建筑设备节能新技术第三章.doc

建筑设备节能新技术第三章第三章 围护结构节能技术3.1 概述一、围护结构与建筑节能的关系研究表明，围护结构传热耗热量占总建筑耗热量的比例为7377%，其中外墙约占25%左右。因此，围护结构节能设计是建筑节能的重要内容，同时也是建筑节能工作的基础条件。通过开发新型围护结构材料和部品，围护结构对建筑节能工作的贡献率为30%。我国建筑围护结构长期以来变化不明显，南方非采暖地区的外墙普遍采用24cm厚的实心砖墙，而北方严寒地区大多采用49cm和62cm厚的实心砖墙作为墙体保温和承重，单一材料作为外墙围护结构的保温隔热效果都很差。有些地区东、西山墙和顶层房间的墙角出现结露现象，很大程度上影响建筑的居住舒适性。国内绝大多数采暖地区围护结构的保温隔热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.54.5倍，外窗为23倍，屋面为36倍，门窗的空气渗透为36倍。单位面积的采暖能耗为相近条件的三倍左右。在我省采暖居住建筑中，小城镇和小城市低层建筑较多，大城市多层建筑多，近年来还新建了一些中高层和高层建筑。在围护结构保温水平大体相同条件下，低层建筑耗热量指标要比多层建筑高10%30%。我省长期以来，因片面强调减低建筑造价，导致建筑围护结构过于单薄，门窗缝隙过大，采暖能耗过高。国家对节约能源，改善居住条件非常重视，结合我国国情，提出了采暖居住建筑节能到本世纪末要实现的两步目标，我省根据省政府96年10月下发的关于发展新型墙体材料和推广节能建筑的通知的要求，结合我省实际情况，即从1996年起新建采暖建筑能耗在当地1981年通用设计能耗水平基础上普遍降低30%。2001年起在降低30%。两个目标实现后，我省新建采暖居住建筑将在1980年的基础上节能50%，并于2000年发布了DBJ41/041-2000节能50%标准，经过5年的执行应用，为我省建筑节能的发展起到了积极的作用，但随着节能的发展，已落后欧洲和北京等地区，为赶上全国建筑节能的步伐，落实中央节能省地型建筑的精神，省建设厅在2005年4月25日发布了节能65%的新标准DBJ41/062-2005（2005年7月1日实施），即在1980年的基础上节能65%（现在的能耗是过去的35%）。二、围护结构保温设计1、居住建筑 规范：河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）DBJ41/062-20051）建筑物体形系数宜控制在0.30及0.30以下。2) 各部分围护结构传热系数（W/m2K）不应超过下列值：采暖期室外平均温度（）1.02.00.00.9代表城市郑州、新乡、许昌、开封、漯河、济源、鹤壁、商丘、洛阳、周口、三门峡、焦作安阳濮阳屋面或顶棚0.600.60外墙（体形系数0.30）0.750.70楼梯间隔墙1.651.65户门2.72.7窗户（含阳台门上部）2.82.8阳台门下部芯板1.721.72地面周边地面0.520.52非周边地面0.300.30接触室外或不采暖空间上部的地板0.50.53）围护结构热桥部位应采取保温措施，保证其内表面温度不低于室内空气露点温度。4）窗户（包括阳台门上不透明部分）面积不宜过大，不同朝向的窗墙面积比应符合下列规定： 北向窗墙面积比不应大于0.25； 东西向窗墙面积比不宜大于0.30； 南向有阳台的窗墙面积比不应大于0.35； 南向无阳台，且为中空玻璃窗或双层窗时，窗墙面积比不应大于0.45；5）若建筑物体形系数大于0.30或者围护结构部分（包括外窗）超过上表限值时，可对整个建筑物的耗热量指标进行验算，确保达到当地建筑物耗热量指标限值。6）设计中应采用气密性良好的窗户（包括阳台门），其气密性等级，在16层建筑中，不应低于现行国家标准建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法GB/T 7107规定的3级水平（窗户每米缝长的空气渗透量ql2.5m3/mh）；在730层建筑中，不应低于上述标准规定的4级水平（窗户每米缝长的空气渗透量ql1.5m3/mh）。相关概念：建筑物体形系数（S）：建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。窗墙面积比：窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围成的面积）的比值。建筑物耗热量指标（qH）：在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量。