第五讲：第3章：建筑保温与节能

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1、1建 筑 的 体 型 与 围 护 结 构 的 设 计 2 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 l 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 。l 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

2、 l5.1： 建 筑 保 温 与 节 能 设 计 策 略l5 2： 非 透 明 围 护 结 构 的 保 温 与 节 能l5.3： 保 温 材 料 与 构 造l5.4： 透 明 围 护 结 构 的 保 温 与 节 能l5.5： 被 动 式 太 阳 能 利 用 设 计 5 5.1 建 筑 保 温 与 节 能 设 计 策 略l 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 。l 当 建 筑 本 身 设 计 有 良 好 的 热 工 性 能 时 ， 维 持 室 内 热

3、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 。l 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 、

4、 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 l 在 建 筑 中 利 用 太 阳 能 一 般 包 括 两 方 面 的 涵 义 ：l 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 。l 二 是 从 卫 生 角 度 考 虑 ； 太 阳

5、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 。 8 2） 防 止 冷 风 的 不 利 影 响l 风 对 室 内 热 环 境 的 影 响 主 要 有 两 方 面 ：l 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 1/41/3；l 二 是 作 用 在 围 护 结 构 外 表 面 上 ， 使 对 流 换 热 系 数 变

6、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

7、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 : 10 11 12 13 14 l 对 寒 冷 地 区 的 建 筑

8、 ， 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 。l 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

9、 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

10、 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 l 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 。l 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 00VFS 在 建 筑 设 计 标 准 中 规 定 ：严 寒 、 寒 冷 地 区 公 共

11、 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， 46层 不 应 大 于 0.3 79层 不 应 大 于 0.26 10层 以 上 不 应 大 于 0.24 18 4） 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

12、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 l 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

13、系 统 ， 注 意 保 温 系 统 的 材 料 选 择 、 性 价比 、 施 工 技 术 等 。l 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 。l 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 20 6） 建 筑 物 具 有 舒 适 、 高 效 的 供 热 系 统l 当 室 外 气 温 昼 夜 波 动 ， 为 使 室 内 热 环 境 能 维 持 所 需 的 标 准 ，

14、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 。l 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 l 国 家 建 筑 设 计 规 范

15、 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l 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 ： 22 5.2 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

16、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

17、的 传 热 可 以 粗 略 的 主 要 按 稳 定 传 热 计 算 24 l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

18、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 q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.min i e it t nR Rt 0.mini eiRtt tnR 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

19、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 l 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 6 .0 4 .1 6 .0 1 .6 4 .0 1 .5 et we tt min.4.06.0 ewe ttt min.7.03.0 ewe ttt min.ee tt wt 为 采

20、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

21、 质 外 墙 最 小 传 热 阻 的 附 加 值 -表 4-4 28 1、 居 住 建 筑 的 保 温 与 节 能 ：l 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 。l 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

22、 要 求 的 基 础 上 再 节 能 30%， 从 而 达 到 节能 65%的 目 标 。l 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%。l 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-

23、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 ：l 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 。l 建 筑 非 透 明 围 护 结 构 的 热 工 设 计 要 求 ： 、 严 寒 、 寒 冷 地 区 的 建 筑 的 体 形 系 数 应 小 于 或 等 于 0.4； 、 在 一 定 的

24、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 v 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。v 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 。v按 传 热 公

25、 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 31 ei RRRRRK 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 ： 321 3322111 BBBp BBBBBBppm FFFF FKFKFKFKK KP外 墙 主 体 部 位 的 传 热 系 数 ， W/(m2K)KB外 墙 非 主 体 部 位 的 传 热 系 数 ， W/(m2K)F

26、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 ：l 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 。l 围 护 结 构 热 工 性 能 的 权 衡 判

27、 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

28、 于 参 照 建 筑 的 能 耗 为 止 。 33 4） 地 板 的 保 温 设 计l 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 。l 地 板 保 温 的 特 点 ：l 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0.5m2m左 右 。 我 国 规

29、 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 0.5m1.0m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 l 地 板 温 度 分 布 图l 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 ！

