建热六保温.ppt

概述：,我国民用建筑热工设计规范GB50176-93按下列条件，将全国划分成五个建筑热工设计分区： 严寒区：最冷月平均温度10，日平均气温 5 的天数，在145天以上的地区； 寒冷区：最冷月平均温度 010 ，日平均气温 5 的天数在90145天的地区； 夏热冬冷区：最冷月平均温度010 ，最热月平均温度2530； 夏热冬暖区：最冷月平均温度大于10 ，最热月平均温度2529；日平均气温 25 的天数在100200天，夏季防热、冬季可不保温； 温和地区：最冷月平均温度013 ，最热月平均温度1825。日平均气温 5 的天数在090天,第三章 建筑保温节能设计,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节能两方面的问题。,建筑保温包括： 围护结构保温 建筑方案设计中的保温综合处理,第一节 围护结构的保温设计的基本原则,建筑保温的途径,使房间保持必要的温度主要有两个途径：一是增加房间 的供热量，二是减少房间的热损失。虽然保温设计的主要任务在于后者，但在不消耗地球能源、不污染地球环境的情况下，能给房屋提供热量，减少热损失是应该首选的方案。为此必须注意以下基本原则。,一、 充分利用太阳能等再生能源,通过合理设计房屋的朝向及间距，一方面，以使房间在冬 天获得更多的日照；另一方面，辐射到墙壁和屋顶的太阳能会使围护结构温度升高，减少房间热损失，晚上又起到缓慢供热和保温的作用。,充分利用太阳能对建筑保温的重要意义 （ 1 ） 太阳能能量密度高； （2）太阳能为清洁能源； （3）太阳能廉价； （4）太阳能有利于人体健康； （5）太阳能的利用非常现实。,地球上除太阳能外，其它自然能源还有地热能、风能、潮汐能，充分开发利用它们是建筑节能改善环境的重要途径。,二、防止冷风的不利影响,冷风对保温的不利影响有二：一是通过门窗、孔隙渗入室内，使房间迅速降温；二是作用于外表面，增加了外表面的散热。结果都是使室内温度降低。,设计时必须尽量不使大面积的围护结构的外表面朝向冬天的主导风向；并尽量不使门窗、洞孔在迎风面上；提高门窗的密封性。,房间密封虽可减少热两损失，有利于节能保温，但过分密闭会降低房间的换气量，即不卫生，又不利于控制房间的温度，易使房间物件表面结露，围护结构内布受潮。因此，在进行保温设计的同时，注意保持房间一定的换气量是必要的。,三、选择合理的建筑体型及平面形式,从保温的角度来看，建筑面积越大，其散热就越多，对房间保温就越不利。因此，应该尽量选择合理的建筑体型及平面形式，以使整个建筑物的外表面面积最小，当出于艺术造型的考虑必需设计曲折凸凹形状时，也要尽量处理好两者的关系，让外表面积控制在最小的水平上。,四、围护结构应具有足够的保温性能,围护结构的热耗散与通过平壁的热流强度有着直接的关系,当室内外温差一定的条件下,与平壁的总热阻成反比.因此为了减少围护结构的热损耗， 热工规范中以总传热阻为围护结构保温性能的指标,要求设计中围护结构的总热阻不得小于规定的标准值.,五、避免潮湿,防止冷凝,由前讨论知:在大多数情况下,材料的导热系数随材料的含湿量增大而增大,因而会导致热阻减小,削弱了材料的保温性能.因此避免潮湿,防止冷凝是保温设计时必须注意的.,六、使房间具有良好的热特性与合理的供热系统： 房间的热特性应适合使用要求。例如：全天使用的房间应有较大的热稳定性，以防止室外温度下降或间断供热时，室温波动太大；对于只白天使用或只有一段时间使用的房间，要求在开始供热后，室温能较快上升到所需标准。 当室外气温昼夜波动，特别是寒潮期间连续降温时，为使室内气候能维持所需的标准，要有合理的供热系统。,七、窗的设置和保温 玻璃窗的热阻远小于其它围护结构，是保温重点部位。 （1）增加窗的层数； （2）改善窗框和玻璃的传热性能。,八、热桥处理 建筑保温条件薄弱的局部：墙转角、圈梁、窗过梁、檐口等处。,第二节 外围护结构的保温设计,房间的使用性质及技术经济条件决定了人们对其保温能力的要求。外墙及屋顶是建筑外围护结构的主体部分，其保温设计要着重考虑：首先保证内表面不结露，对大量的民用建筑，还需避免内表面产生过强的冷辐射，同时要求房间的热损失尽可能少并具有一定的热稳定性。,围护结构保温设计的依据,民用建筑热工设计规范（GB50176 93）,民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（JGJ 26 95）,还有一些规范和标准不属建筑设计范围，但与之关系密切。这些都是房屋围护结构保温设计的依据。,围护结构的保温设计要符合民用建筑热工设计规范和民用建筑节能设计标准的规定，应使围护结构的保温性能满足“最小传热阻”和传热系数限值的要求。,一、围护结构的最小传热阻,由前面讨论，在稳定传热的情况下，可通过加大围护结构的总热阻R0来实现。但R0加大必然导致建筑造价及维护费用的增加。节省建造费但增加采暖费；无限增加热阻，节省采暖费但浪费建造费，存在最佳经济热阻。于是，人们自然希望找到一个既能满足建筑保温的需要，又能使相应的建筑及维护费最低的结构总热阻。这一热阻称为经济热阻。我国采用经济热阻还有困难，因此改用最小传热阻。,世界发达国家外墙保温标准逐渐提高。英国（气候与上海相近）1973年前外墙传热系数1.6w/(m2k)，1974年后1.0w/(m2k) ，1982年后0.6w/(m2k) ，1988年后0.45w/(m2k)。与北京相近气候的发达国家约为0.35w/(m2k)。我国北京为0.9w/(m2k)。,1、围护结构保温设计的基本指标 最小传热阻,围护结构的实际总热阻不能小于最小传热阻，否则，将严重影响使用功能和环境卫生，同时也将对人体产生过强的冷辐射。,就大量工业和民用建筑，控制围护结构内表面温度不低于室内露点温度，以保证内表面不致结露是起码的要求。,2. 围护结构最小传热阻的确定,根据民用建筑热工设计规范（GB5017-93）最小总热阻的计算公式：,te 冬季室外计算温度。,ti 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 。,最小传热阻 。,t 室内空气与外墙或屋顶内表面之间的允许温差。,n 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。,围护结构内表面换热阻 。,（1）冬季室外计算温度te取值,由于室内、室外空气温度都有不同程度的波动，围护结构热稳定性的大小对保持室内气温和内表面温度的稳定性起着非常重要的作用。因此冬季室外温度取值的大小与所设计的外墙或屋顶的热惰性指标D的大小有关。一般来说，D大，te取值就大； D小，te取值就小。,针对这种情况规范对te的取值的选取作了具体规定。,见教材P91 表41,冬季室外计算温度te（）,类型 热惰性指标D值 te取值 典型城市的te值, 6.0 te tw 北京，9；西安 5, 4.16.0 te0.6tw0.4te，min 北京，12；西安 8, 1.64.0 te0.3tw0.7te，min 北京，14；西安 10, 1.5 te历年最低一日平均温度te，min 北京，16；西安 12,注： tw 采暖室外计算温度，相当于寒冷期连续10天左右的平均温度，。 te，min 历年最低一天的平均温度，。,对实体砖墙，当 D = 1.64.0 时，其冬季计算温度仍按型取值。,可查阅429附录7,(2)温差修正系数n值,在计算围护结构的R0，min时，要以结构内、外的计算温度之差为依据。