建筑物理(第4章)建筑保温PPT课件.ppt

第4章建筑保温节能设计 1 第一节建筑保温节能设计综合处理原则 一 充分利用再生能源二 防止冷风的不利影响三 合理进行建筑规划设计四 提高围护结构的保温性能五 使房间具有良好的热特性与合理的供热系统 2 一 充分利用再生能源 在建筑保温设计中 对太阳能的利用主要考虑两个问题 一是对太阳辐射热的吸收 二是对太阳辐射热的蓄集 下面将从这两个方面考虑利用太阳能的一些具体措施 3 一 利用建筑物的南向墙面和南向窗户吸收太阳辐射热 二 利用高蓄热性能材料蓄热 三 利用南向墙面或屋顶设置各种不同形式的集热设施 4 5 6 7 二 防止冷风的不利影响 一 争取不使建筑大面积外表面朝向冬季主导风向 二 利用周围场地的地形 树木和其他建筑物来挡风 三 提高门窗密封性 四 注意主要入口处的防风 减少竖向交通井的烟囱效应 8 三 合理进行建筑规划设计 1 向阳 避风 避免 霜洞效应 9 2 建筑布局 10 在布局时 还应注意避免形成风漏斗 如果将高度相似的建筑排列在街道的两侧 并用宽度是其高度的2 3倍的建筑组合就会形成风漏斗 这种风漏斗可以形成高速风 提高风速30 加剧热损失 11 3 建筑体形一栋建筑的外表面积F 与其所包体积V 之比称为体形系数SS F V 12 民用建筑节能设计标准 采暖居住建筑部分 JGJ26 95 中规定 多层居住建筑的体形系数以0 3或0 3以下为宜 13 四 提高围护结构的保温性能 保温节能设计的重要内容是围护结构的保温设计 提高围护结构的保温性能主要从控制围护结构的传热系数和加强热桥部位保温两方面入手 14 五 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其使用性质 例如全天使用的房间应有较大的热稳定性 以防室外温度下降或间断供热时 室温波动太大围护结构应具有较大的热惰性 热惰性指标较大 房间内表面材料应选用蓄热系数大的材料 只有白天使用 如办公室 或只有一段时间使用的房间 如影剧院的观众厅 要求在开始供热后 室温能较快地上升到所需的标准 内表面材料则应选用蓄热系数小的材料 15 第二节围护结构的保温节能设计准则 一 围护结构最小传热阻二 围护结构平均传热系数的限值 16 一 围护结构最小传热阻 最小热阻确定的原则 为了不使围护结构内表面结露 在热工规范中规定 设置集中采暖的建筑物 其围护结构的传热阻应根据技术经济比较确定 且应符合国家有关节能标准的要求 确定其最小传热阻 17 最小传热阻应按下式计算Ro min Ri ti te n t 式中Ro min 围护结构最小传热阻 m2 k w Ri 围护结构内表面换热阻 m2 k w ti 冬季室内计算温度 一般居住建筑取18 高级居住建筑 医疗 托幼建筑 取20 te 围护结构冬季室外计算温度 18 19 20 21 22 23 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 只能基本满足内表面不结露的起码卫生要求 但会增加建筑物使用时的采暖费 浪费采暖能耗因此建筑节能标准在综合研究了建造费和采暖费之后 从经济和节能的角度对不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数值作了限定 24 外墙的传热系数值系指考虑周边热桥影响后的外墙平均传热系数 可按下式计算KpFp1 KB1FB1 KB2FB2 KB3FB3Km Fp FB1 FB2 FB3 25 式中 Km 外墙的平均传热系数 w m2 k Kp 外墙主体部位的传热系数 w m2 k KB1 KB2 KB2 外墙周边热桥部位的传热系数 w m2 k Fp 外墙主体部位的面积 m2 FB1 FB2 FB3 外墙周边热桥部位的面积 m2 26 27 第三节围护结构保温计算和构造设计 一 围护结构保温设计计算二 围护结构保温构造方案 