導(dǎo)語：空調(diào)負(fù)荷影響分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，并不只是一個單純的熱阻問題，而是一個有著蓄熱功能的被動熱源體。因此對不同氣候條件、不同的使用時段、不同空調(diào)方式的建筑，有著同樣熱阻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如果隔熱層的位置不同，其對室內(nèi)空氣的作用效果是不同的。本文以夏熱冬暖地區(qū)為主要對象，分析了隔熱層在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同位置時對室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷及室內(nèi)熱穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)負(fù)荷熱穩(wěn)定性

近年來，為了降低建筑的空調(diào)負(fù)荷，實現(xiàn)建筑節(jié)能，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外隔熱和內(nèi)隔熱技術(shù)發(fā)展很迅速，并得到了大面積的應(yīng)用和推廣。其主要原理是加大了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻，從而降低了圍護(hù)結(jié)構(gòu)因傳熱得熱引起的空調(diào)冷負(fù)荷。但我們知道，室外氣象參數(shù)是周期性變化的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱并不是一個穩(wěn)態(tài)過程，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)也并不僅僅是一個簡單的純熱阻，因其有著蓄熱功能，故在傳熱過程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于是一個被動熱源體，影響室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變化，同時也影響著房間的熱穩(wěn)定性。例如對于有著相同熱阻的墻體，材料及厚度均相同，但其組合位置不同時，對室內(nèi)空氣的影響作用是不同的。在實際工程中，具體采用什么樣的組合方式，應(yīng)該根據(jù)實際的氣候特征、建筑物的使用時段和空調(diào)方式而定，不能簡單武斷地認(rèn)定外隔熱一定比內(nèi)隔熱好，或內(nèi)隔熱一定比外隔熱好。

1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的材料不同，加內(nèi)隔熱和外隔熱后的效果不同

在對主體結(jié)構(gòu)分別為輕質(zhì)材料和重質(zhì)材料的墻體分別加內(nèi)隔熱層和外隔熱層后，其對室內(nèi)空氣的熱穩(wěn)定性作用效果是不同的，同時也影響了空調(diào)負(fù)荷。本文以廣州地區(qū)為例，選用六種不同材料和結(jié)構(gòu)的典型墻體，對其熱工性能進(jìn)行了計算，墻體材料的熱工性能見表1，墻體組成見表2。第一種墻體結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)材料內(nèi)隔熱；第二種為輕質(zhì)材料外隔熱；第三種為重質(zhì)材料外隔熱；第四種為重質(zhì)材料內(nèi)隔熱；第五種為輕質(zhì)材料不加隔熱層結(jié)構(gòu)；第六種為重質(zhì)材料不加隔熱層結(jié)構(gòu)。在太陽輻射過程中，西曬得熱最大，很多情況下最關(guān)心的也是西側(cè)墻體的內(nèi)表面溫度是否高于可以接受的舒適性溫度，所以在計算中以西墻為例。

表1計算中用到的墻體材料的熱工性能材料

厚度δ[mm]

蓄熱系數(shù)S

[W/(m2.℃)]

材料熱阻R[(m2.℃)/W]

導(dǎo)熱系數(shù)λ

[W/(m2.℃)]

熱惰性指標(biāo)D

密度ρ(kg/m3)

比熱容c

(kJ/kg.℃)

