村镇住宅围护结构的热工设计

西安建大科技/总66期2007年第2期作者简介：王战友(1980.10-)，男，西安建筑科技大学建筑技术专业硕士研究生，主要从事建筑节能设计。27村镇住宅围护结构的热工设计王战友（西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安，710055）【摘要】砖砌体与生土围护结构是关中地区农村建筑普遍采用的两种构造形式，本文通过对这两种结构的热工计算比较得出生土围护结构的热工性能明显好于砖砌体结构，从而提出要综合利用两种结构的优点来进行围护结构的热工设计。【关键词】砖结构生土结构热工性能1前言我国是一个人口众多的大国，在经济不发达的广大农村，居住质量的提高若以牺牲环境为代价，采用高能耗的建筑材料，例如粘土实心砖这种已经在城市建筑中被弃之不用的材料，从短期效果来看，似乎体现了人民生活水平的改善，但是，靠过度消耗能源换取经济发展，那是不理智的，与现在倡导的可持续发展及生态建筑理念相违背的。我们在面对乡村建筑在大量建造的今天，应该本着既要解决乡村人口的居住问题，又要减少能源消耗，建造适于室内外环境和谐自然、利于营造乡村情趣的建筑，无疑，进一步发展和继承优秀的传统民居的形式，有效利用传统民居中有益的成分，才是解决问题的有效途径。因此，本文就是要通过热工计算来比较目前乡村流行的粘土砖结构与被很多人弃之不用的生土围护结构的热工性能的差异，为乡村建筑设计提供一种新的思路。2两种围护结构的热工设计计算关中地区地处陕西中部，在热工分区图上属于寒冷气候区，现今其普通民居的两种结构形式一是240砖墙结构，二是平均厚度为600厚的夯土墙结构。关中民居中夯土墙及土坯墙占的比重很大，大部分地区均适宜于夯筑。而且，夯土墙是一种具有生态效应的墙体材料，在广大农村推行这对墙体，对解决小体量、低密度的单体房屋设计中的问题是可行的，具有良好的社会效应。这样可以减少对实心砖和粘土实心砖的需求量，从而节约能源，减少对环境的污染。而且夯土建筑的室内热环境要好于砖混建筑，这对于减少建筑运行能耗有着深远的意义。因此，只要能够解决好夯土建筑如何符合老百姓的需求，如何体现时代气息的问题，在建筑需求量很大的农村推广夯土建筑就具有很强的现实意义。2.1其构造图如下图所示。ab图1.围护结构构造示意图2.2两种结构材料的热物理特性参数在进行围护结构热工计算时，往往涉及到材料的热物理特性。为了使计算准确可靠，就必须正确的选择材料的热物理指标，由于本文所选的夯土墙系关中地区民居所使用的当地材料，而相关文献缺乏此种特定材料的热物性参数，因此就参照民用建筑节能设计手册中的建筑材料热物理性能计算参数计算。下表1为夯土墙所使用材料的热物理性参数，表2为砖砌体结构所使用材料的热物理性参数。表1夯土墙所用材料热物理性参数材料名称容重Kg/导热系数W/(m.k)比热KJ/(㎏.K)蓄热系数W/(㎡.K)粘土砖18000.811.0510.63水泥砂浆18000.931.0511.37石灰水泥砂浆17000.871.0510.75表2砖墙结构所用材料热物理性参数容重Kg/导热系数W/(m.k)比热KJ/(㎏.K)蓄热系数材料名称W/(㎡.K)夯土粘土20001.161.0112.99加草粘土14000.581.017.69282.3热工设计计算本文所选两种结构的墙体只计算墙体主体部分（而其他部分如：窗户、圈梁、窗过梁等除外）的热阻R、热惰性指标D、传热系数K、表面蓄热系数Y、围护结构衰减倍数0υ及延迟时间0ξ。