但在房屋建筑中，有些需保温的围护结构并不直接与室外相邻。因此结构两侧的温差要小于室内、外温差。需要在计算中作必要的修正。(p91 表4-2),(3)导热系数和蓄热系数需要修正,在围护结构保温设计中，材料和构件的种类很多，而影响材料导热系数的因素较多，实际状况有时又难以预料。由于围护结构的保温性能是以其最小总热阻为指标，为了避免出现保温性能的隐患，有时需要对材料导热系数进行修正。下面列出规定的修正系数。(见教材P419 附录2）,导热系数及蓄热系数 S 的修正系数值,序号 材料、构造、施工、地区及使用情况 ,1.60,铺设在密闭屋面中的多孔保温材料（加气混凝土、泡沫混 凝土及水泥膨胀珍珠岩、石灰炉渣等）因干燥缓慢,1.50,3 铺设在密闭屋面中或作为夹芯层浇筑在混凝土构件中的半硬质矿棉、岩棉、玻璃棉等，因压缩及吸湿,1.20,4 作为夹芯层浇筑在混凝土构件中的泡沫塑料等，因压缩,1.20,开孔型保温材料（如水泥刨花板、木丝板、稻草板）表面抹灰或与混凝土浇筑在一起，因灰浆渗入,1.30, 加气混凝土、泡沫混凝土砌砖墙体及加气混凝土条板墙面 因灰缝影响,1.25,7 填充在空心墙体及屋面构件中的松散保温材料（稻草、矿棉等）因下沉,1.20,矿渣混凝土、炉渣混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、加气混凝土等实心墙体及屋面构件，在严寒地区，且室内平均湿度大于65，因干燥缓慢,1.15, 作为夹芯层浇筑在混凝土墙体屋面构件中的块状保温材料（加气混凝土、泡沫混凝土及水泥膨胀珍珠岩等），因干燥缓慢及灰缝影响,（5）轻型外墙最小传热阻的附加值,对热稳定性要求较高的建筑（居住、医院、幼儿园等），采用轻型材料时，外墙的最小传热阻要在计算的结果上进行附加。附加值按P92 表44取值。,（4）室内空气与外墙或屋顶内表面之间的允许温差t ,允许温差是根据卫生和经济的要求提出的，按允许温差设计的围护结构其内表面一般不会低于结露温度。见P92 表43.,国家制定的标准及规范是很具体、很全面的，在保温设计时要认真学习、领会。,例题示范,1. 北京市某医院建筑外墙采用图示的结构，若要满足保温要求，保温层应有多厚？,1 混合砂浆,2 加气混凝土,3 水泥砂浆,解：,一、查附录表得,1 混合砂浆 10.87W/mk S110.75W/m2k,2 加气混凝土 20.19W/mk S12.81W/m2k,3 水泥砂浆 30.93W/mk S111.37W/m2k,二、查表(p429)知北京市冬季室外计算温度te为：, D 6.0 te 9 ；, 4.16.0 te12；, 1.64.0 te14；, 1.5 te16；,三、因为外墙与室外空气接触,查表知 n 1.0 t = 6.0,四、假设墙体为II 型结构， 则 te 12 ； 由于是医院 ， ti 20 。,故有,根据规范中的规定，对医院、加气混凝土板（轻型材料），最小总热阻应附加30，故,五、保温层应有的热阻,六、S 的修正,对墙板要考虑灰缝的影响，2 、S2 应该修正。查前面的表知：1.25，,七、保温层的最小厚度,由,八、验算热惰性指标 D,D值在1.64.0之间，属于III型，原II型假设不合适，再按III型计算。,n 1.0 、 t = 6.0 不变。,九、重算保温层的厚度,加气混凝土板厚150mm时，满足保温的需要。,2.西安地区一围护结构的外墙剖面如图。已知该地区冬季室外计算温度te 分别为 5 ， 8 ， 10， 12摄氏度，问该外墙是否符合建筑热工要求（室内计算温度为ti=18摄氏度),1、石灰砂浆厚0.02m, 面积为10.1m2.,2、钢筋混凝土厚0.3m,面积17.2m2.,3、水泥砂浆厚0.02m,面积为11.2m2,解：判断外墙是否符合建筑热工要求，标准是看外墙是否满足最小总热阻的要求。