30、35地 板 保 温 36 b） 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 从 人 脚 吸 取 的 热量 愈 多 愈 快 。 37 1111bc 11 1 1 1B f bb c 第 一 层 （ 面 层 ） 材 料 的 热 渗 透 系

31、数第 一 层 材 料 的 导 热 系 数第 一 层 材 料 的 比 热 容第 一 层 材 料 的 密 度 2 1/2/W m h K l试 验 证 明 ， 地 面 对 人 体 热 舒 适 及 健 康 影 响 最 大 的 是 厚 度约 为 34mm面 层 材 料 。l理 论 分 析 有 下 式 ：在 大 多 数 情 况 下 ， 可 近 似 取 B=b1 。 在 进 行 地 板 保 温 设 计 时 ，应 选 用 b1 小 的 面 层 材 料 。 38 比 如 在 地 板 的 划 分 中 ， B值 类 23。依 据 B值 ， 我 国 将 地 板 划 分 三 类 ： 类 ： 木 地 板 、 塑 料 地

32、 板 。 如 高 级 居 住建 筑 、 幼 儿 园 、 医 疗 机 构 等 采 用 。 类 ： 水 泥 砂 浆 地 面 等 。 如 普 通 居 住 建筑 、 公 共 建 筑 （ 包 括 中 小 学 教 室 ） 已 采 用 不 低 于 类 。 类 ： 水 磨 石 地 面 及 其 它 石 类 地 面 。 人们 短 时 间 逗 留 的 房 间 ， 以 及 室 温 高 于23 的 房 间 采 用 此 类 。 39 导热系数越小，说明材料越不易导热。工 程 上 常 将 导 热 系 数 0.3W/（ m K） 的 材 料称 为 隔 热 保 温 材 料 或 绝 热 材 料 。 如 矿 棉 、 泡 沫塑 料

33、等 。 保 温 或 绝 热 材 料 可 以 归 纳 为 三 类 ： 轻 质 成 型 材 绝 热 空 气 层 绝 热 反 射 绝 热5.3、 围 护 结 构 保 温 材 料 与 构 造 方 案 40 la） 保 温 构 造 的 种 类 ： 根 据 地 方 气 候 特 点 及 房间 使 用 性 质 ， 外 墙 和 屋 顶 可 以 采 用 的 保 温 构造 方 案 有 多 种 多 样 ， 大 致 可 分 为 以 下 几 种 类型 ：l 单 设 保 温 层l 封 闭 空 气 间 层 保 温 (空 气 层 厚 度 ， 一 般 以 45cm为 宜 )l 保 温 与 承 重 相 结 合l 混 合 型 构 造

34、 41 l 当 采 用 单 设 保 温 层 复 合 墙 体 或 屋 顶 时 ， 保 温 层 的 位 置 ， 对结 构 及 房 间 的 使 用 质 量 、 结 构 造 价 、 施 工 、 维 持 费 用 等 各方 面 都 有 重 大 影 响 。l 随 着 对 围 护 结 构 保 温 要 求 的 增 加 ， 复 合 结 构 的 使 用 也 日 益广 泛 。 单 设 保 温 层 复 合 结 构 大 体 上 可 分 为 ： 内 保 温 外 保 温 夹 芯 保 温 42a-内 饰 面 层 ； b-承 重 层 ； c-空 气 层 ； d-保 温 层 ； e外 饰 面 层l从 建 筑 热 工 角 度 上 看

35、 ， 外 保 温 优 点 较 多 ， 但 内 保 温 往 往 施 工比 较 简 单 ， 中 间 保 温 有 利 于 用 松 散 填 充 材 料 作 保 温 层 。 43 （ 1） 使 墙 或 屋 顶 的 主 要 部 分 受 到 保 护 ，大 大 降 低 温 度 应 力 的 起 伏 。 44 外 保 温 ： 围 护 结 构 的 温 度应 力 的 起 伏 减 小内 保 温使 外 侧 的 承 重 墙常 年 受 到 冬 夏 季的 较 大 温 差 （ 可达 8090度 ） 的反 复 作 用 ， 45 q屋 顶 外 保 温 时 ，其 屋 顶 温 度 的 应 力起 伏 比 较 小 ， 对 屋顶 的 结 构

