外保温节能个性与共性研究

外墙外保温系统起源于气候寒冷的欧洲大陆,20世纪末期进入我国北方严寒和寒冷地区。但对建筑物采取外保温措施,节能效果到底如何,一直是业界十分关心的问题。  
  由瓦克聚合物材料(上海)有限公司发起,联合北京、上海、广州3所高校和系统供应商共同启动了“外墙外保温系统在多种气候条件下的应用”研究项目。在代表寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的上述三地同时建造两间完全相同的样板房,其中一间安装外保温系统,一间未安装。经过一年多的实验发现,外墙保温系统在不同气象条件下都能够改善住宅舒适性,具有非常明显的节能效果。  
 对比外保温房特点 
  (1)对比房的实验条件。未保温房与保温房的几何参数必须完全相同,均为无窗建筑,且修建于空旷场地,其净面积、净高、朝向要保持一致,对比房的屋顶、地面的热工性能也要完全相同;三城市未保温房与保温房的墙体使用材料与外保温系统相同,但不同地方的墙体材料略有不同(北京,多孔粘土砖,上海,混凝土空心砌块,广州,灰砂砖);未保温房与保温房安装的空调为1.5匹同样型号,每个空调单接5~10A的电表,人工记录电表读数并比较其用电量;未保温房与保温房安装完全相同的换气扇(90m3/h);未保温房与保温房的空调设置为冬季加热20℃,夏季制冷25℃。   
    (2)对比房室内外气象条件。尽管北京、上海、广州的保温房与未保温房冬季空调设定温度均为20℃,但实验测定结果仍然存在一定误差。为了使模拟条件与实测的情况一致,模拟时以12月室内平均气温的实测数据作为室内设定条件。对于保温房,北京、上海、广州的室内温度估计分别为22℃、21℃、23℃;未保温房,室内温度分别为19℃、16℃、21.6℃(即文献所述分别低3℃、5℃和1.4℃)。由此可以看出,三地室外逐时气象条件对实验建筑的耗电量有重要的影响。
实测电耗与模拟结果的对比
  根据三地外保温对比房的热工特性及室内外气象条件,利用特征温度法对外保温房与未保温房的能耗进行模拟,从模拟结果得知,对于保温房,模拟的月采暖耗电量与实测的耗电量是比较接近的。北京的月耗电量偏小是因为模拟用气象的月均温度比实测月均温度要高;上海偏大是因为模拟用气象的月均温度比实测月均温度偏低所致;广州的月耗电量偏小,一是因为月均温度比实测月均温度要高,二是因为广州气温较高,可能有一定的空调耗电量,而对比实验只有一个电表无法区分所致,因缺乏公开的实验数据而没有模拟使偏差略大。但对于未保温房,按相同COP模拟的月采暖耗电量虽然高于保温房的模拟和实测的耗电量,总体趋势是正确的,但是,对应城市耗电量值低于或远低于实测的耗电量。我们认为,主要是因为三地实验对比房选用了完全相同的空调设备。未保温房采暖负荷远高于保温房的采暖负荷,当室外气温较低时,采暖负荷较大(尤其是未保温房负荷更大),热泵式空调设备不能满足室内负荷要求时,可能会开启电加热辅助加热装置,因此会使热泵的COP值降低,耗电量增加。因此在同一地方,即使采用完全相同的风冷热泵时,其COP值也可能是不同的。   
   综上所述,在三地对比实验条件下,利用特征温度法模拟采暖耗电量得到如下结论:
(1)气象条件的显著不同决定相同建筑在不同地方的负荷和能耗完全不同;
(2)当对相同建筑采取相同的外墙外保温措施,采暖负荷及耗电量在不同城市均有不同程度的降低,不同城市的月耗电量的降低量(即为节能量)是完全不同的,最大相差达2倍,说明气象条件也决定节能量的大小;
(3)由于相同的外保温系统在全国不同城市的初投资差异不大,因此,相同的保温系统在不同气候的城市的投资回报率和节能潜力存在显著的差异;
(4)对于保温房,三地采暖耗电量的模拟值与实测结果是比较接近的;
(5)对于未保温房,三地采暖耗电量的模拟值与实测结果存在一定的差异;
(6)模拟结果与实测数据的对比表明,用特征温度法进行建筑的负荷计算及能耗分析是可靠的。 
  对比实验的局限性
  通过对比实验推断外保温系统在不同气候区域的节能率是值得商榷的。主要有以下原因:尽管对比建筑的几何特征在三地完全相同,保温材料和屋顶处理完全相同,但外墙主体热工性能存在明显差异,因此,三地的建筑并非严格的相同;由于实验测定的是耗电量,对于某些时刻,当室外气温较低时,未保温房负荷较大,设备能效比较低,这些时刻的耗电量就大,与保温房相比,节能率很高。但节能率里即包括外保温系统的贡献,又有设备能效比的降低的贡献,因此,很难把外保温系统对节能的贡献区分出来。因此通过现有的实验数据很难得出外保温尽管系统的节能率。   项目的策划者煞费苦心,但是,在各地测试过程中,由于种种原因,客观上对比建筑在不同地方很难达到完全相同的运行参数,导致最终耗电量变化的影响因素太复杂。逐时能效比测量操作上有一定难度,太阳总辐射、散射、逐时风速均会影响建筑的耗电量,只有将所有因素逐一测量,才能得到外墙外保温系统的节能率。本项目火柴盒式建筑便

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