单位：W/m2采暖设计热负荷指标（q）：在采暖期室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由室内采暖设备供给的热量。单位：W/m2热桥（冷桥）： 围护结构中包含金属、钢筋混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，性能热流密集、内表面温度较低的部位，这些部位形成传热的桥梁，故称热桥。 2、公共建筑公共建筑节能设计标准GB50189-20051) 严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。2）围护结构传热系数限值（寒冷地区）：围护结构部位体形系数0.300.3体形系数0.40屋面0.550.45外墙（包括非透明幕墙）0.600.50单一朝向外窗（包括透明幕墙）窗墙面积比0.203.53.00.2窗墙面积比0.33.02.50.3窗墙面积比0.42.72.30.4窗墙面积比0.52.32.00.5窗墙面积比0.72.01.83) 外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。4）建筑每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.70。3.2 墙体保温的分类与评价墙体保温技术重点是外墙保温，现有外墙保温措施主要包括外墙自保温、外墙内保温、夹芯保温和外墙外保温。由于内保温和夹芯保温存在不可避免的“热桥”而逐步倍外墙外保温所取代，而外保温既适用于新建建筑，又适用于既有建筑的节能改造，所以国家作为重点工程推广，主要包括胶粉聚苯颗粒保温隔热砂浆、膨胀聚苯板薄抹灰、聚氨酯泡沫等系统。一、外墙内保温外墙内保温系统即保温材料置于外墙内侧，一般采用聚合物保温砂浆、石膏保温砂浆等，这个技术相对比较成熟。外墙内保温实在外墙内表面进行保温隔热施工，最初的保温隔热施工大部分都是内保温施工。其结构形式如下图。1、结构形式墙体结构基层处理：凿毛、湿水、找平或普通砂浆聚合物水泥砂浆拉毛保温层：现浇（预制）板材、膨胀珍珠岩保温材料、胶粉聚苯颗粒灰浆、聚苯板（EPS、XPS等）石膏砂浆层石膏、分散乳胶粉和外加剂组成网格布加强处理2、主要优点1）由于在室内施工，不考虑大气和雨水的侵蚀，对面层无耐候要求；2）施工便利，不受气候的影响，也不需要做防护措施；3）造价较低，可充分利用工业废物，不需要很多工具。3、主要缺点虽然外墙内保温技术运用广泛也较成熟，但外墙内保温的保温层构造位置使得建筑物外墙与内墙分别处在两个不同的温度环境。内墙及楼板处在室内的温度环境，如长年使住宅温度夏季控制2628。冬季控制816，则其年温差的变化在10左右，而围护结构外墙处在室外的温度环境，其年温差的变化在50左右。一般来说，环境温度每变化10会引起墙体万分之一的混凝土材料涨缩，加之内保温层厚度较大，这样使得这类建筑容易产生饰面层裂缝且占用室内的使用空间，墙体冷热桥的问题不易解决。其主要缺点表现如下：1）不能彻底消除热桥，从而削弱了墙体绝热性，使得绝热效率仅为30%40%；另外，由于热桥的影响，在内表面易产生结露。2）若面层接缝不严而空气渗漏，易在绝热层上结露。3）减少有效使用面积。4）室温波动较大，对墙体结构产生破坏作用。由于“内保温技术综合症”的影响，内保温做法将会缩短建筑寿命。二、外墙自保温外墙自保温系统是墙体自身的材料具有节能阻热的功能。1、 材料：加气混凝土砌块和伊通自保温系统2、主要优点：将围护结构和保温合二为一，无需另外附加隔热材料，在满足建筑要求的同时又满足保温节能的要求。3、主要缺点：自保温系统强度较低，抗裂性能不是很理想，时间长易产生墙体开裂，表面抹灰易空鼓、起壳和裂缝等质量问题。三、外墙夹芯保温1、结构保温层（岩棉板、聚苯板、玻璃棉板等）夹在墙体中间，一次浇注成型为复合墙体。2、主要优点：1）可代替加气混凝土砌块作为填充结构，解决加气混凝土砌块在施工中存在着抹灰易空鼓、起壳和裂缝等质量问题。2）绝热性能优于内保温技术，其绝热效率能达到50%75%。3）现场施工或预制，夹芯部分厚度可调，施工便利。4）造价较低。3、主要缺点：1）由于热桥的影响，削弱墙体绝热性能。联合钢筋和墙体的梁柱仍是热桥。2）墙体较厚，减少有效使用面积。3）优于保温层处在两层承重刚性墙体之间，抗震性能较差。4）预制板接缝易发生渗漏。5）优于结构两端的温度波动较大，易对墙体结构造成破坏。