36、有 一 定 的保 护 作 用 。 46 （ 2） 由 于 承 重 层 材 料 的 热 容 量 一 般 都 远 大 于 保 温 层， 所 以 ， 外 保 温 对 结 构 及 房 间 的 热 稳 定 性 有 利 。 当供 热 不 均 匀 时 ， 承 重 层 因 有 大 量 蓄 存 的 热 量 ， 可 保证 围 护 结 构 内 表 面 温 度 不 致 于 很 快 下 降 。 但 对 于 一天 中 只 有 短 时 间 使 用 （ 间 歇 使 用 ） 的 房 间 ， 内 保 温较 好 ， 可 使 温 度 很 快 上 升 。（ 3） 外 保 温 对 防 止 或 减 少 保 温 层 内 部 产 生 水 蒸

37、气 凝结 十 分 有 利（ 4） 外 保 温 法 使 热 桥 处 的 热 损 失 减 少 并 能 防 止 热 桥内 表 面 局 部 结 露 。（ 5） 对 于 旧 房 的 节 能 改 造 ， 外 保 温 处 理 的 效 果 最 好。 47图 ： 暖 热 桥 与 冷 热 桥 的 热 性 能 a外 保 温 暖 热 桥 ； b内 保 温 冷 热 桥结 构 为 内 保 温 时 ， 外 墙 平 均 传 热 系 数 将 比 主 体 部 位 的传 热 系 数 高 出 64%， 外 保 温 性 能 大 大 优 于 内 保 温 48 外 墙 外 保 温 隔 热 砂 浆1. 基 层 墙 体2. 界 面 砂 浆 层

38、3. 外 墙 外 保 温 隔 热 砂 浆 层4. 柔 性 抗 裂 砂 浆 层5. 加 强 层6. 饰 面 层 49外 墙 保 温 50 l（ a） 外 保 温 比 较 适 合 住 宅 ， 规 模 较 大 的 建 筑 如办 公 大 楼 ， 外 保 温 效 果 不 明 显 。 （ 住 宅 能 判 断 外 保 温是 否 能 提 高 房 间 的 热 稳 定 性 ， 大 办 公 楼 因 内 部 有 大 量 热 容 量 也 很 大的 隔 墙 、 柱 、 各 种 设 备 参 与 蓄 热 调 解 ， 外 保 温 蓄 热 作 用 就 不 太 显 著了 ）l （ b） 墙 体 外 保 温 处 理 ， 在 构 造

39、上 比 内 保 温 复 杂 。保 温 层 不 能 裸 露 在 室 外 ， 需 加 保 护 层 ， 可 外 饰 面比 较 难 处 理 。 51 屋 顶 保 温 -传 统 屋 顶 的 做 法 52 l 采 用 外 保 温 的 屋 面 ， 传 统的 做 法 是 保 温 层 上 面 做 防水 层 ， 由 于 防 水 层 的 水 蒸气 透 过 能 力 很 差 ， 使 屋 面容 易 产 生 内 部 结 露 。 同 时防 水 层 直 接 暴 露 在 大 气 中 ，受 日 晒 、 交 替 冻 融 等 影 响 ，极 易 老 化 和 破 坏 。l USD（ Upside Down） 构 造法 也 叫 倒 铺 法

40、。 不 仅 有 可能 完 全 消 除 内 部 结 露 的 可能 性 ， 又 是 防 水 层 得 到 保护 。 覆 盖 层 ： 可 用 大 阶 砖 ， 也 可 用 混 凝土 预 制 板 、 卵 石 、 砾 石 等 。 53 54 3、 异 常 部 位 的 保 温 设 计 外 窗 、 外 门 和 地 面 热 桥l 对 一 栋 建 筑 物 来 说 ， 外 窗 、 外 门 和 地 面 在 外 围护 结 构 总 面 积 中 占 3060%之 间 ， 而 外 窗 、 外 门和 地 面 的 传 热 失 热 量 外 加 门 窗 缝 隙 引 起 的 空 气渗 透 耗 热 量 ， 占 总 耗 热 量 的 60 %

