093 提高建筑气密性适应性研究
8页1、提高建筑气密性适应性研究彭琛 燕达周欣 胡姗(清华大学 建筑技术科学系,北京 100084)摘要:本文采用模拟与理论分析的方法,分析了提高建筑围护结构气密性的适应性。结合通风设计与节能要求,研究发现在北方寒冷地区,提高建筑门窗气密性能有效的减少渗风带来的采暖能耗,当气密性提高到一定程度,需要采用机械通风保证室内通风设计要求,风机能耗随着通风量增加而增大;而在上海地区,为保障1次/小时的通风需求,提高气密性同时需要采用机械通风,增加了风机能耗,不利于节能。采用热回收能够降低能耗,达到节能的目的。在应用过程中,需要结合设计要求与经济性合理确定建筑气密性。关键词:气密性 采暖能耗 机械通风 热回收1. 前言建筑物的空气渗透主要来自底层大门、外门窗和外围护结构中不严密的孔洞。从我国目前大多数建筑的特点来看,建筑墙体气密性好,而外窗气密性很差,尤其是普通住宅建筑外窗质量更差,大量采用钢窗和木窗,空气渗透耗能量大大超过了外窗传热耗热量。我国东北地区,广泛使用的木外窗气密性能很差,缝隙宽度达1.52.0mm以上很常见,其渗风量是气密性好的外窗渗风量的数倍甚至数十倍,其耗能量也成倍增加1。对需要采暖的
2、地区,冬季室内外温差大,冷风渗透造成热量损失,增加了采暖能耗需求。提高气密性能够减少热量散失,降低采暖需要的能耗,对于建筑节能有重要的意义;而夏季室内外温差小,渗风带来的空调负荷所占总负荷比例很小,提高气密性对于减少空调能耗作用不大;过渡季可以利用自然通风调节室内环境时,高气密性反而不利于通风,采用自然通风更有利于节能。因此,这里主要分析提高气密性对冬季采暖负荷的影响。提高围护结构气密性,冬季可以减少冷空气渗透到室内,减少热损失,能够有效的降低采暖能耗。因此,有人认为提高建筑气密性即可降低能耗,应该大力推广高气密性能材料和构造。越来越多的提高气密性的措施投入到新建建筑的应用中。然而,提高气密性将会影响进入室内的新风渗透量,不利于室内空气品质。为了保证室内通风换气量要求,加入机械通风成为解决的一种技术方法,而这种做法势必增加风机能耗。提高气密性的做法是否有利于节能,成为一个十分重要的问题。2. 相关研究调研2.1 提高气密性的节能作用有研究认为在风压和热压的作用下,气密性是保证建筑外窗保温性能稳定的重要控制性指标2:外窗的气密性能直接关系到外窗的冷风渗透热损失,气密性能等级越高,热损失越
3、小。一般窗缝渗透量约为4.5m3/(mh),属于1级3;若采用3级窗,可减少房间冷风渗透热损失的40;若采用4级窗,可减少这项能耗的6070%:若采用5级窗,则可减少能耗的80之多。若施工时窗框和窗洞之间密封良好,冷风渗透热损失决定于窗的气密性等级。在华北地区,典型多层住宅通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占23%,加强窗户的气密性是节约采暖能源的关键环节4。有研究还建议将外门窗的传热系数与空气渗透导致的热损失综合考虑,评价门窗的实际保温效能5。有研究分析了宁波地区提高气密性对建筑全年能耗的影响,模型建筑换气次数从1次h-1 减小到0.1次h-1,即外窗气密性从2级增大到5级,全年空调能耗不变,全年采暖能耗减小77,全年耗电量减小15。提高外窗气密性对减少居住建筑全年耗电量效果较显著,因此减少建筑物空气渗透量能耗是建筑节能的一个重要方面6。Potter等研究英国办公建筑,发现减少63%的空气渗透量,每年可以降低300MJ/采暖能耗7。Steven J Emmerich等研究美国的办公建筑,提高气密性,使得渗风量从0.17次h-10.26次h-1减少到0.02次h-10.05次h-1时,可以
4、节约40%的燃气和25%的用电量8。提高外门窗气密性对减少冬季采暖,节约采暖能耗有明显的效果。2.2 提高气密性与机械通风近年来随着建筑技术的发展,住宅的气密性能有了较大的提高。随着人们生活方式的改变,空调的日益普及,门窗的密闭性能的提高,以及装修建材的大量应用,单靠自然通风方法远不能满足人们对空气品质的要求,尤其是对空调季节门窗紧闭的住宅。采用有组织的通风换气来维持良好的室内空气品质显得越来越必要9。芬兰国家技术研究中心VTT建筑技术研究所进行的一项低能耗建筑物研发项目10,认为气密性好的外围护结构是确保通风系统和热回收装置运行并进行有效控制的必要条件,通过提高建筑的气密性和利用热回收装置,较大幅度地降低了采暖能耗,从而降低了建筑运行的总能耗。Carey Simonson研究了芬兰住宅建筑,采用机械通风与热回收效率对节能影响,发现节能量与热回收效率有密切关系,当热回收效率为70%,50%和0%时,每增加0.1次h-1的通风量时,能耗将分别增加2.7,4.5和9.2kWh/( a);而0.5次h-1的换气次数下,每提高10%的热回收效率减少3.3kWh/( a)能耗11。本文主要关注的
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