夏热冬暖地区居住建筑墙体热工性能测试分析

第25卷第1期广东工业大学学报Vol 252008年3月Journal of Guangdong University of Technology夏热冬暖地区居住建筑墙体热工性能测试分析郭永昌,杨晚生,刘锋(广东工业大学建设学院广东广州510506)摘要:在分析夏热冬暖地区热工气候特点的基础上,对该地区典型居住建筑的墙体热工性能进行了详细的实验测试研究,得出了其传热系数热情性指标和厚度对其热工性能参数的影响规律摸清了该地区典型居住建筑墙体热工性能基本特点,找出了其热工性能参数随厚度的变化规律关键词:夏热冬暖;居住建筑;墙体;热工性能中图分类号:TU.2文献标识码:A文章编号:1007-7162(2008)010004夏热冬暖地区在我国热工分区的南区,属于典地区既有建筑墙体的热工性能状况,为其墙体节能技型的亚热带气候带地区,其气候特点为夏季炎热漫术的开展提供基础性试验依据和具体技术措施长,冬季短暂温暖,冷期短、霜日少、太阳辐射强度大雨量充沛丰裕一年中最冷为1-2月最热为71测试基本情况9月.夏热冬暖地区的气候特点,决定了其居住建1.1主要测试仪器设备筑的节能控制重点为夏季防热,一般不考虑冬季保为保证实验测试的可靠性和客观性,根据文献温12.本文主要对夏热冬暖地区某城市典型居住建[34]选取实验测试仪器对典型居住建筑进行测试,筑进行了墙体热工实验测试,目的在于了解和掌握该本实验测试所采用的主要仪器设备见表1.表1实验测试所采用的主要仪器仪器名称主要功能规格型号技术参数温湿度自动采集仪窒内外温湿度自动巡测记录mwsI温度:测量范围-40~125℃,精度±0.1℃;湿度(RH):测量范围1%-99%,精度±0.2%单点热流计测试围护结构单点热流JTRL I测量范围.0~99W/m2;精度:<5%温度与热流自动测试系统自动巡测采集热流和温度温度测量范围-50~100℃,精度±0.5℃;热流测量范围0-200mV精度≤±1硅半导体便携式数字温度计测量室内外空气温度JM22测量范围:-100-199℃;准确度:±0.2%;分辨率0.1数字相对湿度计室内、外相对湿度CHIPO测量范围:10%-%5%;准确度:±5%热球风速仪测量室内外空气流速Testo SG-08工作温度范围:0~50℃;测量范围:0.1-30m/s;分辨率:0.1m/s触式红外线测温仪测量围护结构内外表面温度测温范围:-18~260℃;测量精度0.1℃太阳辐射强度测量仅测量室外太阳辐射强度mBQg测范围:0-150m测量精度:±1%1.2测试建筑物以保证测试数据的可靠性和客观性实验测试建筑本实验测试选取了6个典型居住建筑房间作为的基本情况见表29测试对象,每个房间都进行了3-7d的连续检测,中国煤化工收稿日期:2007-0124基金项目:东莞市建设局科研课题资助项目(2005004)CNMHG作者简介:郭永昌(1974),男讲师主要研究方向为复合材料在工程中的应用第1期郭永昌,等:夏热冬暖地区居住建筑墙体热工性能测试分析表2实验测试房间基本情况房间编号室内面积m层高/m门尺寸/m窗面积m3单向窗墙比墙体主体层材料及厚度12.60301.2×2.18.100.63(南向)200mm加气混凝土13.86300.9×2.12.100.21(西向)180mm实心黏土砖3.00.9×2.11.800.21(南向)180mm实心黏土砖0.29(北向16.083.20.9×2.17.310.34(西向)190mm单排孔混凝土空心砌块0.34(西向)1.4x2.112.880.60(南向)180mm加气混凝土0.43(南向)17.403.00.9×2.17600.24(西向)200mm灰沙砖2测试结果及分析指标主要反映了墙体对室外温度波的衰减能力[1,10)2.1传热系数所测试建筑墙体的热惰性指标见图2,从图2建筑墙体传热系数的现场测试结果见图1.从可以分析得出以下主要结论图1可以分析得出1)所测试建筑墙体的热情性指标除1号加气1)1号房间和5号房间墙体主体层为加气混凝混凝土墙体大于3.0以外,其它墙体的热情性指标土,其传热系数分别比标准值低55.5%和515%,均小于3.0;满足节能墙体传热系数之要求.2)以单排孔混凝土空心砌块为主体层的6号2)234和6号房间墙体传热系数均高于标准墙体的热惰性指标最小,反映出该墙体的抵抗温度值,其中2和3号墙体主体层为实心黏土砖墙,其传波动能力较其它墙体差热系数分别比标准值高12%和11%,不能满足节能要求;4号墙体主体层为单排孔混凝土空心砌块,其口实测值口标准值传热系数比标准值高41%,不能满足节能要求;6号墙体为灰沙砖,其传热系数比标准值高28%,也不能满足节能建筑要求153)测试结果可以分析得出:在所测试的居住建筑的外墙中,200mm厚加气混凝土墙可以满足规范规定节能之传热系数要求,其它主体层材料的墙体均不能满足要求墙体编号30口实测口标准值图2测试建筑墙体热情性指标23热工参数随厚度的变化规律从上述实验测试结果可以看出:主体层墙体的传热系数和热惰性指标与墙体的厚度有密切的关系,为摸清不同墙体传热系数和热情性指标随其厚05度的变化规律,本文选取加气混凝土、实心黏土砖和灰沙砖3种主要墙体,计算出其传热系数和热情性指标随厚度的变化规律如图3所示从图3可以分析得出以下一些结论图1测试建筑墙体传热系数中国煤化工筑节能设计标准2.2热情性指标加气墙体的热惰性指标D=RS,其中R为墙体的传达到现,CNMHG其传热系数已经,头心黏土砖墙体要热热阻,单位为m2·K/W,S为墙体的蓄热系数该达到220mm厚、灰砂砖墙体要达到320mm厚才能广东工业大学学报第25卷达到节能设计标准一加气混凝土传热系数一实心黏土砖传热系数2)在相同厚度下,实心黏土砖和加气混凝土传一灰砂砖传热系数一▲加气混凝土热怖性指标←实心黏土砖热情性热系数相差较大(平均相差10左右),但热惰性指标却相差无几(平均相差0.1左右),这是因为热惰2.5性指标是导热系数和蓄热系数的乘积,后者虽然热阻大于前者但蓄热系数却小于前者3.03)随着墙体厚度的增加,热惰性指标呈线性增豪1.0加规律传热系数却呈曲线变化规律,变化趋势为随装05厚度逐渐变小,同时曲线的斜率逐渐变小为了更好地定量评价和分析墙体厚度和其热0180220.260300340.38基材厚度m工指标关系,为工程应用选型提供简单实用计算(为比较分析假设各墙体外侧20mm厚水泥砂浆,内侧20mm厚石公式,根据计算数据拟合出其变化规律方程如灰水泥砂浆.)