41、。l 因 此 必 须 做 好 窗 户 、 外 门 、 地 面 的 保 温 设 计 。 55 l 窗 户 的 保 温 设 计 主要 考 虑 以 下 几 方 面 ：l （ 1） 控 制 窗 墙 面积 比 。 对 于 居 住 建筑 ， 各 朝 向 的 窗 墙面 积 比 规 定 见 表 朝 向 窗 墙 面 积 比南 向 0.35东 、 西 向 0.25（ 单 层 窗 ）0.30（ 双 层 窗 ）北 向 0.20各 朝 向 窗 墙 面 积 比 56 （ 2） 提 高 气 密 性 ， 减 少 冷 风 渗 透 。 57 58 59 （ 3） 提 高 窗 户 的 保 温 能 力 （ a） 改 善 窗 框 保

42、温 性 能 。 首 先 ， 将 薄 壁 实 腹 型 材 改 为 空心 型 材 ， 内 部 形 成 封 闭 空 气 层 ， 提 高 保 温 能 力 。 其 次 ，开 发 塑 料 构 件 ， 第 三 ， 用 保 温 砂 浆 、 泡 沫 塑 料 等 填 充 密封 窗 框 与 墙 之 间 的 缝 隙 。 （ b） 改 善 窗 玻 璃 部 分 的 保 温 能 力 。 用 双 层 窗 （ 间 隔 以 4-5cm为 宜 ） 或 双 玻 窗 （ 双 玻 窗 的 空 气 间 层 厚 度 以 23cm为最 好 ） 增 加 窗 扇 或 窗 玻 层 数 ， 提 高 窗 户 保 温 能 力 。 因 为层 与 层 之 间

43、 的 空 气 层 ， 加 大 了 窗 的 热 阻 。 （ c） 合 理 选 择 窗 户 类 型 。 窗 的 大 小 、 窗 的 朝 向 等 60铝 包 木 门 窗塑 木 门 窗 61 平开上悬窗 62 严 寒 地 区 的 居 住 建 筑 、 医 院 、 幼 儿 园 、 办 公 楼 、 学 校 、 门 诊部 等 要 求 较 高 的 建 筑 中 ， 采 用 双 层 窗 。寒 冷 地 区 普 通 居 住 建 筑 和 一 般 公 共 建 筑 ， 可 采 用 单 层 窗 ！高 级 建 筑 以 及 热 环 境 要 求 较 高 的 建 筑 如 托 儿 所 、 疗 养 院 等 ，北 向 窗 户 可 采 用 双

44、 层 窗 或 单 层 双 玻 璃 窗 。 63 l 在 围 护 结 构 中 ， 常 有 保 温性 能 远 低 于 主 体 部 分 的 嵌入 构 件 ， 这 些 部 位 的 传 热量 比 主 体 部 分 大 得 多 ， 所以 他 们 内 表 面 的 温 度 也 比主 体 部 分 低 ， 在 建 筑 热 工学 中 ， 把 这 些 容 易 传 热 的部 分 叫 “ 热 桥 ” 。 “ 热 桥 ”即 是 热 量 容 易 通 过 的 地 方 。l 外 墙 中 的 钢 或 钢 筋 混 凝 土骨 架 、 圈 梁 ； 楼 板 、 墙 板中 的 肋 条 等 都 属 于 “ 热桥 ” 。 64 65 l 在 围

45、护 结 构 中 ， 热 桥 是 不 可 避 免 的 。 热 桥 如 果 传 热 量 过 大 ，内 表 面 的 温 度 就 会 过 低 ， 就 有 必 要 校 核 热 桥 内 表 面 是 否 会 结露 ， 以 确 定 保 温 措 施 。 为 此 ， 要 掌 握 热 桥 内 表 面 温 度 的 计 算方 法 ：l （ 1） 肋 宽 与 结 构 厚 度 比 1.5R为 修 正 系 数 ， 根 据 热 桥 形 式 及 肋 宽 和 厚 度 的 比 值 ， 表 4-6或 4-7热 桥 部 位 传 热 阻 ， m 2K/W 0 0 0 0i i i i eR R Rt R t tR R 66 （ 2） 肋

