } ￡【E 维普资讯 http://www.cqvip.com InsulationMaterials andBuilding Energy s占咖 保温材料与建筑节能 图 1 热桥形式 1．3 墙体平均传热系数计算 《标准》规定采用面积加权平均法计算外墙平均传热系数。 其基本思路是将外墙主体部位和周边热桥部位的一维传热系 数按其对应的面积加权平均。对于内隔墙、楼板等部位，计算其 一 维传热系数时，不考虑内墙和楼板伸出外墙内表面的部分， 仅考虑与外墙同样厚度但构造不同的平板的一维传热。外墙各 部位的传热系数和面积是影响外墙平均传热系数的主要因素。 外墙各部位的传热系数取决于外墙构造，同样保温厚度 情况下，因外保温、内保温、夹心保温等外墙主体构造不同， 热桥部位构造不同，外墙平均传热系数会有明显差异。外保 温墙体在内外墙交界、外墙与楼板、外墙角、构造柱等处保温 材料连续，能避免或减轻热桥，这些部位的传热系数与外墙 主断面的传热系数非常接近，因此采用面积加权平均法计算 外墙平均传热系数时，其面积不同对计算结果影响不大。但 是对于阳台悬挑板部位，热桥效应仍是很大的，阳台悬挑部 位传热系数与主断面传热系数差别很大。 外墙各部位的面积主要和开间尺寸及单元组合有关。按面 积加权计算外墙平均传热系数时，一般涉及的热桥部位主要为： 圈梁、过梁、楼板、构造柱部位。这些热桥部位的面积受开问大小 的影响，因此采用不同的开间，计算同一种外墙构造，会得到不 同的平均传热系数。一栋建筑中，外墙往往是不同开间的组合， 而且山墙上一般没有外窗，其热桥部位和面积又与有外窗的开 间不同。如何选用计算单元是《标准》中没有回答的问题。 2 外保温墙体阳台热桥分析 2．1 阳台构造 哈尔滨泰海小区多层节能住宅墙体构造为240 mm实心 粘土砖砌体，外贴80 mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温，阳台 板为挑板构造，与梁、楼板连为一体，阳台板与楼板的厚度均 为120 mm。泰海小区高层节能住宅墙体构造为160 mm厚混 凝土剪力墙，外贴80 mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温，阳台 板与楼板的厚度均为120 mm。 2．2 阳台节点热工分析结果 验算阳台热桥内表面温度的环境条件为：不考虑由于阳 台封闭引起的阳台内温度升高，阳台内温度取一26 oC；室内 温度按居室设计温度取18℃。 在阳台部位，由于阳台门多为门连窗，而且阳台门连窗的 宽度小于阳台板的宽度，因此在阳台处，阳台门、阳台窗与阳台 板具有不同的传热特性。由墙体主断面传热系数计算得到单位 宽度的传热量为：一维线性传热量p．；用二维计算程序计算得 到单位宽度的传热量为：二维线性传热量 ；二者之差即为由 于热桥引起的传热量增加Qf。Q．、Q2、Qf及相应节点的内表面 最低温度见表1。利用计算机程序计算多、高层住宅的阳台门、 阳台窗、阳台挑板节点温度场(见图2一图4)．图中节点内部曲 线为等温度线，节点外曲线为内表面各点温度曲线。 表 1 住宅阳台部位线性传热量及内表面最低温度 Ql Q2 Qf 内表面最低温度 阳台部位 ／(W／m) ／(W／m) ／(W／m) ／℃ 多层住宅阳台门 10．8 42 76 31．96 7．7l① 高层住宅阳台门 9 88 41．68 31．80 7．25① 多层住宅阳台窗 26．35 56。l7 29．82 l2．37 高层住宅阳台窗 28．79 61．53 32．74 14．66 多层住宅阳台板 51．96 74．88 22．92 10．86 高层住宅阳台板 72．47 82．66 10．19 10。38 ①该点温度低于露点温度。 (a)多层 (b)高层 图 2 住宅阳台门温度场 ( J J 1) (a)多层 (b)高层 图 3 住宅阳台窗温度场 { ． ． ． ． 