外墙综合传热系数的计算与分析

建筑应用

2015年第

10期

外墙综合传热系数的计算与分析

孙孟琪蹇守卫何桂海郅真真

马保国

武汉

430070）

（武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北

*

摘要:围护结构的保温隔热水平在整个建筑的节能效果方面有着重要的作用，而外墙能耗在整个围护结构的能耗中占了很大的比例，就目前已有的各种砖材以及保温材料进行设计计算，提出满足不同热工分区的组合墙体模式。

关键词：围护结构；综合传热系数；组合方式

中图分类号：TU522.01

文献标识码：A

文章编号：1001-6945（2015）10-0041-05

Calculation and analysis of comprehensive heat

transfer coefficient on exterior walls

SUN Meng-qi

JIAN Shou-wei

HE Gui-hai

ZHI Zhen-zhen

MA Bao-guo

Abstract ：Building envelope thermal insulation level is an important role on energy savings throughout the build⁃ing, and exterior wall ’s energy consumption throughout the building envelope takes a large proportion. This paper calculates a variety of brick materials and insulation materials and makes them to meet the different combinations of thermal partition wall pattern.

Key Words ：building envelope, comprehensive heat transfer coefficient, combination

围护结构的保温隔热水平是建筑节能的重要环节，围护结构的形式和热工性能对建筑物的空调负荷有较大的影响，通过改善建筑围护结构的形式和热工性能来降低空调能耗是建筑节能最有效的措施之一[1-3]。

建筑围护结构传热分析方法的发展总是伴随着人们对空调冷热负荷的认识发展以及空调负荷计算方法的发展而发展的，它们相互依存，相互促进。1967年，基于控制理论的离散系统中扰量和响应的离散化处理的思想，加拿大的Stephenson 和Mitalas 提出了反应系数法，成为动态负荷计算的里程碑式开端。考虑到计算墙体和屋面非稳态传热时所需要的反应系数项数较多，Stephenson 和Mitalas 随后又于1971年提出了z 传递函数(CTF)法[4-5]；在国内，2003年，山东建筑大学陈宝明等教授对建筑围护结构的现场检测技

十二五”国家科技支撑计划（2011BAJ04B01）

术进行研究，利用数值模拟的方法归纳总结出适用于

不同保温形式下围护结构的修正系数。此项研究利用数值模拟计算方法对现场检测数据进行修正，提出数值计算与实际检测相结合是目前建筑节能检测上发展的一个必然趋势[6]。

在维护结构中, 由于墙体所散失的能量占整个维护结构的很大一部分，虽然目前针对维护结构的研究很多，但是就针对我国各个气候分区的综合外墙导热系数研究不多，本文结合目前市面上已有的砖材以及保温材料对外墙综合传热系数作了假设性的计算，为维护结构的实际应用提供理论基础。2热工分区以及不同热工区的热工要求

建筑热工设计分区是根据建筑热工设计的要求进行气候分区。所依据的气候要素是空气温度，以最

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冷月（即1月）和最热月（即7月）平均温度作为分区的主要指标，以每年平均温度不大于5℃和不小于25℃的天数作为辅助指标，将全国划为5个区，即：严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区。建筑热工分区是为了使民用建筑热工设计与地区气候相适应，保证室内基本的热环境要求，符合国家节约能源的方针，提高效益。下图即为5个气候分区各自的范围。

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其外墙综合传热系数，提出不同的墙体组合方式，满足不同地区的要求。

3外墙传热系数的计算方法3.1热阻的计算

热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W 热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。

a. 单1材料的热阻的计算:式中R -材料层的热阻，/m2·K/W；

σ-材料层的厚度，m ；λ-材料的导热系数，/W/(m·K)b. 多层围护结构的热阻的计算：R =R 1+R 2+R 3+......+R n

式中R 1+R 2+R 3+......+R n 为各层材料的热阻，计算热桥部分按模型1（文献7）计算，计算保温层厚度为20mm ，热桥柱为300mm×300mm ，计算各部分热阻。

表4

各部分材料的导热系数

图1建筑热工设计分区图

由于不同气候区对建筑有着不同的要求，为此我

们对实验模拟的结果进行计算验证。主要针对四种气候区（夏热冬冷、夏热冬暖、严寒以及寒冷）进行验证。

表1，2，3分别为不同气候分区对建筑外墙的热工要求，可以看出气候地区越寒冷，相对来说对外墙传热系数的要求就越高，对于砖材和保温材料的选择以及热桥结构的设计要求也越高，我们将对目前市面上已有的砖材以及保温材料的相关参数进行计算，计算

表1夏热冬冷地区外墙建筑热工要求

3.2墙体部分与热桥部分的热阻

≤

≤

墙体部分计算厚度按主要240mm ，370mm ，热桥

部分为多层热阻计算。

表5各部分材料的热阻

表2夏热冬暖地区外墙建筑热工要求

≥

≤

≥

≤

≥

≤≤

≤≤≥

表3

严寒寒冷地区外墙建筑热工要求

≤

表5为计算外墙各部分的热阻，由表可见热桥部分的热阻明显要小于外墙部分，外墙墙体越厚热阻越大，保温效果越好。例如：当墙体为240mm 厚，使用KP1砖时，外墙热阻为0.9907816(m2·K)/W，热桥部分采用EPS 保温材料其热阻为0.755537(m2·K)/W。3.3外墙各部分传热系数以及综合传热系数的计算

在实际情况中，传热系数K 又不是恒定的值，它

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