聚苯乙烯

30

0.34

1.11

0.027

0.38

30

2.00

泡沫混凝土

200

1.07

2.60

0.077

2.78

232

0.88

鋼筋混凝土

200

14.95

0.13

1.54

1.94

2400

0.84

石灰沙漿

20

8.9

0.02

0.93

0.19

1600

0.84

表2墻體結(jié)構(gòu)及其隔熱層

為了考究圍護(hù)結(jié)構(gòu)對室內(nèi)空氣熱穩(wěn)定性的影響，在這里引入圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性度時數(shù)的概念：，—室外綜合溫度波傳到室內(nèi)時的平均溫度，—室外綜合溫度波傳到室內(nèi)時各時刻的溫度，則即為綜合溫度傳到室內(nèi)時各時刻的波動幅度大小，為計算時間間隔，計算中取1小時，這樣我們就可以得到墻體在一個周期（24h）內(nèi)的熱穩(wěn)定性度時數(shù)（DH）。熱穩(wěn)定性度時數(shù)反應(yīng)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)對室內(nèi)熱穩(wěn)定性的影響，熱穩(wěn)定性度時數(shù)（DH）越小，說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)對室內(nèi)的熱穩(wěn)定性越有利。對以上列出的六種墻體的穩(wěn)定性度時數(shù)計算結(jié)果見表3。

墻體的熱穩(wěn)定性度時數(shù)雖然可以反應(yīng)出其對室內(nèi)熱穩(wěn)定性的影響，但并不能直觀的反應(yīng)出其對空調(diào)能耗的影響，為此我們同樣引入了墻體反應(yīng)系數(shù)的概念，定義墻體的反應(yīng)系數(shù)為：，其中DH與上面的意義相同，為一個計算周期（24h）內(nèi)墻體傳熱引起的空調(diào)負(fù)荷累加值，，為室外綜合溫度逐時值，為室內(nèi)設(shè)計溫度（即為舒適性溫度，這里設(shè)為26℃），R0為墻體的總傳熱熱阻，為計算時間間隔，計算中取1小時。墻體的反應(yīng)系數(shù)綜合反映了墻體對室內(nèi)熱穩(wěn)定性和空調(diào)能耗的影響。墻體的反應(yīng)系數(shù)越高，表示房間的熱穩(wěn)定性越差，空調(diào)因墻體傳熱得熱引起的冷負(fù)荷越大，反之反應(yīng)系數(shù)越低，說明熱穩(wěn)定性越好，空調(diào)能耗也越小。表3是對以上提到的六種不同結(jié)構(gòu)墻體的反應(yīng)系數(shù)的計算結(jié)果。

表4廣州地區(qū)西墻幾種不同結(jié)構(gòu)墻體的反應(yīng)系數(shù)和度時數(shù)計算值結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)1

結(jié)構(gòu)2

結(jié)構(gòu)3

結(jié)構(gòu)4

結(jié)構(gòu)5

結(jié)構(gòu)6

度時數(shù)（DH）

2.90

2.62

3.35

4.66

4.97

27.53

墻體反應(yīng)系（BER）

170.5

154.1

536.6

746.5

405.6

18476.0

把上面計算得出的各種不同結(jié)構(gòu)墻體的熱穩(wěn)定性度時數(shù)（DH）進(jìn)行比較：，，且接近于，說明采取隔熱措施后可以提高房間的熱穩(wěn)定性，用同樣的隔熱材料采用外隔熱比內(nèi)隔熱好，更有利于提高房間的熱穩(wěn)定性，對于主體結(jié)構(gòu)為重質(zhì)材料的墻體來說，隔熱的效果更好。把各種墻體的反應(yīng)系數(shù)（BER）作比較，可以看出在6種墻體中，墻體2的反應(yīng)系數(shù)（BER2）最小，為154.1，墻體6的反應(yīng)系數(shù)（BER6）最大，高達(dá)18476.0，說明墻體2對室內(nèi)的熱穩(wěn)定性好，且因圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的空調(diào)負(fù)荷小，墻體6的熱穩(wěn)定性差，且因圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的空調(diào)負(fù)荷大。BER1=170.5與BER2=154.1接近，都小于BER5=405.6；BER3=536.6小于BER4=746.5，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于BER6，說明加隔熱層可以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，同時有利于降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)因傳熱引起的空調(diào)負(fù)荷，且外隔熱的效果較內(nèi)隔熱更好，但主體結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)材料的墻體加隔熱層后沒有主體結(jié)構(gòu)重質(zhì)材料的墻體起到的效果那樣顯著。

