建筑节能改造中内保温构造技术的应用

摘要:对建设年代较早的既有建筑进行节能改造是建筑节能工作的一项重要内容，基于建筑围护结 构内、外保温构造做法的适用条件和热工效果，以河南开封地区既有多层住宅建筑为例，通 过保温隔热节能构造方案对比分析，对冬季采用间歇式供暖和夏季使用空调降温的寒冷地区 既有多层住宅建筑墙体护结构来讲，内保温构造做法是相对节能的优化方案。在建立热 工学计算模型的基础上，提出围护结构内保温构造技术的具体做法，并对改造后的节能效果 进行了量化评价，其节能效果显著。为了防止墙体围护结构内部产生冷凝，保证墙体在使用 过程中具有良好的保温隔热及节能效果，围护结构需设置隔汽层，并辅以装饰保温隔热材料 做室内吊顶的节能改造措施，以最大程度地获得建筑节能改造效果。

关键词 内保温；墙体；传热系数；保温隔热；节能

中图分类号 TU984 文献标识码 A文章编号 1002-2104（2010）12-0164-04doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.033

近年来，随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对建筑室内热环境的舒适性有了更高 的要求［1］，由于部分既有建筑建设年代较早，当时国家相关建筑节能设计标准还 未出台，在之后的改造过程中相继增设了暖气、空调等能源消耗设备，然而却没有对既有建 筑护结构进行合理的保温隔热及节能技术改造，使得既有建筑普遍存在保温隔热效果差 、运行能源消耗大等问题。

1 墙体节能构造方案的优化选择

建筑围护结构内外不同的保温构造做法，在不同建筑热工区及采暖降温用能条件下具有不同 的热工与节能效果［2］。按照热舒适及建筑节能要求，在热工区确定的条件下，当 采用内外不同的保温构造时，由于在热流传导路径上墙体围护结构传热阻的代数和没有变化 ，因此通过围护结构的热流强度大小则不变，即冬季采暖时不同的保温构造在同一热工区外 围护结构主体传热能耗不因保温构造不同而变化。基于同样的热舒适及节能要求，建筑围护 结构在夏季应当具有良好的隔热和散热能力，而围护结构散热的重要性及热舒适节能效用在 工程实践中往往被忽视。当护结构选择外保温构造时，室内一侧是密度大、蓄热能力较 强的重质材料层，对于夏季自然通风条件下的房间，围护结构将吸收、蓄存大量来自室外综 合温度影响下的热量，并且不易在短时间内散发，在傍晚和夜间成为房间新的热辐射源，使 人感到强烈的壁面热辐射。当使用空调降温时，房间内蓄存的热量无疑增大了空调设备的运 行负荷，将会延长空调设备制冷降温时间，因此将增加建筑的运行能耗。

如果建筑护结构采用内保温构造，室内一侧将是密度和蓄热系数较小的轻质材料层，无 论是自然通风房间或者是空调房间，由于护结构内材料层蓄存较少的热量，不但自然散 热速度快，而且空调设备在较短的时间内就可以排出蓄存的热量，达到室内热舒适和节能的 双重目的，避免外保温构造做法出现的降温时间长、能耗高现象。对温度日较差较大的建筑 热工区，内保温构造做法防热节能效果更为显著，因为护结构内表面蓄热量少，在傍晚 和夜间室外综合温度较小时，散热速度很快，在较短的时间内就能使室内温度趋于较低的室 外环境温度，达到自然降温和节能目的。对于间歇使用的空调房间，由于所用轻质材料形成 的内表面材料层蓄热系数较小，内保温构造做法使得室内空气至内表面的衰减倍数较小，设 备运行负荷将减小，从而达到设备运行节能目的。

关于内外保温构造在防止护结构热桥的热损失和内部冷凝方面，对不同热工区也应具体 分析 ［3］。一般认为，外保温构造可降低护结构热桥的热损失和防止内部产生冷凝 的可能性，并使房间具有较好的热稳定性，这主要是因为外保温做法使护结构主体和热 桥相对内保温构造来讲处于较高温度一侧，热流传导的温差动力相对较小，对室外计算温度 较低及内外温差较大的热工区来讲，会有一定程度的改善。但对室内外计算温差较小建筑热 工区的间歇式供暖建筑，其效果甚微。因为在这些地区热桥的作用相对较弱，室内露点温度 与室外最冷月平均温度的上限相当，水蒸汽在传输过程中的渗透强度十分微弱。因此，选择 内保温构造做法在此地区是可行的。

2 热工学计算模型及传热系数计算

以河南开封地区为例，该地区属于建筑热工Ⅱ区即寒冷地区，既有多层住宅建于二十世纪九 十年代之前的占70%以上，体型系数一般在0.40左右，外墙为240 mm厚黏土实心砖墙，房屋 结构为砌体纵横墙混合承重结构。按照现行的建筑热工设计标准，外墙围护结构热工节能主 要技术指标的传热系数按下式计算［4］：

白宪臣等：建筑节能改造中内保温构造技术的应用中国人口•资源与环境 2010年 第12期

由于墙体结构中的热桥对围护结构传热状况影响较大，建筑外墙中的横梁、构造柱、圈梁、 过梁以及墙内楼板，相对砌体结构来讲属于外墙中热工薄弱部分［5］。因此应对外 墙传热系数的计算值进行权衡，并采用外墙各部分加权平均值即外墙平均传热系数进行热工 计算，其平均传热系数须小于等于0.50 W/（m2•K）［6］，外墙平均传 热系数Km按式（3）计算［7］。为了防止墙体护结构出现内部冷凝受 潮，需对围护结构进行冷凝受潮验算［5］。此外，考虑到太阳辐射和天空辐射对外 围护结构产生的影响，该地区外墙围护结构传热系数应根据建筑朝向予以修正，外墙朝向东 、西的传热系数修正值都是0.86，外墙朝向南、北，传热系数修正值分别为0.70、0.92。