,1、计算外墙总热阻,是多层壁热阻；,是内外表面热转移阻,2、计算最小总热阻,(由题知外墙为实心墙，其热惰性指标),故：,te = -10oC , 查表 n=1 ,3、比较,由上可知，此外墙不符合建筑热工要求，需要作保温处理。,练习：哈尔滨地区准备建造的住宅其屋顶构造为10mm二毡三油，20mm水泥砂浆，加气混泥土（0500），10mm水泥砂浆，30mm钢筋混凝土板（由上自下），试确定保温层的厚度。,二、围护结构平均传热系数的限值,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最低要求。如果遇到间歇采暖的间隔时间过长，就会出现内表面温度低于露点温度的情况。这样就要求缩短采暖间隔时间。结果是节省了建造费用，增加了采暖费和采暖能耗。因此，从经济和节能的角度对不同地区采暖建筑各部分围护结构的传热系数数值作了限值。见P430、P431的 附录8、附录9.,外围护结构的传热系数是考虑了周边热桥影响后的平均传热系数，计算公式如下：,外墙平均传热系数,外墙主体部位传热系数,外墙周边热桥部位传热系数,外墙主体部位面积,热桥各部位的面积,例题见P94 例41,绝热材料按材质构造分有：多孔的、板（块）状的和松散状的。,从化学成分看有：无机材料，如膨胀矿渣、泡沫混凝土、加气混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石及浮石混凝土、硅酸盐制品、矿棉、玻璃棉等；有机材料，如软木、木丝板、甘蔗板、稻壳等；各种泡沫塑料；铝箔等反辐射性能好的材料。,材料的选择要结合建筑物的使用性质、构造方案、施工工艺、材料的来源以及经济指标等因素，要按材料的热物理指标及有关的物理化学性质进行具体分析。,一 保温绝热材料的选择：,第三节 围护结构保温构造方案,具体见P96 表45,1、单设保温层 在房屋建筑中，由于承重层必须采用强度高、力学性能良好的材料或构件，但这些材料的导热系数大，在结构要求的厚度内达不到保温的要求因此需要用导热系数很小的材料作保温层起主要保温作用。 保温层不起承重作用，所以选择的灵活性较大，不论是 板块状，纤维状以至松散颗粒状材料均可应用。,二 保温构造方案,空心砌块保温与承重结合构造,2、保温与承重相结合 如果承重材料或构件除具有足够的力学性能外，同时还具有足够的热阻值，就能二者合为一体，如空心板、空心砌块、轻质实心砌块等，既能载重又能保温。这种构造简单、施工方便，多用在低层或多层墙承式结构。,3、复合型构造 当单独用某一种方式不能满足保温要求，或为达到保温要求而造成技术经济上不合理时，往往采用混合型保温构造。例如既有实体保温层，又有空气层和承重层的外墙或屋顶结构。如图是一个200C的恒温车间外墙构造。,1混凝土； 2粘结剂； 3聚氨脂泡沫塑料；4木纤维板； 5塑料薄膜； 6铝箔纸板； 7空气间层； 8胶合板涂油漆,保温层的放置方法及其特点:,保温层放置的位置对围护结构的造价、质量、施工有很大影响,其保温及防冷凝效果有很大不同,其放置方式一般有三种:,()保温层置于承重层内层,优点加热时室内升温快,且没有雨水渗入保温层的麻烦.多用于剧场及体育馆等间歇使用的场所;但对间歇供暖、连续使用的居住房间,热稳定性不足.,()保温层置于承重层的中间,其优点是保温材料不需具有特别高的强度,且不会大气侵蚀及室内潮气的侵入,选材相对容易,因此被广泛采用.