28 一 围护结构保温设计计算 一 根据围护结构的材料和构造 验算传热系数值 二 按最小传热阻的要求确定保温层的厚度 29 一 根据围护结构的材料和构造 验算传热系数值 当围护结构的材料和构造方案确定以后 需验算传热系数值是否达到节能标准规定的限值 30 例4 1 丹东某民用建筑 体形系数为0 3 的外墙为240mm厚砖墙 带钢筋混凝土圈梁和抗震柱 房间开间3 3m 层高2 7m 窗户1 5m 1 5m 采用纤维增强聚本板 50mm 外保温 外墙构造如图 所用材料的导热系数 W m K 砖墙0 81 钢筋混凝土1 74 聚本板0 045 试验算外墙的平均传热系数 31 32 解 主体部位 Kp 1 0 11 0 24 0 81 0 05 0 045 0 04 0 64Fp 3 3 0 24 2 7 0 3 1 5 1 5 5 09 33 热桥部位 KB1 1 0 11 0 24 1 74 0 05 0 045 0 04 0 71FB1 2 7 0 24 0 65KB2 1 0 11 0 24 1 74 0 05 0 045 0 04 0 71FB2 3 06 0 30 0 92 34 外墙平均传热系数 KpFp1 KB1FB1 KB2FB2 KB3FB3Km Fp FB1 FB2 FB30 64 5 09 0 71 0 65 0 71 0 92 5 09 0 65 0 92 0 66 w m2 k 35 查节能设计标准 丹东地区外墙的平均传热系数限值为0 68w m2 k 当体形系数 0 3时 本例外墙的平均传热系数0 66小于0 68 满足节能标准要求 36 二 按最小传热阻的要求确定保温层的厚度 对于轻质墙体和高湿房间的墙体保温层厚度可按最小传热阻的要求粗略估算 37 例4 2 已知北京市冬季室外计算温度te分别为 9 12 14 160C 如某医院建筑拟使用图4 5所示加气混凝土 密度700kg m3 外墙板 试求保温层加气混凝土最低限度应为多厚 38 39 解 1 求最小传热阻先假设为 型结构 则te 120C 因系外墙 n 1 t 60CR0 min 18 12 0 11 6 0 55 m2 K W 因为是医院建筑 用的是加气混凝土单一墙板 故应将R0 min再加大30 则最小总热阻为R 0 min 1 3R0 min 1 3 0 55 0 715 40 2 计算加气混凝土应有厚度查附录1 几种材料的导热系数和蓄热系数值如下水泥砂浆 1 0 93W m K S1 11 37W m2 K 1 0 02m加气混凝土 2 0 22W m K S2 3 59W m2 K 待求混合砂浆 3 0 87W m K S3 10 75W m2 K 3 0 02m 41 42 43 44 45 加气混凝土应有的最小热阻 R2 min R0 min Ri R1 R3 Re 0 715 0 11 0 02 0 87 0 02 0 93 0 04 0 520加气混凝土应有的最小厚度 0 520 0 22 0 115m 46 3 根据上述计算结果 复核设定的室外计算温度 D D1 D2 D3 11 37 0 02 0 93 3 59 0 115 0 22 10 75 0 02 0 87 2 37D值在1 6 4 0之间 查表4 1 该结构应为 型 在北京室外计算温度应取 14C 原假设的 12C不合适 47 4 按te 140C重新计算加气混凝土的厚度 t和n值均不变 R0 min 18 14 0 11 6 0 587 m2 K W 附加30 R 0 min 1 3 0 587 0 763R2 min R0 min Ri R1 R3 Re 0 763 0 11 0 02 0 87 0 02 0 93 0 04 0 569 48 则加气混凝土的应有厚度 0 569 0 22 0 125m复核热惰性指标 D 2 53 属 型 假设正确 49 根据计算结果 加气混凝土厚度应取0 