建筑墙体保温的节能分析

发布时间：2024-10-15

２００５年第８期节

能

（总第２７７期）

ＥＮＥＲＧＹ

ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ

一３１一

建筑墙体保温的节能分析

杜艳新‘，郭海丰２，陈

萍３，曹

明１，王玉珠１

（１．沈阳华夏建筑设计有限公司，辽宁沈阳１１０００３；２．沈阳建筑大学，辽宁沈阳１１０１６８；

３．沈阳都市建筑设计有限公司，辽宁沈阳１１００）

摘要：在稳态导热的情况下，墙体的内保温和外保温节能效果相同。非稳态导热情况下。墙体的内保温和外保温的节能效果是有明显差别的，内保温的节能效果明显。关键词：稳态导热；非稳态导热；节能；内保温；夕Ｉ‘保温

中图分类号：ＴＵＩＩＩ．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４～７９４８（２００５）０８—００３１—０３

Ｉ外墙保温的发展现状定了建筑节能标准，要求新建住宅的采暖能耗比以１９７３年国际石油危机后，发达国家都把建筑节

前节约２５％。这个标准后来成为欧洲各国的建筑能列为国家建设的重要法规。１９７４年法国率先制

节能标准的标尺。经过２０多年的努力，国外的建筑

５小结

本文采用有限元法并结合天津地区的气象参数对既有建筑节能改造的墙体内外保温构造柱热桥进行了二维非稳态传热研究，结论如下：

（１）墙体外保温时重质承重墙体材料和构造柱

在外保温层的保护下能够保持较高的内部温度，有效减少了冬季温度变化所引起的热应力，对建筑主体结构起到良好的保护作用。在既有建筑节能改造中应优先考虑选用。

图５

３７０墙体外保温构造柱热桥有限元网格划分

（２）墙体外保温时热桥的外表面逐时壁温与室外逐时空气温度的差值较小，墙体内保温时热桥与室外逐时空气温度的差值较大，墙体内保温时热桥部位的传热损失可达到外保温的２倍。

（３）由于墙体内保温时在热桥部位存在较大的“漏热”损失，供暖空调负荷计算时对热桥部位应该进行传热修正。由于隔墙较多的既有小开间采暖居住建筑热桥数量相应较多，采用墙体内保温方式的节能改造应该慎重考虑。参考文献

［１］郁文红，杨昭．采暖居住建筑节能改造分析［Ｊ］．节能，

２００４，（１）：４１—４４．

图６

３７０墙体外保温构造柱热桥二维温度场计算结果

［２］郁文红，杨昭．采暖居住建筑节能改造收益分析［Ｊ］．节

能，２００４，（１２）：２１—２３．

－－．．１１－－３＂ｒｏ内保温—▲一３７０外保温

………室外逐时气温

［３］郁文红，杨昭．采暖居住建筑节能改造热工性能分析［Ｊ］．

节能，２００５，（４）：４９—５１．

［４］陆耀庆．实用供热空调设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工

业出版社，１９９３．

［５］林瑞泰．热传导理论与方法［Ｍ］．天津：天津大学出版社，

１９９２．

［６］孔祥谦．有限单元法在传热中的应用［Ｍ］．北京：科学出版社。１９９８．

［７】朱盈豹．保温材料在建筑墙体节能中的应用［Ｍ】．北京：

中国建材工业出版社，２００３．

作者简介：郁文红（１９６６一），男，北京人，天津大学博士，博士

时间

后，研究方向：建筑节能。

图７墙体ｐｑ＃ｌ－保温构造柱热桥中心点逐时外壁温计算结果

（收稿日期：２００５一０４—１６）

万　

方数据

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节能技术和产品不断发展，外墙普遍采用结构墙体与高效保温材料复合技术。发展到今天，建筑外墙保温技术已经发展得比较成熟。

在我国，长期以来，由于经济不发达、科技发展

落后及人民生活水平不高，人们对建筑节能的认识

不足，建筑节能的新技术、新产品得不到及时的推广和应用，建筑节能的政策、法规和标准的制定和实施

监管滞后，使得我国节能住宅的发展比较缓慢。从２０世纪８０年代初期，我国开始制定和实施建筑节能的政策，到９０年代中期，我国建筑节能政策进入全面实施阶段，建设部相继颁发了一系列建筑节能方面的法律、法规和技术规范，建筑墙体保温技术和材料的研究和应用得到了快速的发展。尤其在东北、华北及西北地区，建筑外墙的保温研究成为节能建筑研究的重点。

２建筑外墙保温的形式…

目前建筑外墙保温体系有三种形式，即外墙内

保温体系、复合夹芯墙保温体系及外墙外保温体系。

复合夹芯墙保温体系是将保温材料置于外墙中间，该方法在东北地区应用较广。该体系旋工工序多，湿作业多，加大了施工管理难度和施工周期。保温层两侧的墙体温差较大，易产生结构性裂缝，不易控制。此保温体系的应用已经越来越少。本文不做节能分析。

