21世纪北方节能建筑的热工设计

1、21 世纪北方节能建筑的热工设计 - 暖通论文简介： 在 3 年的时间内，通过国内外调查研究，设计论证、实施及 热工测试工作。达到了第三阶段节能 30的目标，单位面积的耗热 量为 15.95w/，比设计值还要小。当然作好建筑物的节能工作，在 结构、采暖系统、 照明等方面都有大量的工作要作。在这暗无天日里 只介绍热工方面的设计工作， 供设计人员参考。 关键字：节能建筑 耗 热量 结构 热工设计建筑节能在国内外一直是倍受重视的研究课题， 优其在我国建筑行业科技发展与产业的建设中更是一个紧迫的、 重要 的研究课题。一、 前言我国是能源短缺的国家，人均能源占有率不足 美国等发达国家的 1/5。但我国的

2、能源浪费又十分严重，能源便用不 合理。在建筑方面有人作过统计，我国以采暖、空调为主的建筑能耗 占全国能耗的 10.7，占采暖地区社会能耗的 21.4。具体表现为外 墙、屋顶耗能为发达国家的 4 倍，门窗为 2倍，空气渗透为 5 倍。为 此国家建设部制订了建筑节能规划， 提出了从 1996年至 2005 年分三 个阶段，每阶段逐级节能 30。为此 1999 年我校同德国奥尔登堡高 等专科学校、长春星宇集团合作在吉林省立顶 “21世纪北方节能建筑 的研究 ”。研究确定建筑耗热量指标不高于 17.4w/。课题结束后， 在长春工程学院建成 306 的示范性绿色节能建筑， 在星宇名家住宅 小区建成 68

3、71 的示范工程。本文以 306 的示范工程为基准，对 该顶目的热工设计作以简单介绍。 二、外墙的热工设计为保证建筑耗 热指标 17.4w/的限制， 外墙的传热系数限值为 0.3w/ k。1、外墙 主体部位的传热系数计算主墙体结构见图一： 图一主墙结构图墙体的 传热系数的计算用下式： W/ . （4）式中： K- 墙体的传热系数， W/； -墙体内外表面的对流换热系数， W/.； -墙体各层 的厚度， m;-墙体各层的导热系数， W/m。对于围护结构内表面 的换热系数，查暖通空调设计技术措施 P28 得 R=0.133；则 =7.52W/ m.；查查暖通空调设计技术措施 P30得=23W/ m

4、.。查得：水泥沙 浆面层的导热系数为 0.93；增强纤维网布的导热系数为 0。058；苯 板的导热系数为 0.027；聚合砂浆的导热系数为 0.93；混凝土空心砖 的导热系数为 0.29；聚合砂浆内饰面的导热系数为 0.93。代入已知条 件得： W/主墙体部分的面积为外墙总面积减去窗洞面、窗台 上部冷桥的面积、窗台下部冷桥的面积、楼处冷桥的面积、外门洞面 积、二楼门连窗的面积，本建筑的窗洞面积为， 6×1.5 ×1.6+12 ×1.8 ×1.6+6 ×0.9 ×1.6=57.6 ，外门洞的面积有一楼二个 M4，二楼二个 M1 ，总面积

5、为： 1×2×2+0.7 ×2×2=7.8 ，所以主墙体 部分的面积为： 2、外墙周边热桥部分的传热系数（ 1）窗台下边 部分的传热系数窗台部分见图二：图二窗台下部墙体图窗台板取 100 厚，材料为钢筋混凝土，导热系数为 1.512W/m，中间苯板的 导热系数为 0.027W/m，内表面对流换系数为 7.52W/.，外表 对流换热系数为 23W/ .。则传热系数如下： W/ .窗台下部冷 桥的面积计算，一、二层 C1（洞口尺寸 1500*1600）窗共 6 个， C2 （洞口尺寸 1800*1600）窗共 12 个， C3（洞口尺寸 900*1600）窗

