建筑热环境设计ppt课件

.,建筑热环境设计,建筑保温空气湿度和围护结构防潮建筑防热建筑日照与遮阳,.,在我国大约有占全国总面积60的地区冬季室内需要供暖。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，即注意建筑保温问题。建筑保温设计考虑的不利情况是在冬季阴天。建筑保温主要包括围护结构保温建筑方案设计中的保温综合处理,.,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，因此冬季围护结构的传热可以粗略的主要按稳定传热计算,.,围护结构传热过程、传热量,基本传热过程及每个过程的主要传热方式表面感热围护结构的内表面主要通过对流和辐射方式从室内得到热量,内表面单位面积上在单位时间从室内得到的热量qi=i(ti-i)i=ri+ciRi=1/i(mK/W)qi=(ti-i)/Ri构件传热qi=n/dn*(n-n+1)热导G=/d热阻R=d/构件热阻表示围护结构中各材料层对热流的阻挡能力，热阻越大则通过的热流密度越小表面散热qe=e(e-te),.,围护结构传热过程、传热量,内表面换热系数的定义为：当内表面与室内空气之间的温差为IK（IC）时，单位时间内通过单位表面积的传热量。内表面换热系数应为内表面辐射换热系数（ri）与内表面对流换热系数（ci）之和。iriciae外表面换热系数外表面换热系数（e）的倒数称为外表面换热阻,.,围护结构传热系数、传热阻,一般构造的传热系数、传热阻计算稳定传热条件下，在围护结构的3个传热过程中，其单位时间、单位面积的传热量均相等。qi=qe=qn=q按照稳定传热计算，平壁围护结构内各材料层在单位时间、单位面积上的传热量为1d1，2d2，3d3，分别代表围护结构各材料层的传热能力，又称为该材料层的“热导”。热导的倒数称为“构件热阻”K称为围护结构的传热系数，可以说明围护结构在稳定传热条件下的保温性能,.,围护结构传热系数、传热阻,一般构造的传热系数、传热阻计算内表面换热系数的倒数称为内表面换热阻（Ri）。即Ri1/i或。i1R构件热阻（R）表示围护结构中备材料层对热流的阻挡能力，热阻愈大则通过的热流密度（q）愈小。,.,围护结构传热系数、传热阻,组合构造的热阻在实际应用中，围护结构有时是用两种或两种以上的材料组合而成的组合结构，如空心接板或带肋的填充墙等，由于构件部分的热阻不同，局部存在着二维传热。封闭空气间层的热阻空气间层中的传热不以导热为主，包括三种形式窗的传热阻窗是保温能力最低的围护结构，一般通过单层窗的传热量是同等面积外墙的3-5倍外表面换热阻的影响较大,.,围护结构热稳定性-蓄热系数和热惰性指标,实际使用中室内供暖常有波动，室外气温也会在一天内有变化，各种材料和围护结构对热波动作用的抵抗能力（即热稳定性）可用以下指标表示：材料蓄热系数S围护结构内表面蓄热系数Y围护结构热惰性指标D,.,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,材料蓄热系数（S）：当一种材料厚度为半无限大，并在其一侧受到周期性波动热作用时，表面温度将按同一周期而波动，通过表面的热流波动的振幅Aq与材料表面温度波动的振幅A之比，叫做材料的蓄热系数。它反映了这种材料对波动热作用反应的敏感程度。在同样波动热作用下，蓄热系数大的材料，表面温度波动较小，即热稳定性好。,.,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,材料蓄热系数（S）：作为材料的一种基本性能，其数值取决于材料的导热系数及材料a体积热容量（即比热与密度的乘积），同时也因波动热作用的周期而异。