[发明专利]利用墙体蓄热实现节能的建筑围护结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用墙体蓄热实现节能的建筑围护结构及其设计方法。

背景技术

国内关于被动式建筑或被动式太阳能建筑的公开专利，一般都是针对围护结构的，其中，CN200610088340专利“节能保温房屋”虽提到利用室内墙体、地面、屋面蓄冷、蓄热对建筑节能的重要影响，但具体设计方案：“建筑物内墙、屋顶内侧、地面用优质环保保温材料做保温层，使通过墙体、屋面、地面所传导的冷热能量被有效地隔离在保温层之外，避免冷热交换；由于保温层做在建筑物内侧，避免了建筑物的蓄冷、蓄热，空调使用时，只对室内空气制冷或加热，温度完全不会被建筑物吸收”。该建筑节能方法，既违反建筑热物理原理，也达不到《民用建筑热工设计规范》GB50176-93规定的建筑隔热计算要求，冬季保温性能虽然较好，但夏季是高能耗建筑，所以，该专利提供的建筑节能方案并不能有效实现节能。

CN200610088340专利提供的墙体内保温设计是依据常用的建筑能耗模拟设计计算方法设计的，这种内保温建筑围护结构，只能阻隔少部分建筑钢筋混凝土围护结构蓄热对内部室内环境的影响，并不能阻隔建筑钢筋混凝土围护结构墙体与外界环境的热交换。

这种内保温建筑围护结构位于室外一侧的钢筋混凝土围护墙体，在夏季白天会吸收大量太阳辐射，表面温度能升高到50-70℃以上，会形成大量蓄热，这种蓄热墙体夜晚散发的远红外辐射，很容易透过内保温材料，烘烤室内环境，从而大幅增加夏季空调能耗。

这种内保温建筑围护结构，位于室外一侧的钢筋混凝土围护墙体，在冬季夜晚低温条件下，会释放蓄热，形成蓄冷，这种蓄冷墙体，如果处于阴面房间，在第二天白天会大量吸收室内墙体透过内保温材料，向外散发远红外辐射，使得南方建筑冬季室内阴冷，如果内保温层不够厚，这种建筑同样也会大幅增加北方冬季室内采暖能耗。

《新型建筑材料》2001年02期刊登的论文《夏热冬暖地区住宅围护结构隔热构造技术及其效果评价》(孟庆林刘亚  任俊  杨树荣  李洪海)虽然提出通过隔热设计来实施建筑节能，但并没有依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93规定的建筑隔热计算方法进行建筑围护结构隔热计算设计。

国内建筑设计行业目前普遍采用建筑能耗模拟计算进行建筑节能设计，一般建筑能耗模拟计算都是根据围护结构传热能耗计算模型评估建筑围护墙体节能设计，即通过降低围护墙体传热系数来实施所谓50-65％节能率。这种能耗模拟计算模型的冬季采暖建筑能耗模拟计算一般采用稳定传热计算，不能体现墙体蓄热对围护结构传热能耗所形成的影响，夏季空调建筑能耗模拟计算采用非稳定传热能耗计算方法，虽然能反映墙体蓄热对围护结构传热所形成的影响，但只能反映门窗封闭、空调开通条件下，墙体蓄热对围护结构传热能耗所形成的影响，不能反映大多数暖通空调间断开启条件下，通过夏季夜晚开窗通风换热形成的建筑墙体本身蓄热变化，对建筑能耗形成的直接影响，更未反映冬季阳光，透过窗户辐射重质建筑内墙形成的蓄热，对降低冬季采暖能耗所起的作用。

在采用建筑能耗模拟计算进行建筑节能设计时，如果采用蓄热系数较低的轻质围护结构材料，如轻质粘土砖材料，墙体蓄热对冬季墙体传热能耗影响倒不大，但这种低热惰性系数(D值)建筑围护墙体隔热性能非常差，夏季空调能耗非常大。

目前建筑行业的围护结构设计一般都采用钢材或钢筋混凝土等重质高蓄热材料，这种高热惰性系数(D值)建筑围护墙体材料蓄热变化很大，对夏季围护结构传热能耗影响很大，如果建筑节能设计人员没考虑到墙体蓄热对建筑能耗的巨大影响，在实施建筑围护结构设计时，没处理好建筑围护墙体本身的蓄热影响，会给建筑造成巨大能耗损失。

如200mm厚钢筋混凝土材料，如果采用内保温设计，或者虽然采用外保温，但外墙外保温厚度设计不够(厚度低于120mm)，这种结构设计会导致建筑围护结构内表面温度最高温度比当地计算温度最高值高1-3℃，这种建筑比国家热工标准建筑每平方米蓄热量增加0.84×0.2×2500×(1-3)＝0.12-0.35kwh，100平方米居室，按65平方米外墙面积计算，再去掉30％的窗户，每天将因为围护墙体蓄热而多形成5-16kwh能耗。尤其昼夜温差比较大的地区，建筑墙体昼夜温度变化形成的蓄热量，比墙体一昼夜的传热能耗还大。如果忽略建筑围护结构墙体本身蓄热变化对围护结构传热所形成的影响，依建筑能耗模拟计算会给实际建筑节能设计造成巨大能耗损失。