第五讲：第3章：建筑保温与节能

1第五讲：第3章：建筑保温节能设计建筑的体型与围护结构的设计2围护结构的作用围护结构墙、屋顶、门窗、地面围护结构的作用保温隔热通风3建筑保温问题在我国大约有占全国总面积70%的地区冬季室内需要采暖。这些地区的建筑在设计上既要考虑保证良好的室内热环境，还要注意节省采暖的能耗和建造费用，即需要注意建筑保温问题。建筑保温包括：建筑方案设计中的保温综合处理围护结构保温4本讲主要内容5.1：建筑保温与节能设计策略52：非透明围护结构的保温与节能5.3：保温材料与构造5.4：透明围护结构的保温与节能5.5：被动式太阳能利用设计55.1建筑保温与节能设计策略在严寒和寒冷地区，为了保证室内热环境的舒适度，一方面加强建筑保温，另一方面有采暖设备提供热量。当建筑本身设计有良好的热工性能时，维持室内热环境需要的供热量较小；反之，建筑本身的热工性能较差时，则不仅难以达到应有的室内热环境标准，还将使供暖能耗大幅度增加，甚至在围护结构内表面或内部产生结露、受潮等。在进行建筑保温设计时，要充分利用有利因素，克服不利因素，应注意以下几方面的处理措施：6建筑保温设计综合处理的措施1）、充分利用再生能源太阳能、风能、地热能大量的生土建筑、窑洞、土坯房以及各种类型的地下、半地下的覆土建筑都是对地热能的很好利用。具有冬暖夏凉、坚固耐用的优点。7充分利用太阳能在建筑中利用太阳能一般包括两方面的涵义：一是从节约能源的角度考虑，太阳是一种洁净、可再生的能源，将其作为采暖能源，可以节约常规能源，保护自然生态环境。二是从卫生角度考虑；太阳辐射中的短波成份有强烈的杀菌防腐效果，室内有充足的日照对人体健康非常有利。82）防止冷风的不利影响风对室内热环境的影响主要有两方面：一是通过门窗口或其他孔隙进入室内，形成冷风渗透，冷风渗透量愈大，室温下降愈多；一般砖混结构空气渗透所致热耗占采暖热耗的1/4~1/3；二是作用在围护结构外表面上，使对流换热系数变大，增强外表面的散热量，外表面散热愈多，房间的热损失就愈多。9建筑保温减少冷风影响的措施：一、争取不使大面积外表面朝向冬季主导风向。当受条件限制而不可避开主导风向，亦应在迎风面上尽量少开门窗或其他孔洞，在严寒地区还应设置门斗。二、利用周围自然条件挡风（树丛、小丘或其他保留的建筑物）三、提高门窗的密闭性四、合理布置竖向交通井（电梯、楼梯）的位置。楼梯、电梯及内天井等上下联系的空间，高度大，像烟囱一样能显著增加有热压引起的冷风渗透；如果布置在门厅口附近，中间没有一段缓冲部分，会由热压通风而产生的大量冷风渗透，而使门厅里的温度很低。2）防止冷风的不利影响建筑保温设计综合处理的措施:1011121314对寒冷地区的建筑，从体型上考虑节能问题主要包括两方面：一是尽量节省外围护结构面积；二是使建筑物能充分争取到冬季的日辐射得热。如体型过于复杂，外表面面积较大，热损失越多。对同样体积的建筑物，在各面外围护结构的传热情况均相同时，外围护结构的面积愈小则传出的热量愈小。表面积与体积的关系用“体型系数”（S）来表示，即一栋建筑的外表面积F0与其所包围的体积V0之比，S=F0/V03）选择合理的建筑体型、朝向和平面形式：建筑保温设计综合处理的措施：15体型系数（S）如建筑物的高度相同，则其平面形式为圆形时体形系数最小，依次为正方形、长方形以及其他组合形式。每一层建筑面积为500平米的6层单元式居住建筑，总高均为16.8米，各面围护结构的传热能力相同。当采用不同平面型式时，由于体型系数的差别对其每平米面积耗热量的影响。16建筑层数对体型系数及单位面积耗热也有很大影响。在同样建筑面积的情况下，一般是单层建筑的体型系数及耗热量比值大于多层建筑。一般是总建筑面积愈大时，要求建筑层数也相应加多，对节能有利。