摘要：
随着国内经济的飞速发展，绿色建筑正在全球悄然升起，其节能措施的最重要目的就是减少建筑物与外界的热传递。本文针对绿色建筑中热传递优化最为显著的屋面及墙体，提出了一种基于计算机辅助分析的屋面及墙体能耗分析方法。首先构建绿色建筑屋面及墙体的隔热指标体系，然后在不同的材料、方法等情况下分别分析屋面及墙体的能耗性能。根据某地的实际仿真结果，提出了绿化隔热的屋面设计方案和墙体保温隔热性能优化方案。
关键词：
绿色建筑；能耗分析；计算机辅助；屋面优化；墙体优化；隔热性能
能否把握好节能控制对于绿色建筑这个领域具有重要的意义。要想最终实现可持续发展，必须做到控制建筑能耗，这样可以最大程度的降低环境污染还可以进一步增加能源的利用效率，减少能源的损耗[1-4]。本文将绿色建筑中屋面及墙体作为研究对象，在现有一些研究基础上[5-8]，提出了一种针对热传递优化过程的分析算法，这种分析算法主要依据计算机进行辅助分析。通过某一个地区的实例验证本文提出的设计算法，以此对屋面以及墙体的设计提出改进性的方案。
1绿色建筑屋面及墙体的隔热指标
在一个建筑的外立面，外墙和屋面都会有很大的面积占比，对其进行建筑能耗模拟能够得到绿色建筑的节能与墙体和屋面的保温有着直接的关系。假设在夏热冬冷的地区，最为需要关注的就是屋顶和墙面的保温，此外，还需要考虑到隔热这一关键性因素。屋顶与墙面的热工性能主要有以下两个评价指标，分别是：传热系数K值以及热惰性指标D。（1）传热系数K传热系数在设计节能操作中，具有标志性的作用，能够带动结构传导热量。传热系数的含义是在1℃的温差范围内，保证1m2/s热量传递，这样才能保证进行稳态的传热。（2）热惰性指标D在评价结构中，测量温度波衰减快慢的指标记为D。如果D的数值越大，那么就代表温度波会有较快的衰减。与此同时，也代表材料有性能好的热稳定性。如果在稳态传热中，需要确保建筑的节能效果，就需要对K值进行控制，以此保证建筑各部分传热性能。
2基于计算机辅助分析的屋面设计
2.1绿色建筑的屋面节能分析
对于绿色建筑的屋面保温而言，有很多品种的隔热材料，例如膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、XPS板、发泡聚氨酯、玻化微珠等等。如果材料不同，那么就会有不同的热工性能，材料的厚度将直接影响保温隔热的效果。隔热层厚度与顶层房间能耗的关系是本文的研究重点。构建该模型是运用了基础模型，XPS板被运用在保温层，并改变保温层的厚度以此进行分组，通过实验，可以得到全年累计冷、热能耗的实际值，可以通过表1看到结果：在表1中，传热的系数用X1表示；采暖的能耗用X2表示；空调的能耗用X3表示；综合的能耗用X4表示。通过表1可以看到：能耗呈现出曲线的变化趋势，XPS板厚度在0~60mm的变化过程中，综合能耗也在发生着变化，呈现逐渐下降的趋势。当采暖能耗从32.52kW∙h/m2变化到21.05kW∙h/m2时，整体下降的比率为35.3％。这也说明，对于整体能耗而言，增加屋面的保温隔热措施具有较明显的作用。通过分析全年的综合能耗曲线，可以得到：XPS板从0mm增加到30mm时，综合能耗会呈现整体下降的趋势；XPS板从30mm增加到40、50、60mm时，综合能耗的下降幅度很小，曲线总体呈现平稳的趋势。保温材料的厚度和能耗两者之间的曲线表现为双曲线状，此外，伴随着保温厚度的增加，能耗的数值会趋于某一个固定的数值。所以，能耗的变化与屋面保温层的厚度有关，开始时，能耗随着保温的厚度增加而减少；等保温层到达具体一个数值时，保温层的厚度不会对建筑的整体能耗产生影响，这时只有保证有足够的建筑成本和维护的费用，才能保证屋面保温的隔热效果。种植屋面是夏季炎热地区常用的屋面节能方式，为了能较全面的分析种植屋面对建筑能耗的影响，分别对下列几组屋面进行综合能耗模拟：在表2中，采暖能耗用X2表示，空调能耗用X3表示，综合能耗用X4表示。通过表2看到，对于夏季和冬季能耗而言，如果采用降低种植屋面的方法，可以有效降低能耗，两者之间相互促进。假设在种植屋面里，加入采暖能耗的装置，就会较大程度消耗能量，可以达到21%的下降幅度。如果增加种植层的厚度，并不会对采暖空调的能耗产生较大的转变，能耗曲线整体呈现出平稳的状态。在种植层厚度逐渐增加的过程中，屋面荷载值也变大，进而对结构安全造成影响，所以对种植屋面而言，选择适合的种植层构造是十分必要的。