從上面的分析可以看出，對于連續(xù)運(yùn)行的空調(diào)房間來說，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)為重質(zhì)材料的墻體時，加隔熱層可以使房間的熱穩(wěn)定性明顯提高，空調(diào)因墻體傳熱得熱引起的能耗會減小，但當(dāng)主體結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)材料的墻體時，加隔熱層對提高室內(nèi)熱穩(wěn)定性的效果不是很明顯。總的來說，加隔熱層有利于提高房間的熱穩(wěn)定性和降低因圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的空調(diào)冷負(fù)荷，外隔熱較內(nèi)隔熱更有利于提高室內(nèi)的熱穩(wěn)定性。

2.隔熱形式的選擇與房間的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)

對于外隔熱墻體，如果室內(nèi)側(cè)為體積熱容量較大的承重結(jié)構(gòu)，材料蓄熱系數(shù)大，所以內(nèi)表面溫度波動小，對室溫調(diào)節(jié)避免聚冷聚熱有好處，適用于經(jīng)常使用的房間，但對于一天只有短時間使用的房間，如體育館、劇院、使用頻率比較低的會議室等，在每次使用前臨時降溫，要求室溫能盡快達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)，這時內(nèi)隔熱便比較有利。所以對于間歇使用的空調(diào)房間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能對房間的熱穩(wěn)定性和空調(diào)能耗是起負(fù)面作用的，這種情況下，宜采用內(nèi)隔熱，即使采用外隔熱，主體結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)也宜使用熱容量小的輕質(zhì)材料。因為當(dāng)長時間不用的房間在啟用時，房間的空調(diào)冷負(fù)荷：Q=圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷+室內(nèi)人員及設(shè)備的散熱負(fù)荷+圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱負(fù)荷+新風(fēng)負(fù)荷。采用內(nèi)隔熱，一方面可以加大墻體的傳熱熱阻，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷，另一方面，因為隔熱層在內(nèi)側(cè)，對室內(nèi)的冷量起阻隔作用，減小了因墻體蓄熱帶來的短時間內(nèi)的空調(diào)冷負(fù)荷，從而降低了使用時段內(nèi)的空調(diào)能耗。據(jù)有關(guān)實驗表明[1]：對長期處于自然條件下隔熱層處于不同位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的房間進(jìn)行瞬時初加熱，加熱熱源為散熱器（內(nèi)壁熱媒水溫為定值）和輔助加熱源（電加熱器）。在計算中同樣引入了熱穩(wěn)定性度時數(shù)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)，其定義為：熱穩(wěn)定度時數(shù)，，其中表示熱舒適溫度(20°C)，為室內(nèi)逐時溫度，為計算時間間隔，加熱周期為一天，這個數(shù)據(jù)顯示了在定義的一個周期內(nèi)室內(nèi)空氣溫度與舒適性溫度的差值；定義在加熱日建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)為：，其中代表在加熱日總的加熱量。實驗結(jié)果表明：隔熱層在內(nèi)部時，房間空氣達(dá)到舒適性溫度的時間最短，并且在電加熱器關(guān)閉后很長一段時間內(nèi)室內(nèi)氣溫比較穩(wěn)定；熱穩(wěn)定性度時數(shù)（DH）最低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)（BER）也最小，說明間歇運(yùn)行的空調(diào)房間，內(nèi)隔熱更有利于室內(nèi)的熱穩(wěn)定性，空調(diào)的負(fù)荷也會得到降低，有利于節(jié)能。