其计算式为当热流波动周期为24小时时，以24代入Z，则得以24小时为周期的材料蓄热系数S24,.,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,当遇到某一材料层是由几种材料组合而成时，则组合材料层的蓄热系数（S）应由各材料蓄热系数按下式加权平均得出：通过围护结构内表面热流波动的振幅Aq与内表面温度波动振幅A之比，称为围护结构内表面蓄热系数Yi,.,内表面蓄热系数Yi表示在周期性热作用下，直接受到热作用一侧的表面对周期性热作用反应敏感程度特性的指标。Yi越大，表明在同样的周期性热作用下，内表面温度波动越小，即温度越稳定。围护结构内表面蓄热系数Yi值反映了围护结构内表面的热稳定性。,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,.,内表面蓄热系数的数值和围护结构各层材料的性质及厚度有关，大致可分两种情况加以考虑：（1）当围护结构内面由较厚的一种材料组成时，内表面蓄热系数可用这层材料的材料蓄热系数（S）值来表示。（2）当围护结构内面材料层不很厚时，如由多层材料构成的屋顶或外墙，其内表面温度的波动振幅不仅与面层材料的物理性能有关，而且与其后面材料的性能有关。,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,.,围护结构热惰性指标（D）当围护结构的表面受到周期性热作用后，温度波将向结构内部传递，同时不断衰减，直到背波面。热惰性指标是表明背波面上温度波衰减程度的一个主要数值，它表明围护结构抵抗周期性温度波动的能力。对单一材料围护结构，热惰性指标即其热阻与材料蓄热系数的乘积。表示为：DRS,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,.,对多层材料的围护结构，热惰性指标为备材料层热惰性指标之和：DR1S1R2S2R3S3D1D2DnR、S分别为各材料层的热阻和蓄热系数。围护结构中空气层的蓄热系数为0，该层热惰性指标D为0。如围护结构中某层是由几种材料组合时，则需先求出该材料层的平均热阻R和平均蓄热系数S，再加以计算,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,.,材料层的热惰性指标愈大，说明温度波在其间的衰减愈大。温度波的衰减与材料层的热惰性指标是呈指数函数关系。振幅衰减倍数达到2时称这层材料为“厚”层，或“剧烈波动层”，按照如衰减倍数为2，则D值需等于1，由此得出以热惰性指标是否大于1作为材料最是否为“厚”层的判断。,围护结构的热稳定性蓄热系数和热惰性指标,.,围护结构保温层设置方式,单一构造复合构造结构。它可以充分发挥材料的特性，以强度大的材料承重，以轻质材料（如岩棉、膨胀珍珠岩制品，或泡沫聚苯乙烯等）作为保温。外保温优点较多内保温施工方便中间保温有利于用松散材料作保温层围护结构保温能力的选择主要是根据气候条件和房间的使用要求，并按照经济和节能的原则而定。,.,围护结构保温层设置方式,从建筑热工角度上看，外保温优点较多，但内保温往往施工比较方便，中间保温则有利于用松散填充材料作保温层。三种保温层设置方式的比较内表面温度的稳定性热桥问题防止保温材料内部凝结水对承重结构的保护旧房改造外饰面处理,.,三种保温层设置方式的比较,内表面温度的稳定性：外保温和中间保温作法，内表面温度相对稳定。对一天中只有短时间使用的房间，用内保温可使室内温度上升快。热桥问题内保温作法常会在内外墙联接以及外墙与楼板联接等处产生热桥。中间保温的外墙也由于内外两层结构需要拉接而增加热桥耗热。而外保温在减少热桥方面比较有利。