外墙外保温体系是将保温材料置于外墙的外侧，该体系在近几年的建筑保温中应用较广。从保温层与墙体的连接方式划分，外墙外保温体系有两种形式，即保温层在围护墙体结构外部粘贴形式．夕卜部粘贴法又优化出整体现浇筑施工工艺。

外墙内保温体系只需要将保温材料贴在外墙内侧，施工技术、设施和操作简便易行，具有对保温材料与墙体粘结强度和保温材料的强度要求较低、总体工程造价低等优点。

图ｌ、图２和图３是三种外墙保温体系的构造

示意图：

，

３外墙内保温和外保温的节能分析３．１稳态导热时的节能分析

对于２４小时的集中供热系统，室外计算温度和

图１外墙内保温墙体构造示意图

万　

方数据图２复合夹芯墙构造示意图

图３外墙外保温墙体构造示意图

室内计算温度为定值时，系统可以近似看成稳态导热过程。表１则是对近似稳态过程的沈阳地区２４０ｍｍ不保温墙体与保温墙体进行的比较。只要墙体的保温材料种类和厚度相同，外保温体系和内保温体系的墙体保温效果相同，即单位面积墙体的散热量是相等的。从表２和图４可以看出在一定的范围内，通过增加保温层的厚度可以明显地减少墙体单位面积的散热量。但是，随着保温层的继续增加，墙体的保温性增加变得缓慢。由于保温层的加厚会带来建设成本的增加，因此保温层的厚度简单地增加并不一定是经济的。

表１沈阳地区不同保温层厚度墙体的保温比较

师目２４０ｍｍ

２４０ｍｍ

…“

不保温内保温

外保温

保温层材料无

ＥＰＳＥＰＳ保温层厚度／ｍ

００．０４０．０４墙体传热系数／ｗ（ｍ２ ℃）～２．０３１．１１．１室外计算温度／℃一１９—１９一１９室内计算温度／℃

１８

望鱼耍抠佳热量Ｚ迎Ｚ５：！业：２§Ｑ：Ｚ

注：以沈阳地区为例：室内采暖计算温度取１８℃，室外采暖计算

温度取一ｉ９℃Ｌ“。

当热用户处于非连续供热运行时，由于墙体材料的热惰性和蓄热的特性，导热属于非稳态导热，从

节能的角度考虑，内保温体系和外保温体系效果存

３．２非稳态导热内保温体系与外保温体系的节能分析

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在着明显的差别。以非连续供热建筑的外墙为例，房间使用时的温度为ｌｉｆｅ，非使用时保持５Ｃ。

表２增加墙体保温层厚度单位面积保温效果变化规律

项目

保温层厚度／ｍ

墅譬聚苯毫毽瓷誊ｏ

。

ｏ．１塑料ＥＰＳ保温材料

０．０２０．０４０．０６０．０８…墙体传热系数／ｗ（１１１２ ℃）～２．０３１．４３１．１Ｏ．９Ｏ．７６Ｏ．６６室外计算温度／℃一１９一１９一１９—１９—１９—１９

室内计算温度／℃

１８

望焦亘丞佳热量Ｚ婴２５：！§≥：Ｑ皇Ｑ：Ｚ≥≥：≥２８：１２１：§

舳∞∞∞∞如加加Ｏ

０

０．０２

０．０４

０．０６

０．０８

０．１

０１２

保温层厚度／ｍ

图４墙体单位面积传热量与保温层厚度的关系

非稳态导热时墙体的温度分布：

研究条件：结构层以混凝土厚度为２４０ｍｍ，导热系数入取１．５４Ｊ／（ｍｓ ℃），密度取２４００ｋｇ／ｍ３，比热取Ｏ．８４ｋ／／（ｋｇ ℃），蓄热系数取１４．９５Ｊ／（ｍ２Ｓ ℃），保温层用膨胀聚苯乙烯泡沫塑料ＥＰＳ保，温材料厚度４０ｒａｍ，导热系数取０．０４７９Ｊ／（ｍｓ ℃），比热取１．４７ｋＪ／（ｋｇ ℃），密度取４０ｋｇ／ｍ３。室内对流换热系数取８．７ｗ／（ｍ２ ℃），室外对流换热系数取２３．０ｗ／（ｍ２ ℃）。忽略内外装饰层。

