热桥对严寒地区砌体结构建筑节能效果的影响

大庆石油学院学报

第26卷 第2期 2002年6月JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE Vol.26 No.2 Jun. 2002

收稿日期:2001-11-15;审稿人:张永贵

作者简介:才英俊(1948-),男,工程师,现从事建筑试验方面的研究.

热桥对严寒地区砌体结构建筑节能效果的影响

才英俊1,刘占先2,张永益1,赫崇军3,张云斌

4(1 大庆石油学院土木建筑工程学院,黑龙江安达 151400; 2 大庆石油管理局总机械厂,黑龙江大庆 163212;

3 大庆市热力公司,黑龙江大庆 163001;

4 大庆广播电视大学,黑龙江大庆 163311)

摘 要:为了降低严寒地区建筑物的耗热量,提高室内热环境质量,研究了热桥出现的部位与表面温度分布的一般

规律,测试了砌体结构建筑热桥部位的热工数据,分析了热桥对外墙体平均传热系数的影响趋势.结果表明,影响外墙平

均传热系数的关键是热桥面积和热桥部位的传热系数与外墙主体传热系数的差值;当外墙主体的传热系数较小时,热桥

对外墙的传热系数的影响更加明显;在节能建筑工程设计中,应优先考虑能防止建筑热桥产生的外保温复合墙体.

关 键 词:严寒地区;砌体结构;建筑节能;热桥

中图分类号:TU111.3 文献标识码:A 文章编号:1000-1891(2002)02-0123-020 引言

严寒地区建筑物外围护墙所耗热量约占建筑总能耗的30%,在砌体结构房屋外墙体中存在构造柱、过梁、圈梁等散热量大的热桥部位,其内表面温度低于墙体温度,是外墙主体耗热的重要部位[1],并影响室内热环境质量,在建筑节能设计及节能改造中应重视热桥部位的处理措施,以降低外墙的耗热量,并改善房间的热环境.

1 热桥对外墙平均传热系数的影响

受热桥部位的影响,外墙平均传热系数为[2]

K m =K p F p +K b1F b1+K b2F b2+K b3F b3F p +F b1+F b2+F b3

,(1)令F =F p +F b1+F b2+F b3,F b =F b1+F b2+F b3,K b =K b1F b1+K b2F b2+K b3F b3F b1+F b2+F b3

,则有K m =K p + K F b F ,(2)

式中:K m 为外墙的平均传热系数;K p 为外墙主体部位的传热系数;K b1,K b2,K b3,K b 分别为外墙热桥部位构造柱/芯柱、圈梁、过梁及热桥平均传热系数;F,F p ,F b ,F b1,F b2,F b3分别为外墙总面积、外墙主体面积、热桥总面积、热桥部位构造柱/芯柱、圈梁、过梁面积; K 为热桥平均传热系数与外墙主体传热系数之差, K =K b -K p .

式(2)表明,在外墙主体传热系数一定时,外墙平均传热系数与热桥总面积、热桥平均传热系数与外墙主体传热系数之差成正比.热桥与外墙主体部位传热系数差及热桥面积越大,传热系数增加的幅度也越大.一般情况下,外墙热桥总面积由结构构造确定,因此,平均传热系数的变化幅度主要由 K 决定,在节能设计时,应尽量减小热桥部位的传热系数和热桥的表面积,以降低围护结构的能耗.

2 热桥部位的热工测试分析

在砌体结构建筑中,热桥是由导热系数大的混凝土结构形成,主要出现在外墙转角及丁字外墙构造柱

(芯柱)、圈梁和过梁处[3].

由于热桥的存在,外墙体成为保温的薄弱环节,并且外墙体的平均传热系数不同程度地高于外墙主体部位的传热系数,表1给出不同砌体结构组合情况下的外墙热工测试结果.

表1 不同结构组合外墙的热工测试结果

墙体类型

热流密度/(W m-2)传热系数/(W m-2 K-1)

外墙主体构造柱/芯柱圈梁过梁外墙主体构造柱/芯柱圈梁过梁外墙平均

外墙传热系数

的增加/%

490mm厚粘土砖墙40.160.4 1.230 1.825 1.35010.0砌块夹心墙体12.922.822.742.40.3390.6870.684 1.2800.49345.4砌块外保温墙体12.817.912.619.30.3410.4780.3360.5200.41120.0

从表1可以看出,外墙热桥部位的热流密度高于外墙主体部分,其中以过梁的传热最多.由于热桥部位传热系数过大,导致外墙平均传热系数增加,其中490mm厚粘土砖墙增加10.0%;砌块夹心墙体增加45.4%;砌块外保温墙体增加20.0%,即热桥对不同组合的外墙影响不同.

3 算例

一厚度为240mm粘土实心砖外墙,开间为3.3m,层高为2.7m,设有240mm 180mm钢筋混凝土圈梁,并代过梁和240mm 240mm抗震柱,窗规格为150cm 150cm,墙体采用内保温复合,做法是内贴50 mm厚聚苯板,10mm纤维增强层,F p=5.46m2,F b1=0.65m2,F b2=F b3=0.55m2,F=7.21m2,计算外墙平均传热系数.若改为外保温墙体,墙体复合的做法与内保温墙体做法相同,计算外墙平均传热系数.分析两种墙体的保温性能.

对内保温墙体计算得,K p=0.640W/(m2 K),K b1=K b2=K b3=3.470W/(m2 K),K m=1.150 W/(m2 K),外墙平均传热系数提高了(K m-K p)/K p=79.7%.

对外保温墙体计算得,K p=0.640W/(m2 K),K b1=K b2=K b3=0.715W/(m2 K),K m=0.650 W/(m2 K),外墙平均传热系数提高了(K m-K p)/K p=1.6%.

可以看出,内保温墙体由于热桥处的传热系数很高,使外墙的平均传热系数大幅度提高;外保温墙体热桥部位得到很好的保温,热桥部位的传热系数降低,其平均传热系数与外墙主体基本一致,能耗少.

4 结论

(1)热桥对外墙平均传热系数影响显著,不加保护的热桥使外墙平均传热系数提高约79.7%;

(2)影响外墙平均传热系数的关键是热桥面积和热桥部位的传热系数与外墙主体传热系数的差值;

(3)当外墙主体的传热系数较小时,热桥对外墙的传热系数的影响更加明显;

(4)在节能建筑工程设计中,应优先考虑能防止建筑热桥产生的外保温复合墙体.

参考文献:

[1] 王 振,张永益,陈友昌,等.节能建筑围护结构的节能测试评价[J].大庆石油学院学报,2001,25(1):101~103.

[2] 柳孝图.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.60~82.

[3] 杨善勤.民用建筑节能设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.55~68.

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