夏熱冬暖地區居住建筑墻體熱工性能測試分析

第25卷第1期廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報Vol 252008年3月Journal of Guangdong University of Technology夏熱冬暖地區居住建筑墻體熱工性能測試分析郭永昌,楊晚生,劉鋒(廣東工業(yè)大學(xué)建設學(xué)院廣東廣州510506)摘要:在分析夏熱冬暖地區熱工氣候特點(diǎn)的基礎上,對該地區典型居住建筑的墻體熱工性能進(jìn)行了詳細的實(shí)驗測試研究,得出了其傳熱系數熱情性指標和厚度對其熱工性能參數的影響規律摸清了該地區典型居住建筑墻體熱工性能基本特點(diǎn),找出了其熱工性能參數隨厚度的變化規律關(guān)鍵詞:夏熱冬暖;居住建筑;墻體;熱工性能中圖分類(lèi)號:TU.2文獻標識碼:A文章編號:1007-7162(2008)010004夏熱冬暖地區在我國熱工分區的南區,屬于典地區既有建筑墻體的熱工性能狀況,為其墻體節能技型的亞熱帶氣候帶地區,其氣候特點(diǎn)為夏季炎熱漫術(shù)的開(kāi)展提供基礎性試驗依據和具體技術(shù)措施長(cháng),冬季短暫溫暖,冷期短、霜日少、太陽(yáng)輻射強度大雨量充沛豐裕一年中最冷為1-2月最熱為71測試基本情況9月.夏熱冬暖地區的氣候特點(diǎn),決定了其居住建1.1主要測試儀器設備筑的節能控制重點(diǎn)為夏季防熱,一般不考慮冬季保為保證實(shí)驗測試的可靠性和客觀(guān)性,根據文獻溫12.本文主要對夏熱冬暖地區某城市典型居住建[34]選取實(shí)驗測試儀器對典型居住建筑進(jìn)行測試,筑進(jìn)行了墻體熱工實(shí)驗測試,目的在于了解和掌握該本實(shí)驗測試所采用的主要儀器設備見(jiàn)表1.表1實(shí)驗測試所采用的主要儀器儀器名稱(chēng)主要功能規格型號技術(shù)參數溫濕度自動(dòng)采集儀窒內外溫濕度自動(dòng)巡測記錄mwsI溫度:測量范圍-40~125℃,精度±0.1℃;濕度(RH):測量范圍1%-99%,精度±0.2%單點(diǎn)熱流計測試圍護結構單點(diǎn)熱流JTRL I測量范圍.0~99W/m2;精度:<5%溫度與熱流自動(dòng)測試系統自動(dòng)巡測采集熱流和溫度溫度測量范圍-50~100℃,精度±0.5℃;熱流測量范圍0-200mV精度≤±1硅半導體便攜式數字溫度計測量室內外空氣溫度JM22測量范圍:-100-199℃;準確度:±0.2%;分辨率0.1數字相對濕度計室內、外相對濕度CHIPO測量范圍:10%-%5%;準確度:±5%熱球風(fēng)速儀測量室內外空氣流速Testo SG-08工作溫度范圍:0~50℃;測量范圍:0.1-30m/s;分辨率:0.1m/s觸式紅外線(xiàn)測溫儀測量圍護結構內外表面溫度測溫范圍:-18~260℃;測量精度0.1℃太陽(yáng)輻射強度測量?jì)H測量室外太陽(yáng)輻射強度mBQg測范圍:0-150m測量精度:±1%1.2測試建筑物以保證測試數據的可靠性和客觀(guān)性實(shí)驗測試建筑本實(shí)驗測試選取了6個(gè)典型居住建筑房間作為的基本情況見(jiàn)表29測試對象,每個(gè)房間都進(jìn)行了3-7d的連續檢測,中國煤化工收稿日期:2007-0124基金項目:東莞市建設局科研課題資助項目(2005004)CNMHG作者簡(jiǎn)介:郭永昌(1974),男講師主要研究方向為復合材料在工程中的應用第1期郭永昌,等:夏熱冬暖地區居住建筑墻體熱工性能測試分析表2實(shí)驗測試房間基本情況房間編號室內面積m層高/m門(mén)尺寸/m窗面積m3單向窗墻比墻體主體層材料及厚度12.60301.2×2.18.100.63(南向)200mm加氣混凝土13.86300