既有住宅建筑外墙主体构造及所用材料基本热工参数如表1，墙体其他部位传热 阻及传热系 数计算值见表2。

3 墙体内保温构造技术及节能效果

基于上述分析，在开封地区选择内保温构造技术是相对较优的既有建筑节能改造方案。现选 择挤塑聚苯板做墙体保温材料，保温板厚度的计算见表3，按照模数制的规定和 要求［8］，实际工程应用时可采用厚度为60 mm的挤塑聚苯板材，其实际热阻为1.81 8 m2•K/W。改造后墙体护结构各部分传热系数计算值见表4，节能效果对比见表5。

为了防止围护结构内部冷凝受潮，墙体护结构需进行内部冷凝验算，必要时应设置隔汽 层［9-10］。当选择 挤塑聚苯板做保温材料时，取开封地区采暖期室外平均气 温te=1.4 ℃，平均相对湿度=60％，各分 层的热阻和

水蒸汽渗 透阻的计算如表6，室内外空气的水蒸汽分压力及墙体护结构内部各层的温度和水蒸汽 分压力计算墙体护结构状况Structural condition of the wall envelope 内保温改造及材料选用Transformation and selection of materialswithin the insulation 未改造Unmodified 保温材料种类 挤塑聚苯板 矿棉板 无 保温材料导热系数W/（m•K） 0.030 0.045 ― 保温材料修正系数 1.10 1.20 ― 保温材料厚度（mm） 60 90 ― 保温材料热阻（m2•K/W） 1.818 1.666 ― 外墙总厚度（mm） 340 370 280 外墙平均传热系数计算值Km［W/（m2•K）］ 0.442 0.474 2.311 修正系数 0.92

外墙有效平均传热系数Km′［W/（m2•K）］ 0.407 0.436 2.126 规范规定外墙传热系数 当0.3＜体形系数≤0.4时，外墙的传热系数应小于等于0.50 W/（m2•K）

见表7。

根据表6计算出的墙体护结构中各分层热阻及蒸汽渗透阻，可求得墙体的总传热阻及总 蒸汽渗透阻分别为R=2.308 m2•K/W，H=3 905.13 m 2•h•Pa/g。

根据表7的计算结果，分别作出墙体护结构实际水蒸气分压力P分布线及同温度下饱 和水 蒸汽分压力作出Ps分布线，由于两线相交说明内部可能出现冷 凝现象，因此需在墙体护结构内设置隔汽层。

4 屋顶围护结构节能改造的辅助措施

按照墙体内保温构造的保温隔热基本原理，可采用装饰保温材料做吊顶的处理方法来提高屋 顶的节能效果。该方法兼顾室内装饰装修和节能改造双重要求，尤其适用于使用空调设备采 暖降温或者间歇式供暖制冷的建筑节能改造。室内吊顶材料层（纤维石膏板、矿棉板等）一 般都是密度小、蓄热系数小的轻质材料，空调设备在较短的时间内就可以排出蓄存（或吸收 ）的热量，可缩短空调设备迫使室内升降温的时间和运行负荷，从而达到室内热舒适和节能 的双重目的［11］。由于室内吊顶中空气间层的密封性较差，无法按照实体围护结构 的热工指标进行详细计算，因此采用装饰保温材料做吊顶仅作为提高屋顶热工性能的一项辅 助措施。

5 结 论

建筑围护结构不同的保温隔热构造具有不同的节能效果，应根据当地的环境气候条 件及建筑 采暖降温能源使用方式，合理选择节能构造方案。对冬季采用间歇式供暖、夏季使用空调降 温的寒冷地区既有多层住宅建筑墙体护结构来讲，内保温构造做法是相对节能的优化措 施。为防止墙体护结构内部产生冷凝，保证墙体在使用过程中具有良好的保温隔热及节 能效果，围护结构需设置隔汽层。墙体中的保温材料种类及厚度对保温隔热及节能效果有较 大影响，当采用厚度为60 mm挤塑聚苯板保温材料时，墙体有效平均传热系数由原来的2.126

W/（m2•K）降为改造后的0.407 W/（m2•K），节能效果显著，实际工程中还应合理使 用装饰保温材料做吊顶节能辅助改造措施。

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Application of Innerior Thermal Insulation Technology in Building Energysaving

Reform

BAI Xianchen ZHANG Xianping

（College of Civil Engineering and Architecture, Henan University, Ka ifeng Henan 475001, China）

Abstract Improving energy efficiency of the existing earlier bu ildings is important in building energy conservation. Based on the application c onditions and thermal effect of both interior and exterior thermal insulation s tructures, through contrasting and comparing the different energy conservation s tructures of the existing multistoried residential buildings in Kaifeng area,

Henan Province, the relatively energysaving optimization plan is the interior

insulation structure for the envelope structure of the existing multistoried r esidential buildings using intermittent heating system in winter and aircondit ioned cooling system in cold areas. Based on the calculation model of thermodyna mic engineering, concrete techniques for interior thermal insulation of the enve lope structure are proposed. The energysaving effect of the reformed technique s is proved remarkable through the qualified evaluation of energy conservation e ffect. To prevent condensation occurring inside the envelope walls and ensure th e good heating insulation and energysaving effect, the envelope structure need s to install vapor barriers, supplemented by the measures to take decorative hea t prevention and insulation material as indoor hanging ceilings so as to maximal ly obtain building energysaving effects.

Key words interior thermal insulation; wall; heat transfer coef ficient; heat preservation and insulation; energy conservation