体型系数（S）17建筑物的体形系数是控制建筑采暖能耗的一个重要参数00VFS在建筑设计标准中规定：严寒、寒冷地区公共建筑的体形系数应小于或等于0.4；在严寒地区居住建筑的体形系数：3层以下不应大于0.55，4~6层不应大于0.37~9层不应大于0.2610层以上不应大于0.24184）房间具有良好的热工特性、建筑具有整体保温和蓄热能力建筑保温设计综合处理的措施：•1、房间的热特性应适合其使用性质：如全天使用的房间（围护结构内侧应选用蓄热性和热惰性指标大的材料）和间歇使用的房间（应选用密度小且蓄热系数小的材料）.•2.房间的围护结构具有足够的保温能力，以控制房间的热损失。•3建筑的外围护结构：外墙、屋顶、楼板、地面、门窗等部位的传热系数不应大于相关标准的规定。（如大于则减少其面积或减少其传热系数）191、针对建筑的功能、规模以及所在地区的气候条件科学的确定保温系统，注意保温系统的材料选择、性价比、施工技术等。2.做好建筑围护结构特殊部位的保温，如外墙转角，内外墙交角，女儿墙、出挑阳台等。如在严寒地区对建筑保温节能构造设计八项要求:P605）建筑保温系统科学、节点构造设计合理206）建筑物具有舒适、高效的供热系统当室外气温昼夜波动，为使室内热环境能维持所需的标准，除了房间应有一定得热稳定性外，在供热方式供热的间歇时间不宜太长，以防夜间温度达不到基本的热舒适标准。建筑保温与节能，一是保证室内热环境的舒适性，尽可能降低建筑物的采暖能耗；二是提高能源的利用率，在采暖建筑中配置高效率的供热系统，从而实现建筑节能的总体目标。建筑保温设计综合处理的措施：21国家建筑设计规范和节能标准对非透明围护结构的保温与节能提出有具体要求建筑外围护结构非透明部分：外墙、屋顶、地面、与室外空气接触的架空的楼地面、非透明幕墙、非采暖楼梯间等。5.2非透明围护结构的保温与节能：225.2围护结构的保温、节能设计准则建筑保温节能设计的有关规定•一、《民用建筑设计规范》（DB50176-93）-------规定最小传热阻。•二、《民用建筑节能设计标准》（JGJ26-86）----------围护结构传热系数值作了限定。围护结构保温能力的选择，要根据气候条件和房间的使用要求，按照设计准则，并按照经济和节能原则而定。23•建筑保温设计考虑的不利情况是在冬季阴天。•室外为稳定低温，并且昼夜温度波动较小，室内是由供暖设备保持一定温度，热量持续由室内流向室外，因此冬季围护结构的传热可以粗略的主要按稳定传热计算建筑保温的传热-----稳定传热24在设计过程中应考虑以下几方面：（1）保证内表面不结露，即内表面温度不低于室内空气的露点温度----也从人体卫生保健的基本需要考虑；（2）限制内表面温度，以免产生过强的冷辐射；（3）从节能要求考虑，热损失应尽可能小；（4）应具有一定的热稳定性。---------围护结构的传热阻就不能小于某个最低限度值，称为最低传热阻-----0.minR一、围护结构的保温、节能设计准则----最低传热阻25最小传热阻的确定根据《民用建筑热工设计规范》（GB5017---93）最小传热阻的计算公式如下：0.minieittnRRt0.minieiRtttnR最小传热阻冬季室内计算温度，一般居住建筑取18℃，高级住宅、医疗、托幼建筑取20℃；冬季室外计算温度p62，依据热惰性指标大小，查p91表4-1得出室内空气与外墙或屋顶内表面之间的允许温差，查表4-3温差修正系数，某些结构外表面不与室外空气直接接触，而对室内温差加以修正。表4-2内表面换热阻，查表26围护结构冬季室外计算温度et类型热惰性指标D的取值方法Ⅰ＞6.0Ⅱ4.1~6.0Ⅲ1.6~4.0Ⅳ≤1.5etwettmin.4.06.0ewetttmin.7.03.0ewetttmin.eettwt为采暖室外计算温度，min.et为累计最低一个日平均温度27注：•直接与室外空气接触的楼板和不采暖地下室上面楼板，室内空气和围护结构内表面之间的允许温差：有人长时间停留时[∆t]=2.5C。有人短时间停留时[∆t]=5.0C。•外墙或屋顶为轻质材料，如单一轻骨料混凝土单一材料墙体等，而且建筑的要求质量较高时，须在最小传热阻基础上加上一附加值。《轻质外墙最小传热阻的附加值》---表4-4281、居住建筑的保温与节能：采暖区：累计日平均气温低于或等于5℃的天数，在90天以上的地区为采暖区。