.9×2.12.100.21(西向)180mm實(shí)心黏土磚3.00.9×2.11.800.21(南向)180mm實(shí)心黏土磚0.29(北向16.083.20.9×2.17.310.34(西向)190mm單排孔混凝土空心砌塊0.34(西向)1.4x2.112.880.60(南向)180mm加氣混凝土0.43(南向)17.403.00.9×2.17600.24(西向)200mm灰沙磚2測試結果及分析指標主要反映了墻體對室外溫度波的衰減能力[1,10)2.1傳熱系數所測試建筑墻體的熱惰性指標見(jiàn)圖2,從圖2建筑墻體傳熱系數的現場(chǎng)測試結果見(jiàn)圖1.從可以分析得出以下主要結論圖1可以分析得出1)所測試建筑墻體的熱情性指標除1號加氣1)1號房間和5號房間墻體主體層為加氣混凝混凝土墻體大于3.0以外,其它墻體的熱情性指標土,其傳熱系數分別比標準值低55.5%和515%,均小于3.0;滿(mǎn)足節能墻體傳熱系數之要求.2)以單排孔混凝土空心砌塊為主體層的6號2)234和6號房間墻體傳熱系數均高于標準墻體的熱惰性指標最小,反映出該墻體的抵抗溫度值,其中2和3號墻體主體層為實(shí)心黏土磚墻,其傳波動(dòng)能力較其它墻體差熱系數分別比標準值高12%和11%,不能滿(mǎn)足節能要求;4號墻體主體層為單排孔混凝土空心砌塊,其口實(shí)測值口標準值傳熱系數比標準值高41%,不能滿(mǎn)足節能要求;6號墻體為灰沙磚,其傳熱系數比標準值高28%,也不能滿(mǎn)足節能建筑要求153)測試結果可以分析得出:在所測試的居住建筑的外墻中,200mm厚加氣混凝土墻可以滿(mǎn)足規范規定節能之傳熱系數要求,其它主體層材料的墻體均不能滿(mǎn)足要求墻體編號30口實(shí)測口標準值圖2測試建筑墻體熱情性指標23熱工參數隨厚度的變化規律從上述實(shí)驗測試結果可以看出:主體層墻體的傳熱系數和熱惰性指標與墻體的厚度有密切的關(guān)系,為摸清不同墻體傳熱系數和熱情性指標隨其厚05度的變化規律,本文選取加氣混凝土、實(shí)心黏土磚和灰沙磚3種主要墻體,計算出其傳熱系數和熱情性指標隨厚度的變化規律如圖3所示從圖3可以分析得出以下一些結論圖1測試建筑墻體傳熱系數中國煤化工筑節能設計標準2.2熱情性指標加氣墻體的熱惰性指標D=RS,其中R為墻體的傳達到現,CNMHG其傳熱系數已經(jīng),頭心黏土磚墻體要熱熱阻,單位為m2·K/W,S為墻體的蓄熱系數該達到220mm厚、灰砂磚墻體要達到320mm厚才能廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報第25卷達到節能設計標準一加氣混凝土傳熱系數一實(shí)心黏土磚傳熱系數2)在相同厚度下,實(shí)心黏土磚和加氣混凝土傳一灰砂磚傳熱系數一▲加氣混凝土熱怖性指標←實(shí)心黏土磚熱情性熱系數相差較大(平均相差10左右),但熱惰性指標卻相差無(wú)幾(平均相差0.1左右),這是因為熱惰2.5性指標是導熱系數和蓄熱系數的乘積,后者雖然熱阻大于前者但蓄熱系數卻小于前者3.03)隨著(zhù)墻體厚度的增加,熱惰性指標呈線(xiàn)性增豪1.0加規律傳熱系數卻呈曲線(xiàn)變化規律,變化趨勢為隨裝05厚度逐漸變小,同時(shí)曲線(xiàn)的斜率逐漸變小為了更好地定量評價(jià)和分析墻體厚度和其熱0180220.260300340.38基材厚度m工指標關(guān)系,為工程應用選型提供簡(jiǎn)單實(shí)用計算(為比較分析假設各墻體外側20mm厚水泥砂漿,內側20mm厚石公式,根據計算數據擬合出其變化規律方程如灰水泥砂漿.)