第4章建筑节能

.,4.1概述4.2建筑节能的基本原理4.3建筑节能技术4.4建筑节能规划设计4.5建筑节能的措施与构造,主要内容,房屋建筑学机械工业出版社,第4章建筑节能,.,4.1概述,建筑节能是指在建筑材料生产、房屋建筑施工及使用过程中，合理地使用、有效地利用能源，以便在满足同等需要或达到相同目的的条件下，尽可能降低能耗，以达到提高建筑舒适性和节省能源的目标。在发达国家，建筑节能的涵义经历了三个阶段：第一阶段，称为在建筑中节约能源，我国称为建筑节能；第二阶段，称为建筑中保持能源，意为在建筑中减少能源的散失；第三阶段，近年来普遍称为在建筑中提高能源利用效率。在我国，现在通称的建筑节能，其涵义应为第三阶段的内涵，即在建筑中合理地使用和有效地利用能源，不断提高能源利用效率。,房屋建筑学机械工业出版社,4.1.1建筑节能的涵义,.,4.1概述,建筑能耗系指建筑在使用过程中的能耗，主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事燃料、家用电器和热水供应等能耗，其中以采暖和空调能耗为主。我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%，上升到近年的2745%。而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比重最终还将上升至35左右。能源供应将更加紧张，导致影响经济的持续发展。,房屋建筑学机械工业出版社,4.1.2我国建筑能耗及状况,.,4.1概述,1.建筑节能是改善空间环境重要途径。建筑节能可改善室内热环境。2.建筑节能是发展国民经济的需要。建筑节能是提高经济效益的重要措施。节能建筑在一次投资后，可在短期内回收，并能长期受益。,房屋建筑学机械工业出版社,4.1.3建筑节能的意义,4.1.4建筑节能的目标,“十一五”期间，要求新建建筑严格执行节能50%的设计标准，部分大城市率先实施65%的节能标准；结合城市改建，开展既有居住和公共建筑节能改造，大城市完成改造面积25%，中等城市达到15%，小城市达到10%；2020年，我国建筑节能目标是，大部分既有建筑实现节能改造，新建建筑实现建筑节能65%的目标，东部地区达到更高的节能水平；总体建筑节能效果接近或达到发达国家当前水平。,.,4.2建筑节能的基本原理,冬季采暖房屋的正常温度是依靠采暖设备的供暖和围护结构的保温之间相互配合，以及建筑的得热量与失热量的平衡得以实现。可用下式表示:采暖设备散热+建筑内部得热=建筑物总得热非采暖区的房屋建筑有两类：一类是采暖房屋有采暖设备，总得热同上；第二类，没有采暖设备，总得热为建筑物内部得热加太阳辐射得热两项，一般仍能保持比室外日平均温度高36,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.1建筑得热与失热的途径,图4-1建筑得热与失热因素示意,.,4.2建筑节能的基本原理,传热的方式可分为辐射、对流和导热三种方式。建筑物围护结构的传热需经过吸热、传热和放热三个过程.吸热是外围护结构的内表面从室内空气中吸收热量的过程；传热是指在围护结构内部由高温向低温的一侧传递热量的过程；放热则是指由围护结构的外表面向低温的空间散发热量的过程。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.2建筑传热的方式,图4-2围护结构的传热过程,.,4.2建筑节能的基本原理,建筑保温通常指围护结构在冬季阻止室内向室外传热，从而保持室内适当温度的能力。工程实践中常采用以下构造做法来达到建筑围护结构的保温效果。围护结构材料热导率越小，外内表面的表面传热越小，围护结构厚度越大，则围护结构传热系数也越小，单位时间内通过围护结构的热量值就越小，建筑保温效果越好。体积小，体形复杂的建筑以及平房和低层建筑体形系数较大，对节能不利；体积大、体形简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利提高建筑的保温性能必须控制围护结构的传热系数或热绝缘系数：应选择传热系数较小、热绝缘系数较大的围护结构材料。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.3建筑保温,.,4.2建筑节能的基本原理,传热异常部位的保温构造：钢筋混凝土柱、梁、垫块、圈梁和过梁等热导率较高的构件嵌入外围护结构，会造成保温性能差，局部热量损失大，容易出现凝结水。