热桥与建筑热负荷

26 # 应用能源技术 1999年9月#

热桥与建筑热负荷

哈尔滨建筑大学 赵立华

大连市建筑设计研究所 刘欣彤

摘 要 随着建筑节能工作的开展, 新型保温建筑的大量涌现, 热桥在新型保温建筑中的影响远远大于传统建筑, 作者利用所编制的计算机程序对嵩山小区内各建筑物建筑节点作计算分析。分析了建筑中可能的节点类型及各类型节点的附加耗热量, 以一个立管为例计算说明热桥对采暖热负荷的影响。

关键词 热桥 保温建筑 节能

中图分类号:TU51/59 文献标识码:B

1 问题提出

我国八十年代以前的建筑一直使用实心粘土砖作为主要材料, 墙体自身热阻小、传热量, 热桥的附加传热很小, 因而热桥的问题一直未引起人们的足够重视。近年来随着建筑节能工作的开展和深入, 各种新型建筑材料被广泛应用于建筑物中, 高效保温材料应用于围护结构, 在墙体厚度不变甚至减小的情况下, 墙体主断面热阻却大大增加。同时在建筑节点部位, 由于结构受力的要求保温材料被隔断, 造成局部热桥, 对建筑能耗和供暖热指标影响较大, 而且热桥的影响因围护结构的不同而不同。111 不同结构建筑中热桥的影响

下面以两个简单例子分析不同结构建筑中热桥的传热。我们以热桥附加能耗和热桥处内表面温度来描述热桥, 热桥附加能耗的定义为:

$Q =Q 2-Q 1 w/m式中$Q 为热桥附加能耗, Q 2为按二维传热计算的能耗, Q 1为按一维传热计算的能耗。

例一:

传统490mm 厚红砖墙带钢筋混凝土梁

2

主断面传热系数 1. 24w/m e 一维能耗67. 60w/m 二维能耗76. 98w/m

能耗附加 9. 38 w/m 占总能耗12. 2%例二:

墙体结构变为440m m 厚岩棉复合墙体主断面传热系数0. 445w/m 2e 一维能耗24. 28w/m 二维能耗38. 46w/m

能耗附加 14. 18 w/m. 占总能耗36. 9%

墙体热阻变大之后, 一维传热, 二维传热都变小了, 热桥附加传热损失却变大了, 其原因主要有三方面:

:

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11111 墙体变薄

墙体变薄使得钢筋混凝土的厚度也变薄, 其热阻变小, 相应地, 传热损失增加:(1. 341-1. 239) @0. 24@44=1. 28w/m 11112 周围热量流入

周围墙体热阻增大; 必然使得进入周围墙体的部分热量从热桥流过, 经计算, 例2中此部分热量为:15. 32w/m 。例1中虽也有此问题, 但其值为5. 18w/m。相对来说比较小。1. 1. 3 墙体自身热阻大

进行一维传热简化时, 将墙体所有面积上的传热都认为是按主断面的热阻进行的一维传热, 因此, 墙体的自身热阻大, 使得比较的基准很小, 热桥附加热损失这个相对值必然大, 上两例中, 由于此原因造成的热桥附加热损失为:

(1. 239-0. 445) @44=8. 38w/m

保温材料的使用, 使得墙体厚度减少的同时, 墙体主断面热阻却大大增加, 相当于传统砖墙(490mm) 的2-3倍。因而热桥的影响不能不被重视了。1. 2 热桥的危害

在节能建筑中, 我们的计算和实测都表明:墙体耗热占总能耗的比例已经由40%下降到15%, 而热桥耗热占总能耗的比例却由7%提高到20%。热桥的危害还在于其增加了墙体局部传热, 降低墙体平均热阻, 恶化围护结构内表面的温度环境, 节点处内表面温度有可能低于室内露点温度, 使得墙体内表面结露, 传热在湿工况下进行, 形成恶性循环。热桥影响着围护结构的整体保温效果, 有必要对热桥进行准确的分析, 采取各种技术措施降低热桥能耗, 以促进保温结构的进一步完善。

我国对热桥的研究是很不够的, 建筑设计者在进行热负荷计算及节能工作者在计算建筑耗热量时, 对热桥热损失很难进行定量分析, 一般经常经验地假定一个热桥附加耗热系数, 其结果使热负荷计算得不准确, 因此对热桥处进行准确的计算分析, 有利于我们搞清热桥能耗对整个建筑传热的影响。