125m 该厚度可以满足热工规范要求 但节能要求往往高于规范要求 因此 保温层的厚度可适当取大些 然后根据墙体的具体构造验算平均传热系数是否满足节能标准要求 如不满足则需增大保温层的厚度 50 二 围护结构保温构造方案 一 绝热材料 二 保温构造方案 三 围护结构异常部位的保温设计 51 一 绝热材料 围护结构所用材料的种类很多 其导热系数的变化范围很大泡沫塑料只有0 03w m K 而钢材则大到370w m K 相差一万倍 52 绝热性能比较高 导热系数比较小的材料才称为绝热材料 并规定绝热材料的导热系数小于0 3w m K 习惯上把用于控制室内热量外流的叫保温材料防止室外热量进入室内的叫隔热材料 53 一般来说容重越小 导热系数越小 但当容重小到一定程度后 导热系数反而会变大 即绝热材料存在一个最佳容重湿度对材料的导热系数影响很大 材料受潮以后 其导热系数将显著增大 54 55 56 二 保温构造方案 1 单一材料结构2 复合保温结构 1 内保温 2 外保温 3 中间保温 57 1 单一材料结构 58 2 复合保温结构 59 60 三 围护结构异常部位的保温设计 围护结构还有不少传热异常的构件和部位 例如门 窗 结构转角或交角以及结构内部的热桥 钢或钢筋混凝土骨架 圈梁 过梁 板材的肋条等 这些部位由于构造上的特殊性 其传热损失比主体部分大得多 因此必须采取相应的措施加强这些部位的保温 61 1 窗户的保温2 热桥保温3 其它异常部位保温4 地面保温 62 1 窗户的保温 民用建筑节能设计标准 GJG26 95 中 除了根据地区气候情况分别对传热系数和冷风渗透量加以限定外 还规定居住建筑北向 东西向和南向窗的窗墙面积比应分别控制在25 30 35 以下 63 朝阳的窗子可以获得一部分太阳辐射热 窗面积允许开得大一些 对于寒冷地区不采暖的建筑 这部分得热对改善室内热环境尤为重要 64 窗户设计需综合考虑采光 通风 日辐射得热 夏季遮阳以及冬季保温节能的各种要求 65 提高窗本身的保温能力可采取如下措施 1 提高窗框保温性能 2 改善玻璃部分的保温能力 3 国外窗户超级隔热技术 66 低发射率 Loe E 玻璃窗 玻璃表面涂层或外贴膜形成对短波的高透过率和对长波的高反射率 变色调光窗 随意调节射入室内的可见光和红外辐射热的比例 屏蔽式玻璃窗 插入无铁的透明低发射率薄片 真空窗 杜瓦瓶原理 填气窗 氙 氩等惰性气体 蜂窝窗 填充透光的蜂窝材料 气凝胶窗 气凝胶是直径仅几纳米的粒子 以不规则的品格状态悬浮于空气层的多孔结构 孔隙率高达90 以上 而空位直径又比空气对流胞小得多 因此就具有高透光率和近似于空气的低导热率 并且不产生空气对流的优良性能 动力窗 可以将入射太阳能的10 转换成电能 67 2 热桥保温 68 热桥内表面温度还需要单独校核 如低于露点温度 则应采取相应的措施加强保温 69 构造方式也会影响保温效果 因此设计时需遵循下列原则 1 尽量避免出现贯通式热桥 图4 10的形式a和形式b 2 尽量将非贯通式热桥 图4 10的形式c d 布置在靠室外的一侧 因为此时的内表面温度 i 要比热桥靠室内一侧时高得多 3 尽量减少热桥断面面积 70 71 3 其它异常部位保温 围护结构的其它异常部位有 外墙角外墙与内墙交角楼地板或屋顶与外墙交角 72 综合国内外试验研究的结果 外墙角低温的影响带大约是墙厚d的1 5 2 0倍 73 74 4 地面保温 由于地面与人脚直接接触 因此其传热有其特殊性 控制地面的热阻大小只能起到控制地面温度的作用 人脚与地板直接接触的冷热感觉并不仅仅取决于地面温度 经验证明 如果木地面和水磨石地面的表面温度完全相同 但如赤角站在水磨石地面上 就比站在木地面上凉得多 这是因为在一定时间内 水磨石地面要比木地面从人脚夺走的热量多 75 这种特性可用地面的吸热指数B描述 B值越大 则地面从人脚吸取的热量愈多愈快 在热工规范中根据B值 将地面划分成3类