这些部位称为围护结构的“热桥”或“冷桥”（如图4-3所示）。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.3建筑保温,图4-3热桥现象,.,4.2建筑节能的基本原理,为防止热桥部分内表面出现结露现象，应采取局部保温措施：一是避免在围护结构中嵌入构件的内外贯通二是在局部进行构造处理（如图4-4所示）。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.3建筑保温,图4-4“热桥”局部保温处理,.,4.2建筑节能的基本原理,防止围护结构的蒸气渗透：为防止在保温围护结构的内部产生凝结水，目前常采用的构造措施是在围护结构保温层靠高温的一侧设一道隔蒸气层(如图4-5所示)。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.3建筑保温,图4-5隔蒸气措施,.,4.2建筑节能的基本原理,建筑隔热的含义：建筑隔热通常是指围护结构在夏天隔离太阳辐射热和室外高温的影响，从而使其内表面保持适当温度的能力。为达到改善室内热环境，降低夏季空调降温能耗的目的，建筑隔热可采取以下措施：建筑物屋面和外墙外表面做成白色或浅白色饰面，以降低表面对太阳辐射热的吸收系数。采用架空通风层屋面，以减弱太阳辐射对屋面的影响。屋面采用挤压型聚苯板倒置屋面，能长期保持良好的绝热性能，且能保护防水层免于受损。外墙采用重质材料与轻型高效保温材料的复合墙体，提高热绝缘系数，以便节约空调降低能耗。提高窗户的遮阳性能：如采用活动式遮阳篷、可调式浅色百叶窗帘、可反射阳光的镀膜玻璃等。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.4建筑隔热,.,4.2建筑节能的基本原理,建筑中太阳能的利用，可分为主动式、被动式和混合式三种。以主动采暖系统供暖的建筑称为主动式太阳能建筑，主动采暖系统主要由集热器、管道、储热物质以及散热器等组成，主动式系统要有专用的设备，一次性投资较大。被动式太阳采暖系统的特点是将建筑物的全部或一部分作为集热器，同时又作为储热器和散热器，因而，既不要连接管道，也不需要水泵或风机，被动式采吸系统一般由双层玻璃窗、集热储热墙、活动隔热保温装置等组成。被动式太阳能采暖系统不必另设专用设备，应积极提倡采用。,房屋建筑学机械工业出版社,4.2.5太阳能利用,.,4.3建筑节能技术,新型墙体材料节能、节土、利废的效果十分明显。新型墙体材料的主要类型（1）砖墙：实心砖或空心砖墙，在外墙内表面抹水泥型或石膏型膨胀珍珠岩砂浆。（2）加气混凝土墙：加气混凝土热导率较低，宜用于框架填充墙和多层住宅外墙。（3）轻骨料混凝土墙：采用以浮石、火山灰渣或其他轻骨料制作的多排孔混凝土空心砌块，并用保温砂浆砌筑的墙体。（4）内保温复合墙：复合墙体是指由承重材料与高效保温材料进行复合组成的墙体。,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.1墙体节能技术,.,4.3建筑节能技术,（5）外保温复合墙在承重外墙外表面上，粘贴或吊挂聚苯板或岩棉板，然后，贴上网布或挂钢筋网增强，再做抹灰面层形成外墙保温复合墙。外墙外保温复合墙体是发展方向。其优点是：保温材料对主体结构具有保护作用；有利于消除或减弱热桥的影响；由于储热能力较强的主体结构位于室内一侧，有利于房间的热稳定性，减少室温的波动；避免二次装修对内保温层造成的损坏；既有建筑改造施工时，可减少对住户的干扰。（6）夹芯复合墙夹芯复合墙是将保温层夹在墙体中间，主体墙采用混凝土或砖砌在保温材料两侧。,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.1墙体节能技术,.,4.3建筑节能技术,在建筑外围护结构中，门窗的保通隔热能力较差，门窗缝隙是冷风渗透的主要通道。改善门窗的保温隔热性能是节约能源提高热舒适性的一个技术重点。1采用适当的窗墙面积比采暖热耗量随窗面积比的增加而增加。因此，在采光允许的条件下，控制窗墙面积比以及夜间设置保温窗帘、窗板是建筑节能的一个重要措施。2改善窗户的保温性能3.提高门窗的气密性，减少冷风渗透4.提高户门、阳台门的保温性能,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.2门窗节能技术,.,4.3建筑节能技术,1平顶屋面2尖顶屋面3地面,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.3屋顶和地面的节能技术,1集热集热是指将密度较低的太阳能，收集起来加以利用。