一 { (a)多层 (b)高层 图 4 住宅阳台板温度场 NEW BUI LDING MATE RI ALS ·25 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 保温材料与建筑节能 InsulationMaterialsandBui／o~fl#EnercjySaving 3 外保温墙体阳台热桥内表面温度验算 室内空气露点温度的确定按《规范》第4．3．2条规定：在 确定室内空气露点温度时，居住建筑和公共建筑的室内空气 相对湿度均应按60％采用。因此当室内温度为18℃时，其对 应的露点温度为10．83℃。 根据数值计算结果，多层住宅与高层住宅阳台窗与阳台 板部位内表面最低温度高于室内空气露点温度，因此没有结 露可能。但阳台门内侧地面温度较低，有结露可能。 按前述公式计算哈尔滨泰海小区多层节能住宅阳台节 点热桥部位内表面温度为7．46℃，与阳台门部位计算结果 接近；高层住宅阳台节点热桥部位内表面温度为4．94℃，同 阳台门数值计算结果相比低2．31℃，二者均低于室内空气 露点温度。 由于墙体内侧楼板和外侧阳台板延伸形成肋，其内表面 最低温度实际值较《规范》计算结果高，由于阳台封闭，阳台 内温度有所升高，其内表面出现结露的可能性很小，若将阳 台挑板构造改为挑梁构造，挑梁避开阳台门的位置，阳台板 横向搭接在挑梁上，则使用效果会更好。 4 阳台对墙体平均传热系数的影响 4．1 计算模型分析 一 栋建筑中，外墙往往是不同开间的组合，而且山墙上 一 般没有外窗，其热桥部位和面积又与有外窗的开间不同。 《标准》规定了计算方法，但如何选用计算单元是标准中没有 明确的问题。本文按建筑模数计算了一系列不同开间的单 元，以分析开间尺寸不同及不同开间组合情况下的外墙平均 传热系数。计算单元见图5，分中间单元和带山墙单元2类进 行计算(选 1梯2户为1个计算单元)。外墙拐角处和楼梯间 隔墙处采用370 mltl x 370 mm构造柱，其余间墙处采用240 i／ira×240mm构造柱。 厨房 厨房 厨房 蓁 厨房 卧室 卧室 卧室 卧室 餐厅 餐厅 餐厅 餐厅 卧室 客厅 客厅 卧室 卧室 客厅 客厅 卧室 一 一 ～ ⋯ ⋯ ～ 图 5 计算单元平面示意 4．2 外保温墙体平均传热系数 在不考虑阳台的情况下，对外保温复合墙体单元来讲， 无论是带山墙单元还是中间不带山墙单元，墙体平均传热系 数与开间尺寸及开间组合情况关系不大。无论采用哪种计算 单元，其结果都相当接近其主断面的传热系数。 阳台悬挑板处“热桥”引起的附加传热量很大，但有的开 间外墙上不带有阳台，因此考虑阳台的影响无需在不同开间 的情况下计算。 在图5中，轴线②④、②③之间的外墙带阳台，选此用户 为 1个计算单元(开间9．0 18．6 I11)，计算结果表明：考虑阳 台板影响的外墙平均传热系数与其主断面传热系数相比，相 差 17％一30％。 若参照窗综合传热系数的处理 】，将门窗洞口与阳台节 点分离，仅将阳台节点的影响考虑在墙体平均传热系数中， 其计算结果和面积加权计算结果接近。 · 26· 新型建筑材料 2003．1 5 结 论 (1)外保温墙体在阳台部位存在热桥，在哈尔滨地区不 考虑封闭阳台内部温度有所升高的情况下，阳台窗和阳台板 内部没有结露的危险，但阳台门下部有结露的可能，因此最 好采用挑梁，阳台板横向搭在挑梁上，而且挑梁宜避开阳台 门位置。 (2)阳台对外保温墙体的平均传热系数的影响因其尺寸 不同而不同，对外保温墙体，计算其平均传热系数必须以1个 单元或1栋楼为计算对象，而不能以1个开间为计算对象。 参考文献： 【1】 赵立华．建筑热桥分析：博士论文 ．哈尔滨：哈尔滨工业大学， 1996． [2】 赵立华，董重成，郭骏，秦裕琨 ．窗传热损失的计算方法，哈尔 滨建筑大学学报，l999(1)：41． A 维普资讯 http://www.cqvip.com