2 热桥主要类型及其能耗分析

根据建筑结构和构造特点, 将热桥分为九大类:内墙角、外墙角、窗左右侧、窗上下侧、阳台、屋顶、地角、其它。各类型热桥由于结构不同对建筑热负荷的影响也不同。

内墙角和外墙角统称为阴角, 此部位的受热面积小于放热面积, 我国以放热面积为准计算传热量是比较安全的。在墙体结构局部不发生变化的情况下, 计算得出的传热量大于实际传热量; 当有构造柱穿过外墙时或由于构造上的要求保温层出现断点(内保温间墙) 的情况下, 计算得出的传热量要小于真实传热量。

窗左右侧热桥是由于窗洞口造成, 窗框宽度小于墙体厚度, 形成热流通路。窗上下侧热桥一方面是由于窗洞口造成, 另一方面, 窗上有过梁、窗下有窗台板也形成热流通路。此外, 复合墙体在窗洞口处, 由于结构及施工的要求, 保温层有可能出现断点, 也是形成热桥的原因。暖通设计者习惯采用的窗的传热系数(双层木窗k=2191w/m 2e , 双层钢窗k =3126w/m 2e ) 是包括了窗周边传热的, 即包括了窗左右侧和窗上下侧热桥附加热损失的。这样的简化处理方法对以往的单一的墙体形式和外窗形式来说是可以的。但对于目前繁多的外墙形式和外窗形式情况下, 窗洞口的热桥传热差别很大, 国际标准中规定:实测时只考虑窗户本身的传热量, 而不包括窗洞的附加值(我院的静态热箱实验台测试得, 222

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接拿来计算窗热负荷显然是不行的。计算窗热负荷时必须考虑到窗口周边热桥的影响。阳台由于结构上的要求, 大量使用混凝土, 尤其对于复合保温墙体, 阳台处外墙保温材料被切断, 阳台门、阳台窗、阳台板处均存在着热桥。同时, 由于阳台的封闭及其它保温措施的采取, 阳台内温度提高, 相对的阳台热桥也得到了一定程度的缓解。

屋顶热桥指屋顶和外墙相交的部位, 顶层房间过梁、圈梁离屋顶较近, 将其归类为屋顶热桥一起考虑。屋顶处受热面积小于放热面积, 同时屋顶内角对流换热和辐射换热差, 造成此部位综合传热系数小(518w/m 2e ) , 造成屋顶内角温度较低。一般讲屋顶热桥使建筑热负荷增加3%左右。

3 热桥对采暖热负荷的影响

热桥对建筑耗热量指标的影响在于加大建筑耗热量指标, 而热桥对建筑热负荷的影响不仅在于加大建筑采暖热负荷, 还在于改变房间之间的负荷比例, 即各房间采暖热负荷增大的程度因其所包括的热桥不同而不同。对于暖通工程师来说只有准确地计算出建筑热负荷的大小, 方能设计出好的供热系统, 下面以一个多层的供热立管为例计算建筑热负荷, 分析热桥的影响。外墙为单一材料(490m m 红砖墙或490mmDM 空心砖墙) 时, 热桥对热负荷的影响较小[1]。对于复合墙体, 其影响较大, 在此加以分析见表1。房间外墙为218m @316m, 进深为313m, 窗户为114m @118m 。设计室内外温差为44e 。

由表1可见, 底层房间热桥附加热负荷占总负荷的2317%; 中间层房间热桥附加占总负荷的2117%; 顶层房间热桥附加占总负荷的2413%。按双层窗k=2191w/m 2e 计算窗传热量及加上其它部位一维传热量得出的热负荷同真实热负荷具有一定的偏差, 顶层为1119%; 中间层为9%; 底层为1317%。如果窗传热系数按实测出的单窗传热系数计算, 其热负荷同真实热负荷的偏差就更大。

计算建筑采暖热负荷时要考虑热桥的影响, 热桥的计算方法比较复杂。为解决这个问题, 我们编制了热桥计算软件, 通过此软件, 热桥的计算变得简单、快捷。

表1 房间供暖热负荷计算分析

房间层数外墙计算k 值

外墙负荷

w/m 2e w

一层

中间层0. 34113. 12. 25249. 50

0. 37195. 36558. 063. 426. 1084173. 5731. 5631. 2

0362. 690. 326. 100116. 4479322. 7435. 8

0. 42219. 5三层

窗本体k 值w/m 2e 窗计算负荷w 屋顶计算k 值w/m e 屋顶计算负荷w 地面计算k 值w/m e 地面负荷w 一维传热负荷w 窗洞附加w 圈梁附加w 屋顶附加w 地角附加w 总附加w 实际总热负荷w

窗按2. 91w/m 2e 计算所得热负荷w 窗按2. 91w/m 2e 计算所得总热负荷w

582. 163. 445. 952. 30161. 6743. 7655. 3