2蓄热白天，利用主体结构将多余热量蓄存起来，晚上，逐渐将热量释放到室内，用以调节室内温度。设置屋顶水池、外壁用水墙，或者设蓄热管网、卵石蓄热床等也可取得一定效果,4.3.4太阳能利用,.,4.3建筑节能技术,1采用红外热反射技术2采用高效节能玻璃高效节能玻璃主要有以下种类：吸热玻璃和热反射玻璃；中空玻璃；低辐射玻璃。3利用硅气凝胶4太阳能利用技术建造大型太阳能集中供热站，设置大型地下储热库以及各种适用的储热装置。5热回收装置的开发将排出的湿热空气中的部分热量回收，二次利用，是建筑节能的一个新方向。现在，常用的热交换器有板式热回收装置、热泵等。,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.5建筑节能新技术,.,4.3建筑节能技术,太阳能建筑：建筑中太阳能的利用经过良好设计，达到优化利用太阳能的建筑称为“太阳能建筑”。掩土建筑：掩土建筑有地下建筑和覆土建筑两种类型。可提供冬暖夏凉的稳定温度条件。绿化建筑：建筑绿化温室化是目前的一种研究倾向。它是将农业和种植业的温室技术应用到建筑绿化的一种方法。该法可更有效地实现生态建筑节能的效益。主要类型有平屋顶温室、毗连温室和下沉式温室等类型。自然空调式建筑：建筑物中由设在地下的底部铺有卵石储热层的蓄热库和一条掩入土中的双套管组成自然空调系统。,房屋建筑学机械工业出版社,4.3.6发展生态节能建筑,.,4.4建筑节能规划设计,采暖建筑节能规划设计是建筑节能设计的一个重要方面。它包括：建筑选址、分区、建筑布局、道路走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面。采暖建筑节能规划设计的目的：优化建筑的微气候环境，充分利用太阳能、冬季主导风向、地形和地貌等自然因素，并通过建筑规划布局，充分利用有利因素，改造不利因素，形成良好的居住条件，创造良好的微气候环境，达到建筑节能的要求。,房屋建筑学机械工业出版社,.,4.4建筑节能规划设计,1建筑的合理布局，有利于改善日照条件在住宅楼组合布置时，应注意从一些不同的布局处理中争取良好日照。1）在多排多列楼栋布置时，采用错位布局，利用山墙空隙争取日照。2）点、条组合布置时，将点式住宅布置在好朝向位置，条状住宅布置在其后，有利于利用空隙争取日照。3）在严寒地区，城市住宅布置时可通过利用东西向住宅围合成封闭或半封闭的周边式住宅方案。南北向与东西向住宅围合一般有四种情况（如图所示）。4）全封闭围合时，开口的位置和方位以向阳和居中为好。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.1建筑布局,图4-6东西向住宅四种拼接形式比较,.,4.4建筑节能规划设计,2改善风环境建筑节能规划设计，应利用建筑物阻挡冷风、避开不利风向，减少冷空气对建筑物的渗透。在规划布局时，应避免风漏斗和高速风走廊的道路布局和建筑排列。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.1建筑布局,图4-7建筑避风方案,图4-8风洞,图4-9风漏斗改变风向与风速,.,4.4建筑节能规划设计,3建立气候防护单元建筑布局宜采用单元组团式布局，形成较封闭、完整的庭院空间，充分利用和争取日照，避免季风干扰，组织内部气流，利用建筑外界面的反射辐射，形成对冬季恶劣气候条件的有利防护庭院空间，建立良好的气候防护单元。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.1建筑布局,图4-10气候防护单元,.,4.4建筑节能规划设计,在规划设计中考虑建筑体形对节能的影响时，主要应把握下述因素。1控制体形系数控制或降低体形系数的方法，主要有：1)减少建筑面宽，加大建筑幢深；2)增加建筑物的层数；3)建筑体型不宜变化过多，严寒地区节能型住宅的平面形式应追求平整、筒洁，如直线型、折线型和曲线型。在节能规划中，对住宅形式的选择不宜大规模采用单元式住宅错位拼接，不宜采用点式住宅或点式住宅拼接。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.2建筑体型,.,4.4建筑节能规划设计,2考虑日辐射得热量3设计有利避风的建筑形态单体建筑物和三维尺寸对其周围的风环境影响很大。