表3图3墙体传热系数和热情性指标随厚度变化规律3不同厚度墙体热情性指标和传热系数的变化规律方程热情性指标拟合方程传热系数拟合方程条件及适用范围实心黏土砖D=13.105x+0.49R2=1K=8.75x2-897x+3.5479R2=0.997条件:内外皆为20加气混凝土D=12.75x+0.49R2=1K=6.5x2-5.85x+1.8045R2=0.9989砂浆饰面层灰砂砖D=11.565x+0.49K=8x2-8.76x+3.9732R2=0.99981)R2为回归系数;x为墙体厚度(mm)为了验证拟合方程的可信度,将实测数据与拟方程在适用范围内可信度很高,另一方面说明内外合方程计算数据进行比较结果见表4.可以看出,饰面层厚度相差不大的时候,其对外墙传热系数和虽然实际测试中内外饰面层与假设情况有所不同,热情性指标影响很小但是计算值仍与实测值相差很小;一方面说明拟合衰4拟合方程验证拟合方程计算值实测值外培编号主体材料主材厚度传热系数K热惰性传热系数K热惰性传热系数K热惰性W·m2·K-1)指标(D)(W·m-2…K-")指标(D)(W·m2,K)指标(D)加气混凝土0.893.030.02加气混凝土0.972.790.972.79实心黏土砖1802.852.240.0l0.02实心黏土砖1802.850.012.540.020.013结论及对策热系数就已经达到节能设计标准,而实心黏土砖主体要达到220mm厚灰砂砖主体要超过320mm厚根据以上实验测试,夏热冬暖地区的居住建筑才能达到节能设计标准;鉴于该地区居住建筑多采墙体节能主要有以下主要结论和对策措施用单一墙体材料,为满足节能之要求,加气混凝土主1)夏热冬暖地区现有居住建筑的墙体中,180体墙材应为首选nm和200mm厚的加气混凝土墙体可以满足节能4)实心黏土砖在既有居住建筑中还占有一定传热系数要求,其它所测墙体则不能满足节能要求.的比例,但其传热系数不能满足节能要求,在既有居2)单排孔混凝土切块不能满足节能要求,其传住建中国煤化工能单纯依黎增加产祖扫日的H热系数较标准值高约41%,不能采用其单一墙体材厚度料作为节能外墙设计CNMHG现为线性增加规3)加气混凝土主体在180mm厚时,墙体的传律,而传热系数随厚度表现为曲线变化规律,反映出第1期郭永昌,等:夏热冬暖地区居住建筑墙体热工性能测试分析增加墙体厚度在一定范围内对传热系数的降低作用[5]北京土木建筑学会建筑节能工程设计手册[M].北明显,在超过一定厚度之后,则其降低传热系数的作京:经济科学出版社,2005用不显著,因此不能单一采用增加厚度的措施来增6 Taher M,shes. A case study on the reduction of ener加墙体的热阻gy use for the heating of buildings [J]. Renewable Energy1995,6(7):673678参考文献:[7]Bauer M. A simplified correlation method accountingheating and cooling loads in energy-efficient buildings [J][1]孟庆林建筑物理[M].广州:华南理工大学出版社,Energy and Buildings, 1998(27): 147-154[2]唐莉娜东莞气候概况[EBOL].[207-01-10].htp:∥ww.[8]徐占发建筑节能技术实用手册[M].北京:机械工业出版社,2005southcn. com/ news/ gdnews/ qixiang/gk/200502210520htm[9]李英达东莞市居住建筑围护结构节能及室内热环境实[3]建设部标准定额研究所夏热冬暖地区居住建筑节能设验测试研究[D].广州:广东工业大学,2006计标准G5200[5].北京:中国建筑工业出版社,[10]孟庆林刘亚,任俊等夏热冬暖地区住宅围护结构隔2003热构造技术及其效果评价[J].新型建筑材料,2005[4]建设部.GB5017693民用建筑热工设计规范[S].北(2):2729京:中国计划出版社,1993Thermal Performance Experimental Analysis of Residential Building Wallsfor the hot Summer and Warm Winter DistrictGuo Yong-chang, Yang Wan-sheng, Liu FengFaculty of Construction, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)Abstract On the basis of analyzing the climate performance in the hot summer and warm winter zone, the thermalperformance of typical residential building walls in this district is experimented and the coefficient factor of heattransfer and index of thermal inertial are derived by these experimentdata. 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中国煤化工CNMHG