关键词:
超低能耗建筑
建筑节能
热桥
热工性能
经济性
碳减排
摘要:
能源短缺,环境污染是我国面临的严峻问题。目前我国能源消耗的三巨头为:交通,建筑,工业,而建筑全生命能源消耗占我国能源消耗总量的45%,高于全球平均水平,碳排放量占全国排放总量的50.6%。河北省2022的《河北省超低能耗居住建筑节能设计标准》提出建筑节能83%以上,亟需进一步加强围护结构热工性能优化研究。
本文在分析国家以及各地区对建筑节能要求的基础上,对石家庄市超低能耗示范建筑围护结构进行热工性能以及自然室温的测试,通过数值模拟研究了示范建筑典型建筑热桥的结露和漏热,提出了热桥保温的取值范围;并再此基础上通过De ST数值模拟研究了围护结构对超低能耗建筑能耗的影响,并基于经济性和碳排放分析建立了模型,得出超低能耗建筑以及老旧建筑改造为超低能耗建筑的最优围护结构方案,主要结论如下:
本文以石家庄市超低能耗示范居住建筑为研究对象,首先总结了超低能耗建筑的施工工艺以及围护结构参数做法等,为后续研究提供基础。
对示范建筑的围护结构热工性能,自然室温以及外窗气密性进行了测试,发现阳台门联窗热桥点结构中中冬季墙体最小温度在15℃以上,大于冬季供暖18℃时相对湿度60%时的发霉温度,与室内温差较小,具有优秀的热工性能;利用压差法发现外窗单位面积渗透量为正压0.9m/(m·h),负压1m/(m·h);夏季纯封闭情况下,室内温度可以在白天最高温度36℃的情况下保持在28℃以下,室内温度波动不超过2℃;冬季纯被动状态下,房间室内温度全天维持在14℃以上,朝阳房间最高温度达15.9℃,证明施工工艺的有效性以及优秀的围护结构热工性能有助于提升室内舒适性,降低建筑能耗。
之后运用ANSYS对超低能耗示范居住建筑的典型热桥进行了数值数值模拟,研究各热桥节点保温最佳取值范围;发现虽然示范建筑热桥节点有效降低了表面平均热流密度,避免了建筑发霉结露但建筑存在过度保温;出屋面管道保温厚度为50mm,阳台门联窗保温厚度为220mm,屋面女儿墙保温层厚度为80mm时,此时三处热桥平均热流密度较示范建筑≤0.05W/m·K,即认为可取得相同效果。
基于以上研究通过De ST建立了示范建筑能耗模型,通过能耗结合经济性与碳排放研究了五种保温材料,发现外墙传热系数不宜小于0.23W/m·K,屋面传热系数不宜小于0.15W/m·K,5种保温材料中XPS板是最经济性保温材料;通过经济性分析发现示范建筑最优经济性方案全生命周期总费用比示范建筑节省了335570元;PUR是碳排放最低的材料,最低碳排放量方案碳排放量比示范建筑减少20837kg,减排率达到1.63%。
基于以上研究建立了老旧小区改造为超低能耗建筑的模型,并建立了400种组合方案,发现最优经济性组合的全生命周期采暖以及改造的总费用为2090174元,比改造前节省了5776168元;碳排放最低组合总碳排放量为553260kg比老旧建筑降低了18071322kg,减排率为97.31%。