對于空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)工作的房間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)大，對室內(nèi)溫度變化的抑制能力就強(qiáng)，有利于房間的熱舒適性。此種情況下，墻體宜采用外隔熱，這樣熱容量大的墻體位于室內(nèi)側(cè)，熱容量小的隔熱材料位于室外側(cè)。由于隔熱層位于外側(cè)，主體材料的溫度與室內(nèi)空氣溫度接近，這就意味著當(dāng)負(fù)荷不均衡時，可保證室內(nèi)側(cè)的墻體表面溫度不急劇波動，蓄熱層吸熱或放出能量，朝有利于室內(nèi)溫度保持穩(wěn)定的方向變化。通過表3的計算結(jié)果也可以看出，對于連續(xù)運(yùn)行的空調(diào)房間，外隔熱墻體的熱穩(wěn)定性度時數(shù)（DH）低，墻體的反應(yīng)系數(shù)（BER）也小，說明外隔熱更有利于室內(nèi)空氣的熱穩(wěn)定性，如果可以合理利用夜間通風(fēng)降溫，讓主體結(jié)構(gòu)白天吸熱升溫，夜間放熱降溫，更有利于降低空調(diào)能耗。

3.墻體材料及隔熱形式的選擇與房間的使用時段有關(guān)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)不同時，延遲時間就不同，在設(shè)計時，我們可以通過合理設(shè)計墻體的結(jié)構(gòu)，控制墻體的溫度波延遲時間，讓溫度波低谷部分傳到室內(nèi)時，房間處于使用時段，當(dāng)室內(nèi)壁溫度處于高谷時，房間處于間歇時段。比如對于中小學(xué)校，房間主要是白天使用，而室外綜合溫度最高值一般出現(xiàn)在下午2：00~4：00點，如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)的延遲時間可以達(dá)到6小時，那么其室內(nèi)溫度高峰期就會出現(xiàn)在晚上8：00~10：00，這樣教室在白天的使用時段內(nèi)，房間的溫度就不會太高；再如對于一些居住建筑，一般晚上7：00以后有人在，那么圍護(hù)結(jié)構(gòu)的延遲時間就應(yīng)該小一些，如果延遲時間小于3小時，室內(nèi)溫度高峰期就會出現(xiàn)在晚上5：00~7：00以前，這樣房間在使用時段內(nèi)7：00以后就可以避免室內(nèi)溫度太高。

另外，對于完全靠自然通風(fēng)調(diào)節(jié)的房間，如果使用時段在白天，總的來說，宜使用重質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣可以增強(qiáng)室內(nèi)空氣的穩(wěn)定性。對于使用時段主要在夜間的房間（如居民住宅），隔熱層宜布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。由于絕熱材料在內(nèi)側(cè)，晚間室外溫度低于室內(nèi)溫度，室外空氣進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)空氣溫度下降，墻體內(nèi)表面的溫度迅速下降。如果蓄熱材料在內(nèi)側(cè)，由于白天房間沒有空調(diào)，室內(nèi)溫度偏高，主體材料溫度也高，夜間即使開窗通風(fēng)調(diào)節(jié)，墻體的溫度也不會迅速下降。

4.圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料及隔熱形式的選擇與氣候特征有關(guān)

對于夏熱冬冷地區(qū)，在夏季，氣溫的日較差很大，白天溫度太高，夜間溫度太低，這種情況下，使用重質(zhì)結(jié)構(gòu)的墻體加外隔熱，不僅可以提高室內(nèi)的熱穩(wěn)定性，而且如果在夜間自然通風(fēng)利用的好，還可以使空調(diào)的能耗得到明顯的降低，但對于夏熱冬暖地區(qū)來說，氣溫的日較差比較小，夜間室外溫度與內(nèi)側(cè)墻體溫度差別不大，所以這種靠夜間自然通風(fēng)來進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)的效果就不是很明顯，對節(jié)能來說意義不大。

5.結(jié)論

圍護(hù)結(jié)構(gòu)在傳熱過程中，墻體是一個被動熱源體，對室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷起著調(diào)節(jié)作用，同時也影響了房間的熱舒適性。這種調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)弱主要是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料和隔熱層的位置決定的,在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的氣候特點、室內(nèi)熱環(huán)境的要求和具體的使用時段等實際情況來考慮這一問題。合理的設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅可以提高室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定性，而且會大大降低建筑的空調(diào)能耗。

參考資料

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