46、宽 与 结 构 厚 度 比 1.5决 定 内 表 面 温 度 的 因 素 ：热 阻 、 相 对 尺 度 、 位 置 及 主 体 部 分 热 阻 0R 0R 0i ei i it tt RR 67 l 如 果 运 用 温 度 计 算 公 式 求 出 的 热 桥 内 表 面 温度 比 房 间 的 露 点 温 度 还 低 ， 就 要 预 先 对 热 桥采 取 局 部 保 温 措 施 。l 贯 通 式 热 桥 ： 以 硬 质 泡 沫 塑 料 或 其 他 保 温 材料 ， 结 合 墙 壁 内 粉 刷 综 合 处 理 。 保 温 层 的 厚度 和 保 温 层 的 宽 度 都 有 所 要 求 。 68 贯

47、通 式 热 桥 保 温 ： （ 1） 保 温 层 的 厚 度 d由 下 式 确 定 ； （ 2）主 体 部 分 的 厚 度 与 热 桥 的 宽 度 a大 小 决 定 保 温 层 的 宽度 。 l 0 0 0od R RdRR 热 桥 保 温 层 的 厚 度 ，热 桥 保 温 材 料 的 导 热 系 数主 体 部 分 的 传 热 阻热 桥 部 分 的 传 热 阻保 温 层 的 宽 度 应 达 到 下 面 的 规定 大 小 l 5.1 la 时 ，当 2.0a l 当 时 ，A） 、 保 温 层 厚 度 ：B） 、 保 温 层 宽 度 ： 69 l非 贯 通 式 热 桥 ： 首 先 要 尽 可 能

48、 将 非 贯 通 热 桥 布 置 在 靠 近室 外 一 侧 (冷 侧 ） ， 此 时 内 表 面 的 温 度 要 比 热 桥 靠 近 室 内 一侧 （ 暖 侧 ） 时 高 得 多 ； 然 后 ， 在 按 贯 通 热 桥 的 处 理 方 法 ，在 室 内 一 侧 加 一 定 厚 度 和 宽 度 的 保 温 材 料 。 0 0d R R 1.5a l 当 时 ， 2.0a l 当 时 ，A） 、 保 温 层 厚 度 ：B） 、 保 温 层 宽 度 ： 70 3） 围 护 结 构 交 角 处 的 保 温 设 计 围 护 结 构 的 交 角 ， 包 括 外 墙 转 角 、 内 外 墙 交 角 、 楼板

49、 或 屋 顶 与 外 墙 的 交 角 等 。 在 这 些 部 位 ， 散 热 面 积 大 于 吸 热 面 积 ， 气 流 不 畅 ，吸 收 的 热 量 少 ， 而 散 失 的 热 量 多 ， 其 结 果 ， 交 角 处内 表 面 温 度 比 主 体 部 分 低 ， 往 往 结 露 或 结 霜 。l 71 综 合 国 内 外 实 验 研 究 的 结 果 ， 外 墙 角 低 温 影 响 带 ，大 约 是 墙 厚 的 1.52.0倍 下 图 ： 单 一 材 料 匀 质 外墙 角 l 72 l 由 于 交 角 处 的 温 度 比 主 体 低 ， 在 设 计 时 要 注 意 计 算 其 内 表 面的 温

50、 度 ， 判 断 内 表 面 的 温 度 是 否 低 于 室 内 的 露 点 温 度 。 民用 建 筑 热 工 设 计 规 范 给 出 的 内 表 面 温 度 计 算 公 式 ： i ei i iot tt RR ie ittR 室 内 计 算 温 度 ,居 住 建 筑 18度 ， 高 级 、 托 幼 20度 ；室 外 计 算 温 度 ， 按 表 4-1中 1类 围 护 结 构 的 室 外 计 算温 度 取 值 ；外 墙 角 处 内 表 面 换 热 阻 ， 取 0.11m2.K/W;比 例 系 数 ， 根 据 外 墙 热 阻 按 表 3-10取 值 。 73 l 如 果 交 角 内 表 面 的