内保温：

Ｌ

ｔｌ

０

‘ｂｋ

４０ｍｍ２４０ｍｍ４０ｍｍ２４０ｍｍ

室内温度为５＂Ｃ，室外温度为一１９＂Ｃ室内温度为ｌ８＂Ｃ

室外温度为一１９。｜Ｃ

图５内保温墙体温度分布

参见图５，室内为５℃，室外为一１９℃时内保温墙体的温度分布：

ｔ。＝５Ｃ、ｔｌ＝２．６℃、ｔ２＝一１４．８℃、ｔ３＝一１８．１℃、ｔｗ＝一１９℃。

室内为１８℃，室外为一１９℃时内保温墙体的温度分布：

ｔ。＝１８＂Ｃ、ｔｌ＝１４．３Ｃ、ｔ２＝一１２．６℃、ｔ３＝一１７．６Ｃ＋、ｔｗ＝一１９℃。

万　

方数据外保温：

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室内温度为５℃，室外温度为１９℃室内温度为１８＂Ｃ．室外温厦为－１９＂（２

图６外保温墙体温度分布

参见图６，室内为５℃，室外为一１９℃时外保温

墙体的温度分布：

ｔ。＝５℃、ｔ１＝２．６℃、ｔ２＝一０．７℃、

ｔ３＝一１８．１℃、ｔｗ＝一１９＂Ｃ。

室内为１８℃，室外为一１９℃时外保温墙体的温

度分布：

ｔ。＝１８Ｃ、ｔ１＝１４．３℃、ｔ２＝９．３Ｃ、ｔ３＝一１７．６℃、ｔｗ＝一１９℃。

对于内保温和外保温，室内由５℃变成１８℃，对于每平方米的墙体达到稳定导热前所要多吸收的热量Ｑ。

根据Ｑ＝ｍｃ，。Ａｔ式中ｃ，。表示定压质量比热，△ｔ为变化前后的平均温度变化。

对于内保温Ｑｚ＝Ｑ１＋Ｑ２，式中Ｑｌ为保温层变化过程单位面积墙体多吸收的热量；Ｑ２为结构层变化过程单位面积墙体多吸收的热量。

对于外保温Ｑｚ＝Ｑｌ＋Ｑ２，式中Ｑｌ为结构层变

化过程单位面积墙体多吸收的热量；Ｑ２为保温层变化过程单位面积墙体多吸收的热量。

表３

内保温每平方米的墙体达到

稳态导热前所要多吸收的热量

从对比中可以明显看出，内保温建立新的稳态，墙体升温需要的加热量为６５８ｋＪ，而外保温墙体则

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发达国家可再生能源开发现状简述

近年来，国际上出现一股可再生能源开发利用热潮，不仅是为了取代核能，更重要的是为了替代化石能源。据国际能源专家组织测算，人们可开发多于１９９５年全球所消耗能源１６倍的生物质能、８０倍的海潮能、３２５倍的风能以及１６０４４倍的太阳能。以上虽然是理论数据。永远无法变成现实。但人们可以向充分利用可再生能源方向努力。英国一公司算出，每年照射在伦敦大地上的太阳能，相当于整个世界所消耗的化石能源。换个比方说，照射在地球上１小时的太阳能，相当于地球１年消耗能源的１倍。由此可见，可再生能源的开发潜力巨大。过去几十年由于受技术及高成本的限制，可再生能源发展缓慢，但现在情况变了，技术上的全方位进步，为大大降低可再生能源的成本铺平了道路，考虑到燃烧矿物燃料对环境造成的破坏及对人类健康的损害，可再生能源就更加具有竞争力了。１美国

美国的风能、太阳能以及垃圾沼气发展很快，地热利用也开始显露头角。

（１）随着技术的进步，美国的风力发电成本已大大降低，每ｋｗｈ风电成本仅为５美分，已低于天然气发电成本，但仍高于煤炭发电成本。

（２）太阳能的发电成本在１９９６年时已降低到３美元／ｗ，预计今后每年仍将以５％的幅度降价。美国国家光电研究中心制定了２１世纪美国太阳能光电企业路线图指南，根据这一指南，预计光电产品将至少满足２０２０年美国电力增加部分的１５％。

（３）２００３年，美国麻省弗雷明汉Ａｍｅｒｅｓｃｏ能源管理公司投产的垃圾沼气热电厂以２０年不变的价格向ＢＭＷ公司的汽车制造厂供应电力及热力，现已占到该厂所需电力的１０％。目前美国已建成３１座沼气热电厂，另有８座正在建造中。美国的地热发电厂也即将投入运营，估计收益不错。２英国