①热阻R围护结构的传热阻0R=iR+R+eR式中iR是内表面换热阻，eR是外表面换热阻，R是围护结构热阻。砖墙的热阻0R=0.485㎡.K/W。夯土墙的热阻0R=1.70㎡.K/W。②热惰性指标D砖墙的热惰性指标D=++=1D2D3D1R1S+2R2S+3R3S=3.58夯土墙热惰性指标D=+=1D2D1R1S+2R2S=6.97③传热系数K砖墙的传热系数K=1/R=2.06W/㎡.K夯土墙的传热系数K=1/R=0.588W/㎡.K④结构各层表面蓄热系数Y（iα取9.09，eα取25）围护结构的内表面蓄热系数（温度波由内向外时）砖墙各层内表面蓄热系数:＜1，3Dp=3.14＞1，2D2,iY==10.63W/㎡.K2S=0.185＜1,1D同理夯土墙各层内表面蓄热系数：由于=6.721，==12.99W/㎡.K2D2,iY2S=0.25＜1，1DiY==10.39W/㎡.K1,iY围护结构的外表面蓄热系数（温度波由外向内时）砖墙各层外表面蓄热系数:＜1，1D由于＞1，==10.63W/㎡.K2D2,eY2S＜1，3D同理夯土墙的外表面蓄热系数：1D＜1，=8.476W/㎡.K1,eY＞1，===12.99W/㎡.K2DeY2,eY2S⑤两种结构对室外综合温波的衰减倍数0υ砖墙衰减倍数为：同理夯土墙衰减倍数为157倍。⑥两种结构对室外综合温度波的延迟时间0ξ砖墙延迟时间0ξ为：同理夯土墙的延迟时间为18.4小时。29通过两种围护结构的计算比较，可以明确地看出夯土墙明显比砖墙热工性能良好的多。正是由于夯土结构的这些热工性能，使得生土建筑在夏季会比砖墙结构建筑“凉快”，冬季比砖墙结构建筑“暖和”，但实际中不会像在本文计算中又如此大的差别，因为本文计算只是计算了两种结构筑主体部位的热物理特性指标，没有计算一些薄弱环节，例如门窗、热桥、空气渗透等，而且在平常的生活中门窗并不是经常紧闭的，会时常开着的，所以，夯土结构的建筑比砖结构建筑的保暖、抗寒性能差别不像是在计算中这么大。但是，整体来说要比砖结构建的热工性能优良的多，这从本文的计算中可以看到。而且夯土的储湿性能要明显优于粘土砖，夯土围护结构的调湿性能比砖结构有很大优势，根据反馈原理，当室内湿度较大时，夯土墙就可以吸附一定量的水蒸气，从而降低室内的湿度；反之，当室内较干燥时，夯土墙又可以释放一定量的水蒸气，从而升高室内的湿度。这样就使得室内的湿度维持在一个较稳定的水平，这就是夯土墙独特的湿度智能调节功能。3小结夯土建筑墙体具有厚重型特点，热稳定性大，蓄热能力强，其构成的室内冬暖夏凉，创造了居住空间的舒适环境。但是，长期以来我国在夯土建筑的材料和建造技术方面，一直沿用古老的夯实技术和方法，使得夯土建筑，造型单调，色彩暗淡，没有砖墙建筑所具有时代气息浓重，其结构稳定性不如砖混结构；但是，砖结构热工性能较差，而且其运行能耗大，而且粘土砖的烧制和使用都会给环境造成很大的破坏。因此，应该把两种结构的优点结合起来，以砖混结构承重构件，以夯土结构作为填充构件，既可以让结构更加安全，也可以具有良好的热工特性。另外，可在夯土结构外部贴建砖结构，并贴饰面，使得这种夯土建筑更加美观，而富有时代气息，成为广大农民愿意建造和使用的一种建筑形式。参考资料[1]民用建筑热工设计规范[S]。北京：中国计划出版社，1993[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]刘加平，建筑物理[M]。北京：中国建筑工业出版社，2000[4]尚建丽，传统夯土民居生态建筑材料体系的优化研究[J]。西安建筑科技大学博士论文30