1．住宅節(jié)能的評(píng)價(jià)歷史
就我國(guó)而言，由于熱工測(cè)試手段和計(jì)算方法的限制，盡管有了一個(gè)住宅節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)實(shí)際住宅節(jié)能的評(píng)價(jià)很大程度上偏離了住宅的實(shí)際情況。作為設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)，節(jié)能住宅按照住宅節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)程設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)由所采用的建筑材料在“標(biāo)準(zhǔn)”附錄上所列出的熱性能資料計(jì)算，或者所采用的建筑材料通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試值來(lái)推算結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。事實(shí)上，“標(biāo)準(zhǔn)”附錄上的材料性能只能作為參考，與現(xiàn)今采用的許多新型材料性能有一定差距，特別對(duì)于超輕材料，不同密度其導(dǎo)熱系數(shù)可相差幾倍。實(shí)驗(yàn)室做出的導(dǎo)熱系數(shù)值是在完全干燥的情況下的試驗(yàn)值，建筑材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中可能的含水狀態(tài)也相差很遠(yuǎn)。因此說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的熱性能應(yīng)該以實(shí)際測(cè)試的值為準(zhǔn)。
以前的建筑熱工測(cè)試，只測(cè)試建筑壁體的傳熱熱流和溫度，然后取平均值代入公式得出熱阻。測(cè)試時(shí)間只取晚上的幾個(gè)小時(shí)。這種測(cè)試數(shù)據(jù)往往離散性很大，特別是熱流值。由于熱流計(jì)的誤差達(dá)10%，熱流值和熱阻成反比，當(dāng)室內(nèi)開門、有人走動(dòng)或暖氣開放時(shí)熱流計(jì)讀數(shù)相應(yīng)溫度值來(lái)說(shuō)變化很大。也就是說(shuō)，室內(nèi)溫度或結(jié)構(gòu)表面溫度相對(duì)熱流來(lái)說(shuō)反應(yīng)很慢，這種反應(yīng)要在幾個(gè)小時(shí)之后才能看到，這就是房間對(duì)熱的蓄熱放熱過(guò)程。因此，在比較短的時(shí)間里取熱流的平均值，其可靠性很小，多次熱工測(cè)試結(jié)果的事實(shí)已發(fā)現(xiàn)熱流值的出入很大，直接影響熱阻的計(jì)算值。
2．對(duì)建筑節(jié)能評(píng)價(jià)的依據(jù)
建筑能耗，是熱量通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞，這種傳遞和空氣的流通過(guò)程完全不一樣。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和房間內(nèi)的家具等都是熱的容器，能夠存儲(chǔ)和釋放較大的能量。當(dāng)室內(nèi)有一溫度擾量時(shí)，并不是直接通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而是先存儲(chǔ)起來(lái)，然后逐步釋放，整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱過(guò)程，就是許多擾量疊加的結(jié)果。根據(jù)這一現(xiàn)象，說(shuō)明建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在著一個(gè)和外界環(huán)境無(wú)關(guān)的僅取決于自身的熱性能，就如同電容的電性能一樣，電容的大小和電壓無(wú)關(guān)。這個(gè)性能就是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)。
在外界環(huán)境的影響下，熱量通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程必然受到圍護(hù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)系數(shù)的作用，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)熱流和溫度的測(cè)試，采用動(dòng)態(tài)的計(jì)算分析方法，就可以找出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)。
然后，反過(guò)來(lái)，通過(guò)反應(yīng)系數(shù)和所測(cè)得溫度和熱流的邊界條件，就可以說(shuō)明在任何時(shí)候，熱量通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程狀況。
3．評(píng)價(jià)方法
通過(guò)動(dòng)態(tài)的測(cè)試和計(jì)算所得到的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)，就可以按“標(biāo)準(zhǔn)”所給定的邊界條件，即室內(nèi)外計(jì)算溫度，計(jì)算各部位的傳熱系數(shù)。將每個(gè)部位的傳熱系數(shù)與“標(biāo)準(zhǔn)”所限定值或建議值進(jìn)行比較，能夠得出該部位傳熱系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況。計(jì)算得到的傳熱系數(shù)和傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位的傳熱系數(shù)比較，可以得出節(jié)能率。
在墻體、屋面、門、窗的傳熱量得出后按傳熱面積進(jìn)行加權(quán)系數(shù)計(jì)算，可以得出住宅的平均傳熱系數(shù)和單位面積的耗熱量。
應(yīng)計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性能指標(biāo)和熱惰性能指標(biāo)，可以判定節(jié)能住宅在室外環(huán)境溫度波動(dòng)下，室內(nèi)溫度是否穩(wěn)定。
應(yīng)計(jì)算出了露點(diǎn)溫度值和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的最低值，用以判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面是否有結(jié)露的可能。
