超低能耗居住建筑热桥数值模拟研究

原创  高性能建筑

【研究背景】

超低能耗建筑中的热桥影响远超过普通节能建筑，设计时必须对围护结构热桥进行处理，热桥处理是实现超低能耗建筑目标的关键技术之一。目前国内相关研究大多聚焦在单个热桥的处理方式或模拟计算分析，系统考虑热桥对建筑性能目标的影响鲜有研究。本研究以某居住建筑项目作为典型样本，通过Psi-Therm热桥软件对严寒、寒冷、夏热冬冷不同气候区不同工况下典型部位的热桥值进行模拟计算，定量分析热桥对建筑热工性能及能耗指标的影响，并研究关键部位热桥的优化方案，为超低能耗建筑无热桥的设计与优化提供指导。

【研究内容】

选择某一超低能耗居住建筑项目作为典型样本。严寒、寒冷、夏热冬冷气候区分别选择呼和浩特、北京和苏州作为典型代表城市，考虑到三个气候区热桥对冬季影响更显著，本研究主要对冬季工况进行分析。

1.典型热桥模拟研究

采用Psi-therm软件对外窗、女儿墙、外挑空调板、地下室外墙、地下室顶板、地下室隔墙、穿墙孔洞、外遮阳固定、雨水管固定、外保温连接件等典型部位热桥进行数值模拟，以外窗、女儿墙、管线穿墙为例，介绍不同部位热桥的计算结果。在相同的主体结构及外窗的条件下，对比呼和浩特、北京、苏州外窗外挂式安装线性热桥传热系数。

女儿墙常见的热桥处理方式为采用保温将女儿墙包裹，与屋面外墙保温层连续，女儿墙外侧及顶部保温厚度同外墙，内侧保温厚度同屋面保温厚度。不同地区的女儿墙线性热桥传热系数和内表面温度模拟结果如表2所示。

在超低能耗建筑设计时，穿墙管线应采用岩棉等保温材料填充防水套管与管道之间的缝隙，并在接口处采用专用密封胶带进行密封，避免热桥的产生。穿墙管预留孔洞直径宜大于管径100 mm以上，墙体结构或套管与管道之间应填充保温材料。模拟不同地区穿墙孔洞热桥传热系数和内表面温度如表3所示。

2.热桥优化分析

超低能耗建筑工程项目实践中，由于局部条件限制，常会对局部热桥位置进行适当的优化处理，本研究分析工程中常见的热桥优化方案并对优化后热桥进行计算分析。以设备平台、女儿墙为例，介绍不同优化方案热桥计算结果。

超低能耗建筑空调板位置通常在靠近厨房外墙部位，这个部位通常也是新风采集口、排风口或者雨水落水管所在的位置，较厚的空调板保温常常导致局部施工复杂。工程项目实践中，通常会由于局部条件限制，对空调板保温进行适当的优化减薄处理或采用成品断热桥连接件进行处理，模拟室外空调板不同优化方式线热桥结果如表4所示。

女儿墙位置通常有雨落水口，女儿墙保温太厚会影响雨落水口的布置及女儿墙泛水高度，女儿墙顶部保温过厚影响建筑高度，工程实际中需要对女儿墙位置热桥进行优化处理。常见女儿墙优化方案及热桥模拟计算结果如表5所示。

3.热桥影响分析

以某超低能耗居住建筑项目作为典型样本，统计典型热桥的长度和数量，根据典型热桥部位的热桥计算值，采用超低能耗建筑能耗计算软件，分析严寒、寒冷、夏热冬冷地区热桥对建筑冷热需求及能效指标的影响。

【主要结论】

1）以某居住建筑为例，严格按照超低能耗建筑无热桥设计要求，考虑典型热桥对各地区供暖年耗热量的影响，比例分别为呼和浩特8.7%，北京9.6%，苏州11.6%。不同建筑可能还存在幕墙连接件、装饰性构件、雨棚安装等各种热桥位置，热桥影响占比会更高。

2）考虑外窗、女儿墙等部分位置热桥处理方案优化后，对各地区供暖年耗热量影响的比例分别为呼和浩特14.7%，北京16.4%，苏州16.1%，局部位置热桥处理放松后，对供暖年耗热量的影响比例显著提高。

3）以某居住建筑为例，根据对累计热需求的影响，统计每部分热桥的占比，影响占比较大的几个位置依次是保温断热桥锚栓、女儿墙、地下室外墙、外窗、室外空调板。

4）工程实际中热桥优化的方向，对于影响占比较小的热桥可以优化，对于占比较大的热桥需考虑对整体能耗指标的影响。

更多信息详见文章：

彭莉,潘玉亮,沈宏伟,何灵敏,高彩凤. 超低能耗居住建筑热桥数值模拟研究[J].建筑科学,2022,38(6):197-205