从节能的角度考虑，应创造有利的建筑形态，减少风流、降低风压、减少耗能热损失。分析下列建筑物形成的风环境可以发现：1）风在条形建筑背面边缘形成涡流（如图4-11所示），建筑物高度越高，深度越小长度越大时，背面涡流区越大。2）风在L形建筑中。如图4-12所示中的二个布局对防风有利。3）U形建筑形成半封闭的院落空间，如图4-13所示的布局对防寒风十分有利。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.2建筑体型,图4-11条形建筑风环境平面图,图4-12L形建筑风环境平面图,图4-13U形建筑风环境平面图,.,4.4建筑节能规划设计,4）全封闭形建筑当有开口时，其开口不宜朝向冬季主导风向和冬季最不利风向，而且开口不宜过大，如图4-14所示。5）将迎冬争季风面做成一系列台阶式的高层建筑，有利缓冲下行风（如图4-15所示）。6）将建筑物的外墙转角由垂直相交成90直角改成圆角有利消除风锅流。7）低矮的圆屋顶形式，有利防止冬季季风的干扰。8）屋顶面层为粗糙表面可以使冷风分解成无数小的涡流，既可以减少风速也可以多获得太阳能。9）低层建筑或带有上部退层的多、高层建筑，将用地布满对节能有利。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.2建筑体型,图4-14口形建筑风环境平面图,图4-15台阶立面缓冲下行风,.,4.4建筑节能规划设计,不同的平面形体在不同的日期内建筑阴影位置和面积也不同，节能建筑应选择相互日照遮挡少的建筑形体，以利减少日照遮挡影响太阳辐射得热（如图4-16所示）。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.2建筑体型,图4-16不同平面形体在不同日期的房屋阴影,.,4.4建筑节能规划设计,建筑间距应保证住宅室内获得一定的日照量，并结合通风、省地等因素综合确定。计算建筑物的日照间距时常以冬至日中午（11-13时）2h为日照时间标准。日照间距是建筑物长轴之间的外墙距离，通常以冬至日正午正南方向，太阳照至后排房屋底层窗合高度为计算点。日照间距计算公式为式中L前后排房屋间距，m；H前排房屋檐口和后排房屋底层窗台的建筑高差，冬至日或大寒日正午的太阳高度角（当房屋正南方向时）。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.3建筑间距,.,4.4建筑节能规划设计,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.3建筑间距,图4-17日照和建筑物的间距,.,4.4建筑节能规划设计,选择合理的建筑朝向是节能建筑群体布置中首先考虑的问题。我国建筑规划设计，应以南北向或接近南北向为好。建筑物主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位，以减少冷风渗透和维护结构散热量，多吸收太阳热，并增加舒适感，改善卫生条件。,房屋建筑学机械工业出版社,4.4.4建筑朝向,按照“在保证节能效益的前提下提高建筑密度”要求，提高建筑密度最直接、最有效的方法。一是适当缩短南墙面的日照时间；二是在建筑的单体设计中，采用退层处理、降低层高等方法，也可有效缩小建筑间距；三是尚需考虑建筑组群中公共建筑占地问题。,4.4.5建筑密度,.,4.5建筑节能的措施与构造,提高建筑外墙热工性能的技术措施，主要有两种:一种是单一材料外墙，即选用保温、隔热性能较好的能满足建筑节能设计标准的墙体材料作外墙。第二种是采用复合墙体，即在主体外墙上增加保温材料，形成复合墙体。复合外墙又可分为内保温、夹芯保温、外保温三种。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.1建筑节能墙体的构造,.,4.5建筑节能的措施与构造,夹心保温墙体的构造：夹心保温墙由粘土砖和保温材料组成。分为围护墙、保温层和承重墙三层。常用的保温材料有岩棉板、聚苯板、玻璃棉板、珍珠岩芯板等。复合墙体的施工需要四道工序。根据顺序不同，有两种方法:一是内层墙保温层外墙拉接筋(如图所示),二是外层墙保温墙内墙拉接筋,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-18夹心保温墙体的构造,.,4.5建筑节能的措施与构造,内保温墙体的施工：1）贴保温复合板内贴保温复合板施工，应在屋面防水工程施工完毕后，由顶层开始，自上而下，依次进行；贴板前，墙面必须做找平层，找平层必须清洁、干燥，以保证粘贴效果；复合板的安装应从墙的一侧向另一侧铺设。