51、 温 度 低 于 露 点 温 度 td ， 则 应 采 取适 当 的 局 部 保 温 措 施 。 保 温 材 料 的 最 小 热 阻 按 下 式计 算 ： min i e i ead ii d i it t t tR Rt t t 设 计 时 ， 可 根 据 最 小 附 加 热 阻 值 ， 选 择 材 料 ， 确 定 构 造 。 74 在 采 暖 设 计 中 ， 应 尽 可 能 的 将 采 暖 系 统 的 立 管 或 横 管 布置 在 交 角 处 ， 以 提 高 该 处 的 温 度 。 75 几 种 交 角局 部 保 温 示 例 76 门 的 热 阻 一 般 比 窗 的 热 阻 大 ， 而 比

52、 外 墙 和 屋 顶 的 热阻 小 ， 也 是 建 筑 外 围 护 结 构 保 温 的 薄 弱 环 节 ， 应 尽可 能 选 择 保 温 性 能 好 的 保 温 门 。几 种 常 见 门 的 传 热 阻 和 传 热 系 数序 号 名 称 传 热 阻 传 热 系 数 备 注1 木 夹 板 门 0.37 2.7 双 面 三 夹 板2 金 属 阳 台 门 0.156 6.43 铝 合 金 玻 璃 门 0.164 0.156 6.1 6.4 3 7mm厚 玻 璃4 不 锈 钢 玻 璃 门 0.161 0.150 6.2 6.5 5 11mm厚 玻 璃 5 保 温 门 0.59 1.70 内 夹 30m

53、m厚 轻 质 保 温 材 料6 加 强 保 温 门 0.77 1.30 内 夹 40mm厚 轻 质 保 温 材 料 77 l 在 建 筑 中 利 用 太 阳 能 的 方 式 有 两 种 ：l主 动 式 ： 在 运 行 过 程 中 ， 需 要 机 械 动 力的 驱 动 ， 才 能 达 到 采 暖 和 制 冷 的 目 的 。l被 动 式 ： 利 用 建 筑 构 件 通 过 自 然 方 式 收集 和 传 送 日 辐 射 热 量 ， 不 需 机 械 动 力 。l 本 书 只 对 被 动 式 太 阳 能 的 利 用 作 介 绍 78欧 式 太 阳 房 79 80 l直 接 受 益 式l集 热 墙 式l附

54、 加 阳 光 间 式l另 外 有 ： 屋 顶 池 式 对 流 环 路 式 81 太 阳 房 集 热 方 式 -直 接 受 益 式l 直 接 受 益 式 的 特 点 ：l 南 向 大 窗 口 ， 冬 季 白 天 使 大 量阳 光 透 入 ， 夜 间 则 用 专 门 的 保温 窗 帘 或 保 温 板 遮 挡 窗 口 。 室内 地 面 需 用 蓄 热 能 力 大 的 材 料 ，如 砖 或 混 凝 土 等 做 成 ， 在 白 天吸 热 并 储 存 热 量 ， 夜 间 不 断 向室 内 释 放 ， 使 室 内 维 持 一 定 温度 ， 其 他 朝 向 的 各 面 围 护 结 构则 尽 量 加 强 保 温

55、 ， 减 少 热 量 散失 。 82 太 阳 房 集 热 方 式 -集 热 蓄 热 墙 式 1956年 ， 法 国 学者 特 朗 勃 （ Trombe）等 提 出 了 现 已 流 行 的集 热 方 案 ： 83 太 阳 房 集 热 方 式 -集 热 蓄 热 墙 式l 集 热 蓄 热 墙 式 有 透 光 玻 璃 外 罩 和 蓄 热 墙 体 组 成 ， 其 间 留 有空 气 间 层 ， 有 的 在 墙 体 的 下 部 和 上 部 设 有 进 出 风 口 。 蓄 热墙 向 室 内 供 暖 通 过 两 种 方 式 ：l 一 是 ： 白 天 墙 体 （ 涂 有 吸 收 率 高 的 涂 层 ） 外 表 面

