某典型无隔热层住宅屋面热工性能测试分析

崔江玲　杨晚生

(1．山西汾西矿业集团公司基建处，山西介休　032000;　2．广东工业大学，广东广州　510000)



某典型无隔热层住宅屋面热工性能测试分析

崔江玲1杨晚生2

(1．山西汾西矿业集团公司基建处，山西介休032000;2．广东工业大学，广东广州510000)

摘要:在试验测试的基础上，结合相关热工理论，对某典型无隔热层屋面的热工性能参数进行了计算分析，获得了该典型无隔热层住宅屋面的热工性能参数，为正确评价该典型无隔热层住宅屋面的热传热特性和节能改造提供了计算依据。

关键词:住宅，无隔热层，屋面，热工性能

1　基本情况

建筑屋面是建筑围护结构的主要隔热部位，也是实现建筑节能的重点控制环节。我国修建于20世纪80年代的大部分住宅由于建筑隔热材料发展的局限性大部分均未设置隔热层，其屋面传热系数远大于现有标准规范规定值［1］。本文选取该类典型住宅的屋面结合试验测试对其热工性能进行分析，目的在于获得其热工性能参数，为评价和改造此类建筑屋面提供基本依据。

测试建筑为80年代建造的一座租用住宅，共3层，外墙体为粘土实心砖，外表面贴白色瓷砖，内墙砂浆加904，建筑层高3．0 m;窗户为绿色普通玻璃，铝合金窗框。其屋面构造见图1，屋面各构造层材料的热工性能参数见表1。

图1　测试屋面构造图

表1　测试屋面各材料热工性能参数

2　屋面热工参数计算分析

2．1屋面传热系数和热阻计算分析

屋面传热系数是围护结构传热的评价特性参数，其值为通过围护结构的热流密度与围护结构两侧的空气温差的比值。在选取计算围护结构的传热系数时，一般以围护结构的内、外表面温度为基础，在求得围护结构的实体热阻后，再加上规范规定的内、外表面换热热阻即可得到围护结构的总热阻和传热系数。屋面传热系数的计算公式如下［2］:

式中:Rin，Re——内、外表面的换热热阻，(m2·K)/W;

Ri——第i层围护结构的传热热阻，

δi——围护结构各层厚度，m;

λi——围护结构各层的导热系数，W/(m·K)。

根据建筑热工设计手册［2］得围护结构各层材料热工性能参数，即可依靠上述公式计算出该屋面的传热系数和热阻(如表2所示)。

2．2内、外表面蓄热系数的计算分析

蓄热系数是指表面上的热流波幅与表面温度波幅之比，它表示材料蓄热能力的大小，用S表示，单位为W/(m2·K)。蓄热系数越大，则材料的热稳定性就好，材料表面的温度波幅就小;蓄热系数越小，则材料的热稳定性差，材料表面的温度波幅大。根据文献［3］材料蓄热系数的定义式为:

式中:λ——材料的导热系数，W/(m·K);

c——材料的比热，J/(kg·K);

ρ——材料的密度，kg/m3。

对于建筑因气候的日周期T=24×3 600 s，所以建筑热工计算中常用的蓄热系数表示为式(3)(一般空气间层的蓄热系数可以看作为0)。

式(3)中各符号含义见式(2)。屋面各层材料的热阻及热惰性指标计算见表2。

表2　测试屋面各材料热阻及热惰性指标

2．3屋面衰减倍数和延迟时间的计算分析

室外空气温度波传到围护结构内表面，要经历外表面空气边界层和各层材料层(包括空气间层)的振幅衰减和时间延迟过程。其屋面多层结构的衰减倍数vo根据文献［4］可由式(4)进行计算:

式中:vo——衰减倍数;

D——热惰性指标;

Si——各材料蓄热系数;

Yi，e——各材料外表面蓄热系数;

αi，αe——屋面内外对流换热系数。

屋面延迟时间ξ0可由式(5)进行计算［4］:

式(5)中各符号含义见式(4)。

2．4室外综合温度的计算分析

取室外空气对流换热系数αe=19．0 W/(m2·K)屋顶表面为旧的水泥黑色屋面，根据文献［5］对太阳辐射的热吸收率αs= 0．74，测试期间太阳辐射强度平均值，测试期间太阳辐射强度最大值Imax=730．0 W/m2，最大值出现时刻为11:30，室外空气温度平均值珋t=33．8℃，室外空气温度最大值tmax= 38．4℃，出现时刻为14:00，则室外平均综合温度可由式(6)进行计算:

当量温度波幅可由式(7)进行计算:

综合温度最大值出现的时间为:

2．5屋面内表面最高温度θi，max的计算

处于自然通风状态下的屋面，承受室外综合温度和室内气温的双向谐波作用，其温度由两个谐波分别作用叠加而成，即:

Aif——内表面温度振幅，℃;

Aif，e——室外谐波引起的内表面温度振幅，℃;

Aif，i——室内谐波引起的内表面温度振幅，℃;

β——时差修正系数。

3　测试结果分析

根据试验测试结果，该住宅在典型夏季(7月～8月)气候条件下室内外气象测试结果见表3和表4。

表3　住宅室外热环境参数测试结果(7月～8月)

表4　住宅室内热环境参数测试结果(7月～8月)

通过上述试验测试数据并结合上述热工计算理论，获得该住宅屋面各热工参数测试结果，见表5。

表5　屋面各热工性能参数值

通过以上计算和测试结果分析，可以得出以下一些结论:

1)该典型屋面的传热系数为现行规范规定的3．25倍，建筑屋面的传热系数偏大，不符合节能建筑的要求，隔热效果非常不好。

2)屋面内表面最高温度比标准规定允许室外最高温度te，max= 35．2℃高约20%，不符合标准规范设计要求。

3)本屋面热惰性指标D=1．73＜2．5，反映出该屋顶抵抗温度波动的能力较小。

4)室外综合温度最大值出现的时间为14．4，而屋顶内表面温度最大值出现的时间为18．9，后者较前者延迟约4．5 h。

5)室外平均综合温度较屋顶内表面平均温度波幅衰减约28．9℃，反映出该屋面对温度波具有一定的衰减特性，但不能满足节能要求。

参考文献:

［1］ 杨晚生，韩海涛，辛云岭，等．绿色建筑应用技术［M］．北京:化学工业出版社，2011．

［2］ 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．

［3］ 章熙民．传热学［M］．第5版．北京:中国建筑工业出版社，2009．

［4］ 孟庆林．建筑物理［M］．广州:华南理工大学出版社，2003．

［5］ 柳孝图．建筑物理［M］．北京:中国建筑工业出版社，1990．

中图分类号:TU201．5

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0198-03

收稿日期:2016-04-08

作者简介:崔江玲(1973-)，女，工程师

The test and analysis on thermal performance of a typical non thermal insulation residential roofing

Cui Jiangling1Yang Wansheng2
(1．Infrastructure Department，Shanxi Fenxi Mining Group Company，Jiexiu 032000，China; 2．Guangdong University of Technology，Guangzhou 510000，China)

Abstract:Based on experimental test，combining with relevant thermodynamic theory，this paper calculated and analyzed the thermal performance parameters of a typical non thermal insulation roofing，obtained the thermal performance of a typical non thermal insulation residential roofing，provided theoretical basis for the heat transfer performance and energy saving transformation of this typical non thermal insulation roofing．

Key words:residential，non thermal insulation，roofing，thermal performance