2）带饰面聚苯保温板的构造带饰面聚苯保温板粘贴于混凝土墙或砖墙内表面，其构造如图4-19所示。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-19饰面聚苯保温板墙体的构造,.,4.5建筑节能的措施与构造,细部构造要求有：在窗洞口处，饰面层内可加铺一层玻璃纤维网布，以加强防护；也可以用水泥砂浆做成护角，玻璃纤维布深入护角内连成整体，其构造如图4-20所示。内外墙相接处，玻璃纤维网布转折深入内墙抹灰内，其构造如图4-21所示。挂镜线的位置，其构造如图4-22所示。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-20饰面聚苯保温板墙体窗洞口处的构造,图4-21保温板墙体内外墙相接处的构造,图4-22保温板挂镜线的构造,.,4.5建筑节能的措施与构造,踢脚部位有两种做法：一是用两层饰面水泥砂浆及两层玻璃纤维网布加强，并在空气层处用聚苯板垫实。二是用保温砂浆做踢脚，其构造如图4-23所示。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,3）胶粉聚苯颗粒保温浆料玻纤网格布抗裂砂浆做法胶粉聚苯颗粒外墙保温，是由界面层、保温层、抗裂防护层和饰面层组成。该体系适用于建筑高度100m以下及各类建筑的节能改造工程，适合于外墙外保温和外墙内保温。,图4-23保温板墙体踢脚板处的构造,.,4.5建筑节能的措施与构造,（3）外墙外保温主要有以下几种：1）板薄抹灰外墙外保温系统由EPS板保温层、薄抹面层和饰面涂层构成，EPS板用胶粘剂固定在基层上，薄抹面层中满铺玻纤网。特点:自重轻、导热系数小，价廉且保温性能好，适用于严寒及寒冷地区且饰面材料为涂料的外墙保温工程。注意:EPS板由于自身强度低，特别是失火时安全性差，因而不易与自重较大的材料（如面砖或石材）配套使用，适合涂料类外墙饰面。建筑物高度在20m以上时，在受负风压作用较大的部位宜使用锚栓辅助固定。EPS板宽度不宜大于1200，高度不宜大于600。必要时应设置抗裂分隔缝。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-25EPS板薄抹灰系统1.基层；2.胶粘剂；3.EPS板；4.玻纤网；5.薄抹面层；6.饰面涂层；7.锚栓,.,4.5建筑节能的措施与构造,EPS板应按顺砌方式粘贴，竖缝应逐行错缝。EPS板应粘贴牢固，不得有松动和空鼓。墙角处EPS板应交错互锁（如图4-26（a）所示）。门窗洞口四角处EPS板不得拼接，应采用整块EPS板切割成形，EPS板接缝应离开角部至少200（如图4-26(b)所示）。应做好系统在檐口、勒脚处的包边处理。装饰缝、门窗四角和阴阳角等处应做好局部加强网施工。变形缝处应做好防水和保温构造处理。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-26EPS板排板图（a）墙角处EPS板排列（b）门窗洞口EPS板排列,.,4.5建筑节能的措施与构造,2）EPS板现浇混凝土外墙外保温系统EPS板现浇混凝土外墙外保温系统以现浇混凝土外墙作为基层，EPS板为保温层。EPS板表面抹抗裂砂浆薄抹面层，外表以涂料为饰面层（如图4-27所示），薄抹面层中满铺玻纤网。EPS板宽度宜为1.2m，高度宜为建筑物层高。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-27无网现浇系统1.现浇混凝土外墙；2.EPS板；3.锚栓；4.抗裂砂浆薄抹面层；5.饰面层,.,4.5建筑节能的措施与构造,3）EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统以现浇混凝土为基层，EPS单面钢丝网架板置于外墙外模板内侧，并安装6钢筋作为辅助固定件。浇灌混凝土后，EPS单面钢丝网架板挑头钢丝和6钢筋与混凝土结合为一体、EPS单面钢丝网架板表面抹掺外加剂的水泥砂浆形成厚抹面层，外表做饰面层（如图4-28所示）。以涂料做饰面层时，应加抹玻纤网抗裂砂桨薄抹面层。,房屋建筑学机械工业出版社,4.5.2复合材料节能墙体构造,图4-28有网现浇系统1.现浇混凝土外墙；2.EPS单面钢丝网板；3.掺外加剂的水泥砂浆厚抹面层；4.钢丝网架；5.饰面层；6.6钢筋,.,4.5建筑节能的