6、共 6 个，二楼两个门连窗的下部冷桥的面积， 窗台板伸出窗洞一侧为 120 总面积为：（ 2）窗台上边部分的传热系数窗台上边部分的结构见图三：图三窗台上部墙体图各层的导热系数同上， 代入见下式： W/窗台上部冷桥的面积为过梁长乘厚度，过梁厚为 200 ，过梁 长伸出窗洞每侧为 240，同时包括一楼两个 M4 外门的过梁的冷桥， 二楼两个 M1 的过梁的冷桥，二楼两个 MC-1 的过梁冷桥，所以面积 为：（3）楼板部分冷桥传热系数楼板部分结构见图四：图四楼板部墙 体图代入已知条件计算得： W/ 楼板部分冷桥的面积用楼板厚 乘楼板的外截面积，楼板厚取 120 ，则面积为：外墙的平均传热 系数为：从

7、设计看出外墙的传热系数为 0.203w/ k，小于 0.3 的限定 值，符合设计要求。墙体总面积为： 238.258 。三、屋顶热工设计 屋顶传热系数的限值为 0.4w/ k。屋顶的结构见下图五：图五屋顶 结构图屋顶各层结构的热工性能同上，代入已知条件得如下所示： W/从计算值看出屋顶的传热系数基本符合限定值的要求。屋 顶的面积为： F 屋=14.86×10.46-3.2 1×.5 ×2-2 ×4×1.1=137.04m2 四、地 面热工设计地面传热系数的限定值为 0.3w/ k。地面的结构见图六： 图六地面结构图直接铺设在地面上的保温地面，

8、各地带的传热阻用下 式计算： /W （7）式中： R0-非保温地面各地带的热阻，分 别如下：第一地带 R0=2.15 /W 第二地带 R0=4.3 /W 第 三地带 R0=8.62 /W 第四地带 R0=14.22 /W -保温层 厚度，m;-保温层材料的导热系数， W/m所以各地带的导热系数 如下 ： 第一 地 带 R0=2.15+0.12/0.027=6.59 /W 第 二地 带 R0=4.3+0.12/0.027=8.74 /W 第 三 地 带R0=8.62+0.12/0.027=13.06 /W 第 四 地 带R0=14.22+0.12/0.027=18.664 /W 各层的传热系数为

9、：第一地带K0=1/R0=0.152W/ 第二地带 K0=0.1144 W/ 第三地带 K0=0.077 W/从计算值看出地面的传热系远小于 0.3 限定值。 各地面的面积为： 第一地带 F0=14.86×2×2+（10.46-4） 2×2=85.28 第 二 地 带 F0=（14.86-4） 2××2+（10.46-8） 2×2=53.28 第 三 地 带 F0=（14.86-8） 2×2=27.44 第四地带 F0=0 五、窗和门的热工设计 窗和门的传热系数限定为 1.6w/ k。1、窗的热工设计外窗全部为钢 塑窗单框双

10、玻，传热系数均为： K=1.6W/ ，属合要求。各朝向 的 面 积 分 别 为 ： F 南 =8×1.8 ×1.6=23.04 F 西 =2×1.8 ×1.6+2 ×1.5 ×1.6=10.56 F北=8×0.9 ×1.6+2 ×1.5 ×1.6=16.32 F 东=2×1.5 ×1.6+2 ×1.8 ×1.6=10.56 2、门的热工设计门的传热系数限 定值为 1.6w/ k。外门均采用双层保温门，传热系数为： K=1.6 W/ ，属合要求。各朝向的外门

11、面积为： F 南=2×0.7 ×2=2.8 ，F 北 =4×1×2=8 把空气渗入耗热量等计算后得出，单位面积耗热指标 为 15.55w/ 。六、热工测试星宇名家的 6871 节能建筑 2002 年 6 月完工， 2002年 12月至 2003年 1月请哈尔滨工业大学建筑节能检 测中心进行了热工测试。检测内容是； 1）建筑物单位耗热量； 2）建 筑物室内平均温度； 3）建筑物围护结构传热系数； 4）建筑热桥部位 的内表面温度； 5）建筑物的热工缺陷等。检测结果如下： 1）室内平 均温度 19.51； 2）室外温度 -10.24； 3）供热量 44.73kw；4）建 筑物单位采暖耗热量 15.