56、 吸 收 太 阳的 辐 射 后 通 过 传 导 将 热 量 传 至 内 表 面 ， 向 室 内 散 发 ；l 二 是 ： 在 玻 璃 与 蓄 热 墙 间 的 空 气 被 蓄 热 墙 体 外 表 加 热 后 ，热 空 气 通 过 墙 体 上 风 口 送 入 室 内 ， 室 内 冷 空 气 则 通 过 下 风口 进 入 空 气 间 层 ， 形 成 向 室 内 连 续 送 热 风 的 对 流 循 环 ； 夜间 则 关 闭 上 、 下 通 风 口 ， 停 止 工 作 。 l 为 防 止 在 夜 间 室 内 热 量 向 室 外 散 发 ， 在 玻 璃 外 侧 应 设 保 温窗 帘 或 保 温 板 ， 其

57、 他 朝 向 的 围 护 结 构 也 应 加 强 保 温 。 84 太 阳 房 集 热 方 式 -附 加 阳 光 间 式 85 太 阳 房 集 热 方 式 -附 加 阳 光 间 式l 附 加 阳 光 间 式 的 特 点 ：l 有 阳 光 间 与 主 体 房 间 相 邻 ， 阳 光 间 不 但 有 很 大 的 窗 口其 地 面 也 是 蓄 热 体 ， 阳 光 通 过 玻 璃 照 射 到 蓄 热 体 上 ，储 存 热 量 ， 提 高 室 内 温 度 ， 而 主 体 房 间 是 通 过 与 阳 光间 相 邻 的 墙 或 窗 获 得 热 量 。 夜 间 用 保 温 窗 帘 将 阳 光 间与 主 体 间

58、 隔 开 。l 为 防 止 阳 光 间 夏 季 过 热 ， 在 窗 上 方 应 有 可 调 节 的 排 气孔 和 遮 阳 措 施 。 86 太 阳 房 集 热 方 式 -屋 顶 池 式l 屋 顶 池 式 又 称 蓄 热 屋 顶 ， 可兼 有 冬 季 采 暖 和 夏 季 降 温 双重 功 能 。l 屋 顶 组 成 ： 主 要 有 作 为 蓄 热体 的 装 满 水 的 密 封 袋 和 其 下的 金 属 薄 板 顶 棚 及 顶 部 可 移动 的 保 温 盖 板 组 成 。l 白 天 晚 上 打 开 关 闭 时 间 不 一样 87 太 阳 房 集 热 方 式 -对 流 环 路 式l 一 般 是 指 利

59、 用 附 加 在 房 间 南 向 的 空气 集 热 器 向 房 间 供 热 ， 其 供 热 方 式 ：l 被 日 辐 射 加 热 的 空 气 借 助 于 温 差 产生 的 热 压 从 集 热 器 流 到 设 于 地 板 下的 卵 石 床 内 ， 空 气 中 的 热 量 逐 渐 被卵 石 吸 收 而 变 冷 ， 冷 却 后 的 空 气 又从 下 部 进 入 集 热 器 再 次 加 热 ， 蓄 热后 的 卵 石 床 在 夜 间 或 冬 季 通 过 地 面向 室 内 供 热 。 如 用 风 扇 来 加 强 热 空气 的 流 动 ， 效 果 更 好 。 88 l（ a） 太 阳 房 的 热 稳 定 性 ： 集 热 面 朝 向 ；蓄 热 体 的 配 置 和 集 热 墙 厚 度 。l（ b） 夏 季 的 防 热 ： 集 热 面 的 遮 阳 ； 太 阳房 的 环 境 绿 化 89 本 讲 作 业 ：P86: 3; 4 下一讲：建筑防潮设计！ 90 l1、 建 筑 保 温 减 少 冷 风 影 响 的 措 施 ？l2、 “ 体 型 系 数 ” （ S） ？l3、 保 温 或 绝 热 材 料 可 以 归 纳 为 哪 三 类 ？l4、 单 设 保 温 层 复 合 结 构 大 体 上 可 分 为 哪几 类 ？l5、