,.,三种保温层设置方式的比较,防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法，可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮对承重结构的保护：外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性,.,三种保温层设置方式的比较,旧房改造为节约能源而增加旧房的保温能力时，利用外保温，在施工中可不影响房间使用，同时也不占用室内面积，但施工技术要求高。外饰面处理外保温作法对外表面的保护层要求较高内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。,.,地面保温,地面保温地面是与人脚直接接触而传热的由于地面下土壤温度的年变化比室外空气小很多，因此冬季地面散热的最大部分是靠近外墙的地面，宽度约在0。5-2M左右地面舒适条件取决于地面的吸热指数B值地面的吸热指数B值是由地面所采用的构造和材料决定的。,.,地面保温,根据B值我国将地面划分成3类木地面、塑料地面等属I类；水泥砂浆地面等属II类；水磨石地面及其它石类地面属III类。,.,建筑保温设计的有关规定,围护结构的最小传热阻（低限热阻）R0min围护结构对室内热环境的影响，主要是通过内表面温度体现的。如内表面的温度太低，不仅对人产生冷辐射，影响到人的健康，而且如温度低于室内露点温度，还会在内表面产生结露，并使围护结构受潮，严重影响室内热环境并降低围护结构的耐久性。,.,最小传热阻,在稳定传热条件下，内表面温度取决于室内外温度和围护结构的传热阻。保证围护结构内表面温度接近室内空气温度。控制围护结构内表面不结露同时考虑人体卫生保健的基本需要。并控制通过围护结构的热损失在一定范围之内围护结构的传热阻就不能小于某个最低限度值，这个最低限度的传热阻称为最小传热阻R0min。,.,最小传热阻,并不意味着围护结构的实有传热阻一定要刚好等于最小传热阻，它只是起码的标准，为满足热舒适和建筑节能的需要，实有的传热阻完全可以高于它，但不得低于它。R0min=（ti-te)n*Ri/t对于热稳定性要求高的建筑采用轻型结构式时，应对R0min采用附加修正,.,经济热阻,经济热阻及建筑节能设计标准中对围护结构传热系数和居住建筑耗热量指标的规定围护结构的经济热阻即建造费与采暖费之和最低的围护结构热阻值对围护结构传热系数和居住建筑耗热量指标按最小传热阻确定的外围护结构，可以满足基本卫生要求并节省建造费用，但常常不可避免地会增加建筑物使用时的采暖费，浪费采暖能耗。,.,经济热阻,每m2外围护结构（外墙或屋顶）平均到使用期内每年的建造费和采暖费与其所用保温材料厚度之间的关系对于围护结构来说，综合考虑建造费与采暖费，可以得出所用保温材料的最经济厚度。经济热阻的计算值不仅和当地气候因素有关，还取决于建筑的使用年限，所用的建筑材料和采暖用燃料的价格以及银行利率等因素应有的经济热阻值均远远大于按最小传热阻计算的结果。,.,建筑保温综合措施,建筑师手中最少拥有40%的节能效果建筑体型朝向与保温节能减少冷风渗透窗的设置和保温热桥处理利用太阳能采暖,.,建筑体型朝向与保温节能,一般来说：低层、体型复杂的建筑的耗热指标大；东西向比南北向建筑耗热指标大；对于寒冷地区的建筑，从体型上考虑节能问题主要包括两个方面：一是尽量节省外围护结构面积,用尽可能小的表面积覆盖尽可能大的空间，将散热面积减至最少；二是使建筑物能充分争取到冬季的日辐射得热。,.,建筑体型朝向与保温节能,体型系数（S）即一栋建筑的外表面积F0与其所包的体积V0之比，即SF0V0建筑的长宽比越大则体型系数就越大多层居住建筑的S以0.3以下为宜建筑层数S的影响随着体型系数的增加，单位体积的传热量也相应加大。