但对两侧均为非透气性材料时,要严格控制保温材料的湿度,且要防止外界水分的渗入.,()保温层置于承重层的外侧,亦称外保温.,保温层在承重层外侧的优点： 、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，提高结构的耐久性。此外，外保温对减少防水层的破坏，也是有利的。,、由于承重层材料的热容量一般都远比保温层大，所以这种布置方式对房间热稳定性有利。当供热不均匀时可保证围护结构内表面的温度不致急剧下降，从而使室温不致很快下降。,、保温层放在外侧时，使水蒸气“进难出易”，将减少保温层内部产生水蒸气凝结的可能性。,、旧房改造，特别是为了节能而加强旧房的保温改造时，外保温处理效果最好。,由于保温层多为轻质多孔材料,放在结构外侧,要根据选材的情况妥善保护.,e、外保温可消除热桥影响，节省保温材料，降低成本，适当增加使用面积。,三、 传热异常部位的设计要点,1、地板保温,2、窗户保温,3、热桥,4、其它传热异常部位保温,人脚与地板直接接触传热 以木地面和水磨石两种地面为例，即使它们的表面温度完全相同，但若赤脚站在水磨石地面上，就比站在木地面上凉得多。这是因为两者的吸热指数 B 不同造成的。,木地面:B=10.5 水磨石:B=26.8,采暖建筑地面热工性能按地面吸热指数分为三类，不同使用的建筑采用不同的类型。见P105 表49,1、地板保温,地面吸热指数由地面所用材料和构造决定。,沿外墙周边局部保温处理 越靠近外墙，地板表面温度越低，单位面积的热损失越多。为改善外墙周边地板的热工状况，可采用图示的局部保温措施。,2、窗户保温,窗户保温性能低的原因，主要是缝隙透气；玻璃、窗框和窗樘等的热阻太小。下表是常用的各类窗户的总传热系数和总传热阻的值。,（1）提高气密性，减少冷风渗透。,针对我国目前的情况，应从以下几方面来改善窗的保温性能：,（2）提高窗框保温性能。,（3）改善玻璃部分的保温能力。,（4）紧跟和应用新发展的窗户超级隔热技术,见P101,3、热桥保温,围护结构中，一般都有保温性能远低于主体部分的嵌入构件，如外墙体中的钢筋混凝土骨架、圈梁；楼板、墙板中的肋条等，称为热桥。热桥就是热量容易通过的地方。,热桥内表面的温度往往低于主体部分，按最小传热阻设计的围护结构只保证主体部分的保温要求，对热桥部位要单独校核，低于露点就要作保温处理。,民用建筑热工设计规范对围护结构常见的五种形式的热桥的内表面温度按以下公式计算： 见 P101102,（1）当肋宽和结构厚度比小于等于1.5时：,（2）当肋宽和结构厚度比大于1.5时：,构造方式也会影响热桥的保温性能，设计时要遵循以下原则：,（1）、尽量避免出现贯通式热桥，如果必须使用，可在热桥部位采用局部保温处理。,（2）、尽量将非贯通式热桥布置在靠室外的一侧，此时内表面温度要比热桥布置在靠室内时高得多。,（3）、尽量减少热桥断面面积。热桥断面面积越小，通过热桥的热损失越小。,阅读 P103【例43】,4、其它传热异常部位保温,围护结构的其它传热异常部位有：外墙角、外墙与内墙交角、楼地板或屋顶与外墙交角等。 如图为一单一材料匀质外墙角。,如图是加气混凝土复合墙板外墙角的保温处理。,第四节 室内供热不均匀时外围结构与房间的热稳定性,对于室内供暖的房间，往往由于室内供暖不均匀，引起室内空气温度出现波动，其波动的程度取决于供暖情况与房间的热稳定性。据对北京的部分建筑实测统计表明，当供热设备放热周期为12小时、散热器平均水温为2060时，对热稳定性较好的砖混结构房间，室内气温波幅一般在13以内；对热稳定性较差的加气混凝土、框架轻板结构房间，室内气温波幅可达35.室内气温的波动，会引起围护结构内表面温度的波动,室内气温和围护结构内表面温度波动过大，会引起人体不舒服的感觉，同时可能会引起围护结构内表面结露而使结构受潮。,一、问题的提出,因此，在设计外围护结构时，除了要确定其最小传热阻外，还要检验其热稳定性。