四、外墙外保温外墙外保温系统即保温材料处在外墙的外侧，由于其具有优良的保温节能效果，并可以消除结构性冷热桥，保护了主体结构，且不占室内使用空间，因而具备了综合经济效益高等优点并被建设部广泛推广。客观地说，从理论上分析外墙外保温的确是非常合理的，但实际操作却并非易事，尤其在施工的可操作性及产品的耐候性和安全性等方面尚存在一些问题，有待于进一步完善解决。外墙外保温要做到“在正确使用和正常维护条件下，使用年限不少于25年”，其影响因素很多：大气热应力、风压、地震力、水和水蒸气、火以及外来的冲击力等的外界破坏力量的影响。1、结构 1）现场批抹喷的保温材料墙体结构基层处理保温层抗裂砂浆层网格布、弹性底涂、腻子涂料层聚苯颗粒保温系统直接在墙体上喷聚氨酯硬泡保温材料聚合物保温砂浆2）预制板材外挂式的保温材料墙体结构基层处理保温层抗裂砂浆层钢丝网架（塑料膨胀螺栓）瓷砖层2、主要优点：1）基本上可消除热桥，绝热层效率可达到85%95%。2）墙面内表面不会发生结露。3）不减少使用面积。4）既适用于新建房屋，也适用于旧房改造，施工中不影响正常使用。5）室内热舒适度较好，不会对墙体承重结构造成危害。6）现场均采用预拌砂浆，施工按比例混合加水即可，解决了传统砂浆现场称重、拌制所产生的配料不准确的问题。3、主要缺点：1）冬季、雨季施工受到一定限值。2）施工要求较高。抗裂层施工时，对耐碱网格布的搭接处理要求严格，不然易发生开裂；对EPS板或XPS板施工时，要注意板缝的处理，不然易导致整个墙体的开裂；施工需要一定的安全措施。3.3 外墙外保温材料及系统一、保温材料的分类 目前，我国使用的保温材料主要包括以下几种。1、泡沫型保温材料泡沫型保温材料主要包括两大类，聚合物发泡型保温材料和泡沫石棉保温材料。聚合物发泡型保温材料具有吸收率小、保温效果稳定、热导率低，在施工中没有尘土飞扬、易于施工等优点，正处于推广应用时期。2、硅酸盐保温材料复合硅酸盐保温材料具有可塑性强、热导率低、耐高温、浆料干燥收缩率小等特点，主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。而近年出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者，由于其良好的保温隔热性能和应用效果，已经引起了建筑界的高度重视，显示了强大的市场竞争力和广阔的市场前景。3、硅酸钙绝热制品保温材料硅酸钙绝热制品保温材料在20世纪80年代曾被公认为块状硬质保温材料中最好的一种，其特点是密度小、耐热度高，热导率低，抗折、抗压强度较高，收缩率小。但进入20世纪90年代以来，其推广使用出现了低潮，主要原因是许多参加为了解决无石棉问题而采用纸浆纤维，但由于纸浆纤维不耐高温，由此影响了保温材料的耐高温性能和增加了破碎率，且不经济。4、纤维质保温材料纤维质保温材料在20世纪80年代初市场上占有较大的份额，是因为其优异的防火性能和保温性能，主要适用于建筑墙体和屋面的保温，但由于投资大，生产厂家不多，限制了它的推广使用。二、常见的保温材料及其特点1、膨胀珍珠岩及其制品膨胀珍珠岩是珍珠岩矿石经破碎、筛分、预热、焙烧、瞬时急剧加热膨胀而成的多孔颗粒状物质。特点：容重轻、绝热性能好、使用温度广、化学稳定性强、无毒、无味、不腐不燃、耐酸、耐碱等。=0.0470.074 W/mK膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料，配合适量胶接剂，如水泥、水玻璃、沥青、磷酸盐等，经搅拌、成型、干燥、焙烧（一般为650）或养护而成的具有一定形状的产品。膨胀珍珠岩在一段时间曾受到矿棉产品的冲击，但由于其价格和施工性能上所具有的优势，仍在建筑和工业保温材料中占有较大的比重，约为保温材料的44%。2、膨胀蛭石及其制品膨胀蛭石：以蛭石为原料，经晾干、破碎、筛选、焙烧膨胀而成的一种金黄色或灰白色颗粒状物料。特点：容重轻、导热系数小、防火、抗菌、无毒、无味等特点。=0.0470.070 W/mK膨胀蛭石制品：膨胀蛭石和水泥、水玻璃、沥青等各种胶结材料加工而成。3、泡沫塑料 以各种树脂为基料，加入一定的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料，经加热发泡而成的一类质轻、保温、隔热、吸声、防震材料。1）聚苯乙烯泡沫塑料特点：密度范围宽、价格低、保温隔热性能优良、吸水性小、水蒸气渗透性低、吸收冲击性好。0.041 W/mK。2）聚氨酯泡沫塑料特点：质轻、多孔、无毒、不易变形、柔软、弹性好、通气性好、不吸水、不吸声。=0.0200.023 W/mK。4、岩棉及其制品岩棉是以精选的玄武岩或辉绿岩为主要原料，经高温熔制而成的人