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。,.,建筑体型朝向与保温节能,如建筑物的高度相同，则其平面形式为圆形时体型系数最小，依次为正方形、长方形，以及其他组合形式体型系数是对建筑体型（球体、正方体、长方体、多面体等）的反映，也是对建筑尺度的准确描述。,.,建筑体型朝向与保温节能,对于不同体量、规模（建筑面积）的建筑，其体型系数是完全不具有可比性的。单从体型系数来判断建筑节能的优劣是非常片面和不准确的，特别是对于小体量的建筑。在围护结构热工性能得到保证的前提下，将庞大的建筑体量小尺度化（增加体型系数），以获得自然采光和通风，是当今生态技术采取的一项重要策略。,.,建筑体型朝向与保温节能,体型朝向对日辐射得热的影响正南向建筑其长宽比愈大，日辐射得热愈多屋顶简单而鲜明的气候策略：最大限度地保温在北半球，冬季南向窗口获得的日辐射量远大于其他朝向,.,保温设计综合措施最佳节能体型,建筑作为一个整体，其最佳节能体型是和各地区的室内外空气温度、太阳辐射量、风向、风速以及围护结构面积大小和其热工特性等各方面因素有关，不能由单一因素决定。但在某一具体情况下，以上各因素的影响大小也不相同。同样体积建筑的最佳节能体型应是各朝向围护结构的“平均有效传热系数”与其面积的乘积都相等,.,窗的设置和保温,窗户是保温能力最低的围护结构，一般情况下，通过单层窗的传热量是同等面积外墙的35倍。措施：适当减小窗墙比提高窗缝的密封性，减少空气渗透量,.,窗的设置和保温窗墙比,建筑窗的热阻远远小于其他外围护结构。据统计，一般居住建筑通过窗的散热量约占总散热量的13。窗冷辐射冬季由于窗的内表面温度低，低温的内表面以辐射换热方式从位于窗口附近的人体夺走热量，使人感到很不舒服。尤其是单层窗，在窗口附近形成一个不舒适区。,.,窗的设置和保温窗墙比,尽管从建筑保温的角度来看，玻璃依旧是围护结构的薄弱环节，但建筑采光与建筑保温的关系已从难以调和变成相对简单的问题确定合适的窗墙比。由于玻璃可以让阳光直接射入室内从而迅速升高室温，特别是随着新型玻璃材料的不断出现，玻璃的热工性能逐步改进，建筑采光与建筑保温之间的矛盾已日趋淡化，“遮蔽”与“阻隔”走向平衡。,.,窗的设置和保温窗墙比,在民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（GJG2695）中，除了根据地区气候情况分别对窗的传热系数加以限定外，还规定居住建筑北向除对窗的传热系数作出规定外，北向、东西向和南向窗墙比应分别控制在25%、30%和35%以下.其比例不同是考虑朝阳的窗子冬季又是建筑物透过日辐射得热的主要构件。,.,窗减少冷风渗透,冷风渗透主要是指空气通过围护结构的缝隙，如门、窗缝等处的无组织渗透。冷风渗透常常大大超过换气需要，造成极大的热损失。因此，在建筑设计中，不应以冷风渗透作为换气手段，而应尽量避免或减少。,.,窗减少冷风渗透,减少冷风渗透措施（1）提高门窗的密封性（2）主要人口设置（3）竖向交通井（电梯楼梯）的布置门开启时冷风入侵所造成的热损失又与楼的层数成正比，其热损失约相当于单层外门的2N倍（N为楼层数），即建筑物层数愈多（建筑愈高）由渗透和开启引起的热损失愈大。如将入口设在冬季背风面，风压减小，则渗透耗热的影响要小得多。,.,窗的设置和保温,单层窗的框边和玻璃本身的热阻都很小，在窗的传热阻中内、外表面换热阻的影响就相对较大增加窗保温能力的措施主要有以下两方面增加窗的层数双层窗，保温薄膜，保温窗帘改善窗框和玻璃的传热性能保温玻璃、热反射玻璃、吸热玻璃塑料窗框、综合材料窗框铝木、铝塑综合材料窗框。,.,热桥,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，所以它们的内表面温度也比主体部分低，在建筑热工学中，这种容易传热的部分叫作“热桥”。