,二、外围护结构的热稳定性,外围护结构的热稳定性: 当通过围护结构的热流产生波动时，围护结构控制其内表面温度变化的能力。,如果热流波幅相同，围护结构内表面温度波幅愈小，说明该围护结构的热稳定性愈好；反之，如果热流波幅相同，内表面温度波幅愈大，说明该围护结构的热稳定性愈差。,引入外围护结构的热稳定系数s来反应此性质。,定义：,s 外围护结构的热稳定系数；,ti、te 分别为采暖室内、外空气计算温度，；,Aif 外围结构内表面温度波幅， 。,以下通过变换导出s的计算式：,1）外围结构内表面蓄热系数的定义：,式中,Aq 通过外围结构内表面热流波动的振幅，W/m2k。它决定于室内采暖设备供热的不均匀程度，即供热的波幅。,采暖设备供热量的波幅可表示为： Aqmq,式中,m 采暖设备供热的不均匀系数，即,其值可由实测确定。,qmax 采暖设备的最大供热量，W/m2；,采暖设备的平均供热量，等于通过围护结构的热流强度， W/m2；,因此，,将以上各式代入s的定义式，整理得s的计算式：,由上式可见，为了提高外围护结构的热稳定性，可采用下列措施：,1. 提高外围护结构的总热阻。,2.增加外围护结构内表面的蓄热系数，应将蓄热系数大的材料布置在围护结构的内侧。,3.选用放热均匀的采暖设备和缩短供热间歇时间，以降低采暖设备不均匀供热系数m值。,外围护结构应具有最低限度的热稳定系数，应使其在供热不均匀时，内表面温度波幅不至于过大而产生冷凝水。,1. 提高外围护结构的总热阻。,2.增加外围护结构内表面的蓄热系数，应将蓄热系数大的材料布置在围护结构的内侧。,三、房间的热稳定性,房间的热稳定性，是表明采暖设备供热有波动时，室内空气温度的波动程度。在其他条件相同时，室内温度波动愈小，房间热稳定性愈大。,以,表示室内空气温度波动的振幅.,外围护结构内表面的热流波幅为Aq:,如果忽略热流波动与温度波动的相位差，则有：,（1）,（2）,（3）,将（2）、（3) 两式代入（1）式，得到：,若将,代入上式，可得：,整理得：,令,上式可写为：,我们将Bi值叫做围护结构内表面上的吸热系数。它是围护结构内表面的热流波幅与室内空气温度波幅的比值，单位W/m2k.,吸热系数可理解为：当室内空气温度波动1时，在单位时间内围护结构内表面单位面积所吸收或放出的热量。,若围护结构内表面面积为Fi，则，房间全部围护结构内表面吸收或放出的热量为BiFi。,对比,则有：,式中,AQ 通过房间全部围护结构内表面的热流波幅，W；,Ai 室内空气温度波幅，；,Bi 围护结构的内表面吸热系数，W/m2k;,Fi 围护结构的内表面面积，m2。,根据采暖设备的不均匀供热情况，有：,式中,采暖设备平均供热量(功率)，W。,联立两式，得：,上式没有考虑热流与室内空气波动、热流与围护结构内表面温度波的相位差，因此可对Bi乘以一个修正系数1.08. 此外温度的周期性波并不是简谐波动，因此对Ai要乘以另一修正系数0.95.又因采暖设备对Ai的影响只考虑了对流换热形式，若考虑辐射放热影响，可将Ai再乘以0.8的修正系数。将修正系数都代入，则有,这就是决定室内空气温度波动振幅的公式。从卫生的角度要求，室内气温的波幅以不超过 3为限。,例题 北京地区一位于顶层端头的砖混结构房屋，其围护结构构造见下描述。房间宽3.3m，深5.0m，层高2.9m，窗户面积2.34m2，假设采用昼夜两次波动放热的供热制度，m0.7。室内空气计算温度16，室外空气计算温度10。求房间的室内气温波动值(波幅)。,(1),外墙：370砖砌体、石灰砂浆20。,R00.64 K01.56 Yif10.36,计算通过外墙的Q、BiFi,BiFi4.7321.73102.8W/K,(2) 加气混凝土屋顶：二