通過(guò)對(duì)特殊結(jié)構(gòu)部位的測(cè)試和計(jì)算，可以判斷節(jié)能薄弱部位的傳熱狀況。
通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)的擬合，可以發(fā)現(xiàn)，可能存在的保溫材料保溫性能的變化情況。
熱負(fù)荷計(jì)算程序，不僅得出建筑各部分的熱狀況，還能夠給出在保持一定的室內(nèi)溫濕度條件下，所需要的供熱量，以及供熱的時(shí)間。需要說(shuō)明的是，在某一時(shí)刻，供熱量不等于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，這對(duì)于穩(wěn)定室內(nèi)溫度，節(jié)約供熱量具有重要的意義。
4．雙層玻璃窗測(cè)試實(shí)例計(jì)算對(duì)比
測(cè)試項(xiàng)目：大慶市明園小區(qū)③5-2住宅樓編號(hào)：95-01
外溫度 外表溫度 內(nèi)表溫度 室內(nèi)溫度 內(nèi)表熱流
-12.03 -5.05 16.18 21.61 -80.35
平均 -16.89 -10.76 11.03 20.49 -125.17
最低 -21.43 -15.42 8.08 18.32 -178.52
4.1動(dòng)態(tài)法熱阻計(jì)算
露點(diǎn)溫度12.0
熱穩(wěn)定性系數(shù)：3.01
內(nèi)表面換熱、3mm玻璃、空氣層、3mm玻璃、外表面換熱的結(jié)構(gòu)各層材料熱阻分別為：0.0760、0.004、0.19、0.004、0.04m2·k/W
誤差=-0.36
二等邊傳反應(yīng)系數(shù) 2.6564520.5292570.0000720.000309
二等邊吸熱反應(yīng)系數(shù) 4.205579-1.019699-0.0000980.000830
熱惰性指標(biāo)D值為0.094
經(jīng)實(shí)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算熱阻為0.31m2k/W
4.2穩(wěn)態(tài)法計(jì)算熱阻=0.33m2wk/W
4.3設(shè)計(jì)熱阻為0.31m2wk/W
5．結(jié)論
住宅節(jié)能情況應(yīng)該在連續(xù)實(shí)際熱工測(cè)試的基礎(chǔ)上，首先計(jì)算出住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的傳熱反應(yīng)系數(shù)，然后計(jì)算該部分的傳熱系數(shù)。得到的傳熱系數(shù)不能低于“標(biāo)準(zhǔn)”限定值。
住宅節(jié)能不僅是傳熱系數(shù)的比較和限定，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能也應(yīng)該進(jìn)行比較和限定。
節(jié)能住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的溫度，不能低于露點(diǎn)溫度。
節(jié)能住宅所采用的保溫材料的保溫性能不能在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中失效或有較大的降低。
節(jié)能住宅的特殊構(gòu)造部位的傳熱系數(shù)，不能低于“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的最低要求。
就我國(guó)而言，由于熱工測(cè)試手段和計(jì)算方法的限制，盡管有了一個(gè)住宅節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)實(shí)際住宅節(jié)能的評(píng)價(jià)很大程度上偏離了住宅的實(shí)際情況。作為設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)，節(jié)能住宅按照住宅節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)程設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)由所采用的建筑材料在“標(biāo)準(zhǔn)”附錄上所列出的熱性能資料計(jì)算，或者所采用的建筑材料通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試值來(lái)推算結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。事實(shí)上，“標(biāo)準(zhǔn)”附錄上的材料性能只能作為參考，與現(xiàn)今采用的許多新型材料性能有一定差距，特別對(duì)于超輕材料，不同密度其導(dǎo)熱系數(shù)可相差幾倍。實(shí)驗(yàn)室做出的導(dǎo)熱系數(shù)值是在完全干燥的情況下的試驗(yàn)值，建筑材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中可能的含水狀態(tài)也相差很遠(yuǎn)。因此說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的熱性能應(yīng)該以實(shí)際測(cè)試的值為準(zhǔn)。
以前的建筑熱工測(cè)試，只測(cè)試建筑壁體的傳熱熱流和溫度，然后取平均值代入公式得出熱阻。測(cè)試時(shí)間只取晚上的幾個(gè)小時(shí)。這種測(cè)試數(shù)據(jù)往往離散性很大，特別是熱流值。由于熱流計(jì)的誤差達(dá)10%，熱流值和熱阻成反比，當(dāng)室內(nèi)開門、有人走動(dòng)或暖氣開放時(shí)熱流計(jì)讀數(shù)相應(yīng)溫度值來(lái)說(shuō)變化很大。也就是說(shuō)，室內(nèi)溫度或結(jié)構(gòu)表面溫度相對(duì)熱流來(lái)說(shuō)反應(yīng)很慢，這種反應(yīng)要在幾個(gè)小時(shí)之后才能看到，這就是房間對(duì)熱的蓄熱放熱過(guò)程。因此，在比較短的時(shí)間里取熱流的平均值，其可靠性很小，多次熱工測(cè)試結(jié)果的事實(shí)已發(fā)現(xiàn)熱流值的出入很大，直接影響熱阻的計(jì)算值。
2．對(duì)建筑節(jié)能評(píng)價(jià)的依據(jù)