表3圖3墻體傳熱系數和熱情性指標隨厚度變化規律3不同厚度墻體熱情性指標和傳熱系數的變化規律方程熱情性指標擬合方程傳熱系數擬合方程條件及適用范圍實(shí)心黏土磚D=13.105x+0.49R2=1K=8.75x2-897x+3.5479R2=0.997條件:內外皆為20加氣混凝土D=12.75x+0.49R2=1K=6.5x2-5.85x+1.8045R2=0.9989砂漿飾面層灰砂磚D=11.565x+0.49K=8x2-8.76x+3.9732R2=0.99981)R2為回歸系數;x為墻體厚度(mm)為了驗證擬合方程的可信度,將實(shí)測數據與擬方程在適用范圍內可信度很高,另一方面說(shuō)明內外合方程計算數據進(jìn)行比較結果見(jiàn)表4.可以看出,飾面層厚度相差不大的時(shí)候,其對外墻傳熱系數和雖然實(shí)際測試中內外飾面層與假設情況有所不同,熱情性指標影響很小但是計算值仍與實(shí)測值相差很小;一方面說(shuō)明擬合衰4擬合方程驗證擬合方程計算值實(shí)測值外培編號主體材料主材厚度傳熱系數K熱惰性傳熱系數K熱惰性傳熱系數K熱惰性W·m2·K-1)指標(D)(W·m-2…K-")指標(D)(W·m2,K)指標(D)加氣混凝土0.893.030.02加氣混凝土0.972.790.972.79實(shí)心黏土磚1802.852.240.0l0.02實(shí)心黏土磚1802.850.012.540.020.013結論及對策熱系數就已經(jīng)達到節能設計標準,而實(shí)心黏土磚主體要達到220mm厚灰砂磚主體要超過(guò)320mm厚根據以上實(shí)驗測試,夏熱冬暖地區的居住建筑才能達到節能設計標準;鑒于該地區居住建筑多采墻體節能主要有以下主要結論和對策措施用單一墻體材料,為滿(mǎn)足節能之要求,加氣混凝土主1)夏熱冬暖地區現有居住建筑的墻體中,180體墻材應為首選nm和200mm厚的加氣混凝土墻體可以滿(mǎn)足節能4)實(shí)心黏土磚在既有居住建筑中還占有一定傳熱系數要求,其它所測墻體則不能滿(mǎn)足節能要求.的比例,但其傳熱系數不能滿(mǎn)足節能要求,在既有居2)單排孔混凝土切塊不能滿(mǎn)足節能要求,其傳住建中國煤化工能單純依黎增加產(chǎn)祖掃日的H熱系數較標準值高約41%,不能采用其單一墻體材厚度料作為節能外墻設計CNMHG現為線(xiàn)性增加規3)加氣混凝土主體在180mm厚時(shí),墻體的傳律,而傳熱系數隨厚度表現為曲線(xiàn)變化規律,反映出第1期郭永昌,等:夏熱冬暖地區居住建筑墻體熱工性能測試分析增加墻體厚度在一定范圍內對傳熱系數的降低作用[5]北京土木建筑學(xué)會(huì )建筑節能工程設計手冊[M].北明顯,在超過(guò)一定厚度之后,則其降低傳熱系數的作京:經(jīng)濟科學(xué)出版社,2005用不顯著(zhù),因此不能單一采用增加厚度的措施來(lái)增6 Taher M,shes. A case study on the reduction of ener加墻體的熱阻gy use for the heating of buildings [J]. Renewable Energy1995,6(7):673678參考文獻:[7]Bauer M. 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By analyzing these experiment data thedeveloping laws of thermal factors varied with the wall thickness are got out. All these conclusions are useful for thedevelopment of building energy saving and can supply the base of relative research.Key words: hot summer and warm winter; residential building; walls; thern中國煤化工CNMHG