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，其中的一部分能量會被建筑物所吸收，并以熱能等能量形式進(jìn)行儲存和傳遞，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間外墻傳遞的熱量的計算公式，下面通過一組實驗對象展開研究。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。模擬實驗中對兩棟建筑分別給予不同的太陽輻射強度，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)行實驗?zāi)M計算。實驗中對建筑物在一年時間內(nèi)不同太陽輻射吸收率下逐時自然室溫模擬分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，分析結(jié)果如下:統(tǒng)計該實驗結(jié)果可知單位建筑面積單位時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間外墻傳遞的熱量計算時，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為受到太陽輻射得熱的影響，若直接按照理論上的平均傳熱系數(shù)Kmqi進(jìn)行計算，結(jié)果將與實際不符(大于實際結(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)，不同時間的太陽輻射強度不同，其Qhq也不相同，另外，同一時間不同朝向受到的太陽輻射強度也不同，因此在實際計算過程中，必須對Kmqi進(jìn)行不同程度上修正，即根據(jù)實際情況設(shè)定不同的修正系數(shù)εqi。一般情況下，正午時分以及朝南方向受到的太陽輻射最強，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)定具有一定的實用性。隨著時代的不斷發(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，以朝向為基礎(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。通過上述實驗對建筑物A、B兩棟住宅樓進(jìn)行分析，得到如下實驗結(jié)果：得失熱的計算公式為: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算中的作用是決定性的，因此可將這一理論知識用于實踐，例如在夏季一些地方需要采取隔熱處理，此時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間的傳熱耗熱量計算公式為:Qhq=(tn－te)(ΣεqiKmqiFqi)/A0從上算式中可以看出，建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積單位時間的傳熱耗熱量會受到不同的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，通常情況下的計算方式是將二者的計算公式進(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)計研究院