建筑能耗，是熱量通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞，這種傳遞和空氣的流通過(guò)程完全不一樣。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和房間內(nèi)的家具等都是熱的容器，能夠存儲(chǔ)和釋放較大的能量。當(dāng)室內(nèi)有一溫度擾量時(shí)，并不是直接通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而是先存儲(chǔ)起來(lái)，然后逐步釋放，整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱過(guò)程，就是許多擾量疊加的結(jié)果。根據(jù)這一現(xiàn)象，說(shuō)明建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在著一個(gè)和外界環(huán)境無(wú)關(guān)的僅取決于自身的熱性能，就如同電容的電性能一樣，電容的大小和電壓無(wú)關(guān)。這個(gè)性能就是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)。
在外界環(huán)境的影響下，熱量通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程必然受到圍護(hù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)系數(shù)的作用，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)熱流和溫度的測(cè)試，采用動(dòng)態(tài)的計(jì)算分析方法，就可以找出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)。
然后，反過(guò)來(lái)，通過(guò)反應(yīng)系數(shù)和所測(cè)得溫度和熱流的邊界條件，就可以說(shuō)明在任何時(shí)候，熱量通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程狀況。
3．評(píng)價(jià)方法
通過(guò)動(dòng)態(tài)的測(cè)試和計(jì)算所得到的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)系數(shù)，就可以按“標(biāo)準(zhǔn)”所給定的邊界條件，即室內(nèi)外計(jì)算溫度，計(jì)算各部位的傳熱系數(shù)。將每個(gè)部位的傳熱系數(shù)與“標(biāo)準(zhǔn)”所限定值或建議值進(jìn)行比較，能夠得出該部位傳熱系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況。計(jì)算得到的傳熱系數(shù)和傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位的傳熱系數(shù)比較，可以得出節(jié)能率。
在墻體、屋面、門、窗的傳熱量得出后按傳熱面積進(jìn)行加權(quán)系數(shù)計(jì)算，可以得出住宅的平均傳熱系數(shù)和單位面積的耗熱量。
應(yīng)計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性能指標(biāo)和熱惰性能指標(biāo)，可以判定節(jié)能住宅在室外環(huán)境溫度波動(dòng)下，室內(nèi)溫度是否穩(wěn)定。
應(yīng)計(jì)算出了露點(diǎn)溫度值和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的最低值，用以判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面是否有結(jié)露的可能。
通過(guò)對(duì)特殊結(jié)構(gòu)部位的測(cè)試和計(jì)算，可以判斷節(jié)能薄弱部位的傳熱狀況。
通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)的擬合，可以發(fā)現(xiàn)，可能存在的保溫材料保溫性能的變化情況。
熱負(fù)荷計(jì)算程序，不僅得出建筑各部分的熱狀況，還能夠給出在保持一定的室內(nèi)溫濕度條件下，所需要的供熱量，以及供熱的時(shí)間。需要說(shuō)明的是，在某一時(shí)刻，供熱量不等于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，這對(duì)于穩(wěn)定室內(nèi)溫度，節(jié)約供熱量具有重要的意義。
4．雙層玻璃窗測(cè)試實(shí)例計(jì)算對(duì)比
測(cè)試項(xiàng)目：大慶市明園小區(qū)③5-2住宅樓編號(hào)：95-01
外溫度 外表溫度 內(nèi)表溫度 室內(nèi)溫度 內(nèi)表熱流
-12.03 -5.05 16.18 21.61 -80.35
平均 -16.89 -10.76 11.03 20.49 -125.17
最低 -21.43 -15.42 8.08 18.32 -178.52
4.1動(dòng)態(tài)法熱阻計(jì)算
露點(diǎn)溫度12.0
熱穩(wěn)定性系數(shù)：3.01
內(nèi)表面換熱、3mm玻璃、空氣層、3mm玻璃、外表面換熱的結(jié)構(gòu)各層材料熱阻分別為：0.0760、0.004、0.19、0.004、0.04m2·k/W
誤差=-0.36
二等邊傳反應(yīng)系數(shù) 2.6564520.5292570.0000720.000309
二等邊吸熱反應(yīng)系數(shù) 4.205579-1.019699-0.0000980.000830
熱惰性指標(biāo)D值為0.094
經(jīng)實(shí)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算熱阻為0.31m2k/W
4.2穩(wěn)態(tài)法計(jì)算熱阻=0.33m2wk/W
4.3設(shè)計(jì)熱阻為0.31m2wk/W
5．結(jié)論
住宅節(jié)能情況應(yīng)該在連續(xù)實(shí)際熱工測(cè)試的基礎(chǔ)上，首先計(jì)算出住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的傳熱反應(yīng)系數(shù)，然后計(jì)算該部分的傳熱系數(shù)。得到的傳熱系數(shù)不能低于“標(biāo)準(zhǔn)”限定值。
住宅節(jié)能不僅是傳熱系數(shù)的比較和限定，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能也應(yīng)該進(jìn)行比較和限定。
節(jié)能住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的溫度，不能低于露點(diǎn)溫度。
節(jié)能住宅所采用的保溫材料的保溫性能不能在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中失效或有較大的降低。
節(jié)能住宅的特殊構(gòu)造部位的傳熱系數(shù)，不能低于“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的最低要求。