建筑外飾面材料建筑節(jié)能論文
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太陽光在照射到建筑物上時(shí)，其中的一部分能量會(huì)被建筑物所吸收，并以熱能等能量形式進(jìn)行儲(chǔ)存和傳遞，另一部分則被建筑物表面反射，以反射光的形式回到自然中，該過程如圖1所示:該圖中，ρ代表墻體外飾面的的反射率，α代表墻體外飾面的吸收率，τ代表墻體外飾面的透過率，ε代表該建筑外飾面材料吸收太陽輻射后轉(zhuǎn)化為一定波段內(nèi)紅外輻射率［1］。通過物理研究發(fā)現(xiàn)這些因素間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，即ρ+α+τ=1。透過率主要代表太陽輻射穿透介質(zhì)的能力，對不透明的介質(zhì)而言可以默認(rèn)為其透過率為0，則該算式就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?α=1。前文已經(jīng)提到，建筑外飾面材料的材質(zhì)、粗糙度、顏色等因素會(huì)影響其對太陽輻射的吸收性能及反射性能。建筑物中只有被建筑物外飾面吸收的能量才會(huì)向建筑物內(nèi)部傳導(dǎo)，如果外飾面材料的反射率ρ越高，太陽輻射被吸收的就越少，建筑物表層吸收的熱量也就越低，其隔熱效果越好。
2建筑物耗熱能量理論計(jì)算
建筑物的熱環(huán)境與太陽能輻射有密切關(guān)系，除去人為因素，太陽輻射是影響建筑內(nèi)部熱環(huán)境的第一要素。為研究單位建筑面積單位時(shí)間外墻傳遞的熱量的計(jì)算公式，下面通過一組實(shí)驗(yàn)對象展開研究。利用DeST－h(huán)軟件設(shè)定溫度適宜的地區(qū)，保證室內(nèi)的基礎(chǔ)溫度在一定范圍，使室內(nèi)溫度具有一定的舒適性。在此條件下選取A、B兩棟住宅樓，并選取中間層、頂層、底層進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。模擬實(shí)驗(yàn)中對兩棟建筑分別給予不同的太陽輻射強(qiáng)度，控制墻體外飾面吸收率在0．3－0．8之間，墻體對太陽輻射吸收系數(shù)α控制在0．1－0．9之間，采用級差為α=0．1、α=0．3、α=0．55、α=0．7、α=0．9，其他因素設(shè)置為系統(tǒng)默認(rèn)值。在此條件基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算。實(shí)驗(yàn)中對建筑物在一年時(shí)間內(nèi)不同太陽輻射吸收率下逐時(shí)自然室溫模擬分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如下:統(tǒng)計(jì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知單位建筑面積單位時(shí)間外墻傳遞的熱量為:Qhq=(tn－te)(ΣεqiKmqiFqi)/A0(Qhq建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積單位時(shí)間的傳熱耗熱量，tn為室內(nèi)所有房間的平均溫度，te為建筑物外界環(huán)境的平均溫度，εqi為建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，Kmqi為建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)，F(xiàn)qi為建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，A0為建筑面積)從該算式中可以看出，進(jìn)行建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的單位建筑面積單位時(shí)間外墻傳遞的熱量計(jì)算時(shí)，首先需要對平均傳熱系數(shù)Kmqi進(jìn)行修正，其修正系數(shù)即為εqi，這樣做的原因主要是因?yàn)槭艿教栞椛涞脽岬挠绊?，若直接按照理論上的平均傳熱系?shù)Kmqi進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果將與實(shí)際不符(大于實(shí)際結(jié)果)，因此必須對其進(jìn)行修正，用理論Kmqi乘以εqi(數(shù)值小于1)。不同地區(qū)的陽光照度不同，因此不同地區(qū)的Qhq不盡相同。