2.2绿色建筑的屋面设计
在房屋中加入一些绿色植物，他们可以将阳光挡在外边，减少因为辐射产生的热度，这就是屋面绿化。种植屋面的隔热有以下几个原理：第一，由于植物本身具有遮阳的作用，可以对屋面的热量和温度峰值有所影响，降低热度；第二，太阳辐射会受到植物自身的光合作用的影响；第三，对于屋顶温度而言，植被的基层土壤能够保证屋面不会出现无法预期的情况。绿地的降温作用还不仅如此，对于其上方的空气也会有影响。如果上方空气遇冷，那么就会收缩下沉，进而导致地面的气压升高，最终呈现空气对流。在表3中，外表面最高温度用Y1表示；外表面温度波幅用Y2表示；内表面最高温度用Y3表示；内表面温度波幅用Y4表示；室外最高温度用Y5表示；平均太阳辐射强度用Y6表示。通过多年进行实践研究，知道与一般屋面相比，种植屋面具有更强的防渗性能。经过绿化的屋面能够控制温度，保证昼夜温差得到进一步的降低，防止出现屋面内外的温度差带来的影响，这样较多的太阳辐射就不需通过屋面热工性能进行传递。
3基于计算机辅助分析的墙体设计
3.1绿色建筑的墙体节能分析
（1）隔热层厚度分析
在进行模拟的过程中，需要选择不同厚度的EPS板，以此来构建墙体隔热层厚度与住宅建筑能耗两者之间的模型。在模型中，针对常用的EPS板材数量进行分组，这个板材可以增加墙体的温度。通过设置不同的隔热层厚度，可以了解到能耗和热能耗两者之间的变化规律.在表4中，热系数用X1表示；采暖能耗用X2表示；空调能耗用X3表示；综合的能耗用X4表示传。通过表4看到：增加EPS板的厚度，让其从0mm变到60mm，在这个过程中，建筑的综合能耗呈现整体下降的趋势，此外，这个下降的趋势会伴随着EPS板厚的增加而减少。通过曲线斜率，可以知道：EPS板厚度增加的过程，就是能耗下降的过程。在40mm之后，如果再增加保温层的厚度，那么不会产生很大的影响，整个建筑的能耗不会有太大变化，但这时需要增加墙面保温隔热功能所需耗费的维护与建造成本。
（2）热惰性分析
在进行该组模拟实验中，选择相同的传热系数K，但是这两组墙体主材具有不同的热惰性指标D，通过具有较小热惰性的轻质混凝土和较大热惰性的砖块两种材料对热惰性指标进行分析，研究其对建筑能耗的影响。与轻质混凝土的墙体相比，砖块墙体具有相同的K值，但是砖块墙体的蓄热系数较大。通过进行的模拟实验得到：砖块墙的采暖和空调能耗都比较低，这是因为如果材料具有较大蓄热系数，那么就会有较好的热稳定性，因此如果条件允许，可以选择蓄热系数大的材料。
（3）内部保温砂浆分析
通过对比，可以设置相同的保温砂浆厚度，从而对比前后两组的数据。除了墙体抹灰层不同之外，墙体厚度保持一致，才能保证得到最终的结果准确。新建模型有一致的内部保温砂浆，相比之前降低0.36kW∙h/m2能耗，幅度是1.2%，空调降低0.1kW∙h/m2，幅度是0.35%，。这也说明，内部保温砂浆确实能够提升建筑的能效。
3.2绿色建筑的墙体设计
提升墙体热阻值是当前最为常见的增强墙体保温隔热性能的方法，可以通过下面两个途径实现：
（1）选用优质墙材
建筑节能的基础材料就是保温材料。现如今通常使用以下几种：蒸压加气的混凝土砌块；泡沫的混凝土砌块；填充保温材料的夹心砌块体系与轻集料混凝土小型的空心砌块。蒸压加气的混凝土，在原材料经过一系列的物理操作后，能够得到最新的墙材。通过试验，可以得知其具有较大的热阻，具有较好的保温隔声性能，此外质量较轻。集料混凝土小型的空心砌块相对比而言，具有的空心率较大，这是因为空气夹层所造成的。通过选择更加优质的墙材，能够运用空气热阻的原理，增加墙体的综合性能。
（2）复合保温墙体
在墙体结构上增加高效的保温材料，以此形成复合保温墙体，通过热阻和保温层热阻值的共同作用，能够改善墙体综合热工性能。通常采用聚苯颗粒、材料聚氨酯、聚苯颗粒以及有聚苯板薄抹灰外墙外的保温系统进行外部的保温。
4结语
本文基于绿色建筑中热传递优化最为显著的屋面和墙体，提出了一种基于计算机辅助分析的屋面及墙体能耗分析方法，并将某地区作为实际案例进行分析，通过得到的实验结果，提出针对屋顶绿化和墙体保温隔热的有效措施。
作者:李峰 单位:山西建筑职业技术学院