英国是从事海浪发电历史最悠久、规模最大的国家。早在３０年前，英国研制的海浪发电装置就已投入使用，但该产业至今发展并不顺畅，其发电量远远落后于风力发电和潮汐发电。造成这种现象的主要原因是由于这种发电实验装置造价高昂，在波涛汹涌的大海中极易损坏，同时投入资金不足所致。为促进海浪发电事业的发展，英国政府承诺要从资金等方面予以扶持。各研发机构和公司也都加快了相关新设备的研制和实验步伐。最近英国欧洲海洋能源中心已从政府那里获得了５６５万英镑的资助，用来解决过去在制造海浪发电设备时存在的各种问题。可以预见，赢得了政府的大力支持，英国的海浪发电事业将上一个新的台阶。３德国

德国计划在未来２０年内逐渐关闭所有的核电站，转而

启用可再生能源，主要是生物质能源。作为替代石油的重要战略选择，生物质燃料也成为世界最新关注的热点。生物质能可直接生产和提供动力液体燃料，这对于解决交通能源十分重要。德国在２００１年就通过了＜生物质能条例＞，２００４年生产和消费生物柴油１１０万ｔ，成为全球使用生物柴油最多的国家。

２００４年德国的风力发电量已达２４５亿ｋｗｈ，满足了全国４％的用电量。

德国、丹麦和西班牙等国的功率在１．５ＭＷ以下的风力发电机已批量生产，２ＭＷ风力发电机也开始供货。目前研发重点主要集中在：大型风力发电场与现有电网联网；继续开发可靠的风力预报方法；开展与风能开发相配套的生态影响研究；以及发展海上风力发电等。随着大功率发电设备的批量生产和风能技术的推广，德国的目标是使风力发电成本降至５欧分／ｋｗｈ，可与火力发电相竞争。

２００４年９月，总功率为５ＭＷ的世界最大的太阳能发电站在德国莱比锡附近落成。４法国

法国于２００４年９月提出了一项生物能源计划。预计到２００７年。法国的生物质燃料产量将增加３倍，从而使法国成为欧洲生物燃料生产的第一大国。

从２００５年１月１日起，法国实施一项新的推动生物质能的开发和利用计划，在能源作物种植方面将超过德国。５其他一些国家的开发现状

日本太阳能应用技术在日本发展最快，２００２年全球总计利用太阳光伏发电１３１．２亿ｋＷ，日本占其中的４９％。２００３年日本太阳能技术的投资约１３５．５２亿日元。

巴西巴西作为开发生物质能源的强国，２００４年以甘蔗为原料生产的酒精出口量已达２０亿Ｌ。巴西还宣布于２００４年１１月批准在石油柴油中添加２％的生物柴油，并在数年内将这一比例提高到５％。巴西将优先在最贫困的东北部地区种植蓖麻为原料，生产生物柴油，以实现保障能源供给和农民脱贫的双重目的。

西班牙西班牙的风力发电装机容量达６５００ＭＷ，超过美国，居世界第二位。西班牙计划到２０１０年将风力发电装机容量增加到２００００ＭＷ。

据国际能源署预测。至２０３０年能源主体仍将由矿物燃料主宰，这是灾难性的前景。由于矿物燃料的使用终有穷尽期，而大量应用又将加速全球气候变暖，这种固有的弊病必将导致以其为基础的经济走向崩溃。为了人类社会的可持续发展，人们采用的燃料主体向既安全又可靠又用之不竭的可再生能源转移势在必行。

（山东省国际经济技术研究所郑义平供稿）

需要５２６１．９ｋＪ。如果室内间歇时温度与室外温度相同为一１９℃，采暖时室内要保证１８℃，这种差别将会更加明显。可见对于非稳态传热房间，从节能的角度看内保温比外保温节能效果明显。供热时对于不经常使用的房间基本耗热量附加３０％［２Ｊ正是考虑到非稳态传热引起墙体吸热的修正，３０％是针对墙体外保温而言的，对于内保温则可以大幅度降低此修正。

总之，对于不经常使用的房间的采暖，内保温比外保温节能效果明显，对于影剧院之类的房间的采暖正是具有这一特点的建筑，从节能角度考虑，使用内保温比较合适。此节能效果对于夏季制冷也是一样的，即对于非稳态传热内保温比外保温节能。内

保温也存在一些缺点，如施工难度大，处理不当会出现“冷桥”和结露现象等。随着社会进步，节能和环保越来越成为我们的追求，随着施工技术的进步和科技的发展，内保温技术在非稳态传热的建筑中将会越来越发挥优势。参考文献

［１］顾同曾，葛砚刚．多孔砖复合外保温节能建筑新体系

［Ｊ］．施工技术，１９９４，（７）：１０—１２．

［２］陆耀庆．实用供热空调设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工

业出版社，１９９３．４８—８１．

作者简介：杜艳新（１９７１一），女，黑龙江省鹤岗人，沈阳建筑

大学硕士研究生，工程师，从事暖通建筑设计工作。（收稿日期：２００５一０５—１８；修回日期：２００５—０６—２４）

万方数据　

建筑墙体保温的节能分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

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