需要注意的是，即使是同一地區(qū)，不同時(shí)間的太陽輻射強(qiáng)度不同，其Qhq也不相同，另外，同一時(shí)間不同朝向受到的太陽輻射強(qiáng)度也不同，因此在實(shí)際計(jì)算過程中，必須對Kmqi進(jìn)行不同程度上修正，即根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定不同的修正系數(shù)εqi。一般情況下，正午時(shí)分以及朝南方向受到的太陽輻射最強(qiáng)，εqi的取值最大，同理朝北方向εqi的取值最小。傳統(tǒng)建筑中，εqi的取值一般根據(jù)建筑外飾面的朝向來規(guī)定的，在傳統(tǒng)建筑材料比較單一的情況下，這樣的規(guī)定具有一定的實(shí)用性。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對建筑的要求不斷提高，建筑外飾面材料呈現(xiàn)多樣性，不同材料的修正系數(shù)εqi差別較大，以朝向?yàn)榛A(chǔ)的修正系數(shù)εqi變得越來越片面。且對同種材料而言，不同的顏色及表面粗糙度也會(huì)造成εqi的不同，由此可見，當(dāng)今εqi的設(shè)定已經(jīng)不能按照單一因素來考慮，而是結(jié)合多方面因素綜合考慮。在建筑節(jié)能過程中需要根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定修正系數(shù)的數(shù)值。
3建筑物外飾面材料的太陽輻射得失熱與其耗熱能量
建筑物外飾面得失熱包括多個(gè)熱量傳遞過程，主要包括建筑物內(nèi)部向外傳出的熱量、太陽直接輻射建筑物吸收的熱量、太陽輻射間接吸收的熱量、建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)再輻射失去的熱量、外表面空氣熱對流的熱量、其他物體與建筑物間反射吸收的熱量等。通過上述實(shí)驗(yàn)對建筑物A、B兩棟住宅樓進(jìn)行分析，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：得失熱的計(jì)算公式為:q=q1－q2+q3－q4－q5－q6(q1為建筑物內(nèi)部向外傳出的熱量，q2為太陽直接輻射建筑物吸收的熱量，q3外表面由于輻射作用散出的熱量，q4為太陽輻射間接吸收的熱量，q5為其他物體與建筑物間反射吸收的熱量，q6為外表面空氣熱對流的熱量)從建筑物得失熱的計(jì)算公式可以看出，建筑物從外界太陽輻射中所吸收的熱量q2=I*α(I為自然界太陽輻射照度，α為建筑物外飾面對太陽輻射的吸收系數(shù))建筑外飾面對太陽輻射的吸收系數(shù)在建筑物得失熱的計(jì)算中的作用是決定性的，因此可將這一理論知識用于實(shí)踐，例如在夏季一些地方需要采取隔熱處理，此時(shí)可以在建筑物外表面涂抹對太陽輻射的吸收系數(shù)較小的材料，一般顏色較淺的建筑材料在夏季不僅能夠減少對太陽輻射的吸收，還能在顏色上給人冷色調(diào)的感覺。冬季需要保暖的時(shí)候可以在建筑物外表面涂抹對太陽輻射的吸收系數(shù)大的材料，在顏色選擇上可以暖色調(diào)為主，讓人們在心理上和身體上都能感受到暖意。前文已經(jīng)提到，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建筑物單位面積單位時(shí)間的傳熱耗熱量計(jì)算公式為:Qhq=(tn－te)(ΣεqiKmqiFqi)/A0從上算式中可以看出，建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積單位時(shí)間的傳熱耗熱量會(huì)受到不同的Kmqi數(shù)值影響，需進(jìn)行修正。修正系數(shù)εqi需要根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)定。結(jié)合建筑物內(nèi)部向外傳出的熱量，通常情況下的計(jì)算方式是將二者的計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)合，從而找出之間的聯(lián)系，根據(jù)各因數(shù)的重要性并結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境選擇合適的材料，使其性能能夠在最大限度上滿足人們的實(shí)際需求。
4結(jié)束語
建筑物外飾面材料的太陽輻射性能對人們的生活具有重要影響，因此在實(shí)際生活中需要根據(jù)需求不同選擇合適的建筑材料，在需要隔熱的地區(qū)需要選擇吸收系數(shù)較小的材料。相反在需要保溫的季節(jié)可以選擇吸收系數(shù)較高的材料，合理使用外飾面材料對太陽輻射的各項(xiàng)性能，在節(jié)能中提高人們的生活水平。
作者：蘇艷艷 單位：安徽省城建設(shè)計(jì)研究院