贯通式热桥对内表面温度影响最大，在建筑中应尽量避免采用，或在热桥部位加设高效保温材料。对非贯通式热桥，则最好将热桥布置在靠近室外一侧。,.,热桥,外墙角内表面温度由于在墙角部分的室内空气流动速度慢、感热阻大，更主要是由于墙角的放热面大于吸热面，因此墙角部分的内表面温度远比主体部分的内表面温度为低。,.,热桥处理,墙转角、圈梁、窗过梁、檐口局部采用高效保温材料加以弥补檐口处热桥较难解决,.,空气间层,在围护结构中设封闭是常见的保温措施。空气间层中的传热和在固体材料中不同，它不是以导热为主，而是有辐射、对流、传导3种方式，其中辐射传热约占总传热量的6070而传导只占10左右。因此，空气间层的热阻主要取决于间层两个表面间的辐射和对流换热的能力；,.,空气湿度与围护结构防潮,.,舒适的热环境要求空气中必需有适量的水蒸汽，但当蒸汽在围护结构中凝结时，会对建筑产生不利影响。在建筑中需尽量避免在围护结构的内表面产生结露，同时更应防止在围护结构内部因蒸汽渗透而产生凝结受潮。,.,相对湿度和露点温度,在一定的气压和温度条件下，空气中所能容纳的水蒸汽量有一饱和值；超过这个值，水蒸汽就开始凝结，变为液态水。与饱和含湿量对应的蒸汽分压力称为饱和水蒸汽分压力。饱和水蒸汽分压力值随空气温度的不同而改变。,.,相对湿度和露点温度,空气的相对湿度（），是空气中实际的水蒸汽分压力与该温度下饱和水蒸汽分压力（E）之比，即eE100饱和水蒸汽分压力值随空气温度的增减而加大或减小；因此，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸汽分压力e值不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高；当相对湿度达到100后，如温度继续下降，则空气中的水蒸汽将凝结析出。,.,相对湿度和露点温度,相对湿度达到100，即空气达到饱和状态时所对应的温度，称为“露点温度”室内空气的相对湿度，可用干湿球温度计来测量。室内空气湿度随着室内外空气的对流，室外空气的含湿量直接影响室内空气的湿度。,.,相对湿度和露点温度,冬季采暖房间室内温度增高，使空气的饱和水蒸汽分压力大大高于室外。虽然室内的一些设备和人的活动会散发水蒸汽，增加室内湿度，使室内实际水蒸汽分压力高于室外，但由于冬季室内、外空气温度相差较大，二者的饱和水蒸汽分压力有很大差距，从而使室内相对湿度往往偏低。,.,相对湿度和露点温度,室内的相对湿度会愈低，甚至需要另外加湿才能满足正常的舒适要求。维持正常相对湿度所需湿量可进行估算。,.,围护结构内表面结露及防止,冬季，围护结构内表面的温度经常低于室内空气温度，当内表面温度低于室内空气露点温度时，空气中的水蒸汽就会在内表面凝结。检验内表面是否会有结露主要依据其温度是否低于露点温度。,.,防止墙和屋顶内表面产生结露措施：,1。使围护结构具有足够的保温能力,并注意防止冷桥2.如室内空气湿度过大，可利用通风除湿。3.围护结构内表面最好用具有一定吸湿性的材料。4.对室内湿度大、内表面不可避免有结露的房间,采用光滑不易吸水的材料作内表面，同时加设导水设施，将凝结水导出。,.,蒸汽渗透,当室内外空气中的含湿量不等，也就是围护结构的两侧存在着水蒸汽分压力差时，水蒸汽分子就会从分压力高的一侧通过围护结构向分压力低的一侧渗透扩散，这种传湿现象叫蒸汽渗透。,.,围护结构的蒸汽渗透阻（H0）,是指当围护结构两侧水蒸汽分压力差为1Pa时，通过1m2面积渗透1g水份所需要的时间（h）。对由多层材料作成的围护结构其蒸汽渗透阻是各层材料的蒸汽渗透阻之和,.,材料的蒸汽渗透系数（P）,表明材料的透过蒸汽能力。