主要包括东北、西北和华北地区。采暖居住建筑节能目标：第一阶段：1986年后的建筑与之前比节能30%；第二阶段：1996年后建筑，与第一阶段之前的能耗比节能50%；第三阶段：是在达到第二阶段要求的基础上再节能30%，从而达到节能65%的目标。居住建筑的采暖节能指标由建筑围护结构和采暖系统共同完成。建筑围护结构所承担不同阶段的节能比例是：20%、35%、50%。由此可推断：各地区在一定气候条件下，建筑体系系数一定时，室内采暖温度为18℃，建筑外围护结构传热系数的限值（参见表3-1）二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法29二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法2、公共建筑的保温与节能：公共建筑节能目标：第一阶段：节能50%；第二阶段：12010年后新建的采暖公共建筑，在第一阶段的基础上再节能30%；实现节能65%的目标。建筑非透明围护结构的热工设计要求：㈠、严寒、寒冷地区的建筑的体形系数应小于或等于0.4；㈡、在一定的气候分区中，围护结构的传热系数不得大于限值，参见表3-2.30按最小传热阻确定的外围护结构，只能满足内表面不结露的起码卫生要求，按此热阻确定的围护结构，可以节省建造费用，但会增加采暖费，增加能耗。建筑节能标准综合考虑建造费和采暖费以及维护费用，从经济和节能角度限定了不同地区围护结构各部分的传热系数。按传热公式计算传热系数，和节能标准值进行比对，以确定设计是符合标准）二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法31eiRRRRRK001二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法围护结构的传热系数K的计算公式：3213322111BBBpBBBBBBppmFFFFFKFKFKFKKKP―外墙主体部位的传热系数，W/(m2•K)KB―外墙非主体部位的传热系数，W/(m2•K)F―各部位对应的面积外墙的平均传热系数：32二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法3、建筑能耗控制与围护结构热工性能权衡判断法：建筑能耗控制是居住建筑节能设计与计算的基本方法：设定了以1980-1981当地住宅通用设计图，四单元六层集合式住宅的建筑能耗为基准值，在此基础上实现三步节能目标。围护结构热工性能的权衡判断法，是建立在控制建筑总能耗的基础上，先构想出一栋虚拟的参照建筑（此建筑构造各个方面均应完全符合有关节能设计标准的规定），分别计算参照建筑和实际设计的建筑的全年采暖和空调能耗，并依据两个计算进行比较。当实际设计建筑能耗大于参照建筑时，调整部分设计参数（提高窗的保温性能缩小窗面积），直至设计建筑的能耗不大于参照建筑的能耗为止。334）地板的保温设计采暖房屋地板的热工性能对室内热环境的质量、对人体的热舒适有重要的影响。对于底层地板，和屋顶、外墙一样，也应有必要的保温能力。地板保温的特点：a）由于地面下土壤温度的年变化比室外空气小很多，因此冬季地面散热最大的部分是靠近外墙的地面，其宽度约在0.5m~2m左右。我国规范规定，对于严寒地区采暖建筑的底层地面，当建筑物周围无采暖管沟时，在外墙内侧0.5m~1.0m范围内应铺设保温层，其热阻不应小于外墙的热阻。二、建筑节能与传热系数限值法----最大传热系数法34地板温度分布图地板局部保温地面温度分布举例在沿外墙内侧周边宽约1m的范围内，地面温度之差可达5℃左右。保温层热阻不应小于外墙的热阻！35地板保温36b）地板是与人脚直接接触而传热的，经验证明：在室内各种不同材料的地面，即使它们的温度完全相同，人站在上面的感觉也会不一样。如木地板与水磨石，后者人感觉要凉得多。地面舒适条件取决于地面的吸热指数B值。B值愈大，则地面