其定义为：lm厚物体，两侧水蒸汽分压力差为1Pa，单位时间（1小时）内通过lm2面积渗透的水蒸汽量（gmhPa）。材料的渗透系数值与材料的密实程度有关。材料的孔隙率越大，蒸汽渗透系数就越大。严格地说，材料蒸汽渗透系数尚与其所处温度和相对湿度有关。,.,冷凝,内部冷凝的判别若设计不当，当水蒸汽通过围护结构的过程中遇到蒸汽渗透阻大的材料层，水蒸汽不易通过，就会出现冷凝现象。判别围护结构的内部是否会出现冷凝，可按下列步骤进行。,.,冷凝,（1）根据室内外空气的温度和相对湿度，确定水蒸汽分压力ei和ee，然后计算围护结构各层的实际水蒸汽分压力，并作出实际水蒸汽分压（e）的分布线。（2）根据室内外空气温度ti和te，确定围护结构各层的温度，按附录4查出相应的饱和水蒸汽分压力E，并画出曲线。（3）根据e线和E线相交与否来判定围护结构内部是否会出冷凝现象，如e线与E线相交，则内部有冷凝。,.,内部冷凝现象,一般出现在复合构造的围护结构，若材料层的布置方式是沿蒸汽渗透方向先设置蒸汽渗透阻小的材料层，其后才是蒸汽渗透阻大的材料层，则水蒸汽将在两材料层相交的界面处遇到较大阻力，从而发生冷凝现象。习惯上把这个最易出现冷凝、而且凝结最严重的界面，叫作围护结构的“冷凝界面”。冷凝界面一般出现在保温材料与其外侧密实材料交界处。,.,围护结构内的蒸汽渗透和凝结,围护结构内的蒸汽渗透和凝结过程一般十分缓慢，而且随着气候变化，在采暖期过后室内外蒸汽分压力接近，蒸汽不再向一个方向渗透.在其他季节围护结构内的凝结水还可逐步向室内、外散发，因此在采暖期围护结构内的蒸汽凝结量如果保持在一定范围内，对保温材料影响不大，则少量凝结也可允许存在。,.,防止和控制内部冷凝措施有：,1.合理布置保温层。2.在围护结构内部设排汽间层或排汽沟道。3.在蒸汽流入一侧设隔蒸汽层。4.外墙内设密闭空气间层。,.,建筑防热,.,主要内容,夏季室外热作用的特点及室外综合温度围护结构夏季隔热评价方法围护结构隔热能力的选择和隔热措施,.,夏季室外热作用的特点,不稳定传热周期性变化,.,不稳定传热,一些冬季保温好的房间，夏季非常热，这是什么原因呢？因为夏季热作用有不同的特点，需要考虑太阳辐射的周期性变化。日出和日落是不稳定传热的最大因素。围护结构在不稳定传热状态，不是单纯的热传递问题，还需要考虑围护结构自身的蓄热。,.,周期性变化（一天为一个周期的波动热作用）,白天，太阳辐射强度大，围护结构外表面的温度大大高于室外的空气温度，热量从围护结构外表面向室内传递。夜间，围护结构的外表面温度迅速降低，甚至低于室外空气温度，热量从室内向室外传递。,.,围护结构防热,按周期性不稳定传热来计算。评价围护结构的防热优劣标准是其抵抗波动热作用的能力。围护结构隔热隔的是室外综合温度。室外综合温度室外气温（太阳辐射对围护结构的热作用产生的）当量温度，或称为“等效温度”,.,综合温度,随围护结构的朝向及外表面对日辐射的吸收率不同而有很大的变化。不同朝向表面接受的太阳辐射照度有很大的差异综合温度是波动的，以一天为周期，为了进行隔热计算，还需要确定综合温度的最大值、昼夜平均值和昼夜温度波动振幅。综合温度的波动振幅受室外空气温度振幅和日辐射等效温度振幅的共同影响,.,围护结构夏季隔热评价方法,取决于围护结构对周期性热作用的衰减倍数和延迟时间，以及由此而得出的具体气象状况下的内表面最高温度和最高温度出现的时间。,.,围护结构衰减倍数,围护结构在室外综合温度波的作用下，温度沿着厚度方向逐渐衰减，振幅越来越小，室外综合温度振幅与围护结构内表面的温度振幅的比值，称为该围护结构的衰减倍数。,.,衰减倍数影响因素,与材料的导热系数、比热、密度和热作用频率有关。热作用频率越高，对围护结构的影响越小。围护结构的衰减倍数与热惰性总和有关。外层衰减大内层衰减小相对有利外层衰减小