建筑热工学(四)

第一篇、建筑热工学建筑保温设计任务二外围护结构的保温设计之一

——概述

我国《民用建筑热工设计规范GB50176-93》按下列条件，将全国划分成五个建筑热工设计分区：严寒区：最冷月平均温度≤－10℃，日平均气温≤5℃的天数，在145天以上的地区；寒冷区：最冷月平均温度0～－10℃，日平均气温≤5℃的天数在90—145天的地区；夏热冬冷区：最冷月平均温度0～10℃，最热月平均温度25℃～30℃；夏热冬暖区：最冷月平均温度大于10℃，最热月平均温度25℃～29℃；日平均气温≥25℃的天数在100—200天，夏季防热、冬季可不保温；温和地区：最冷月平均温度0～13℃，最热月平均温度18℃～25℃。日平均气温≤5℃的天数在0—90天第一节、室内热环境之三

——中国建筑热工分区与改善室内热环境的途径严寒地区寒冷地区夏热冬冷区夏热冬暖区温和地区寒冷地区严寒地区寒冷地区严寒地区任务二外围护结构的保温设计之二

——保温措施

1、充分利用太阳能：

日照对建筑保温的重要意义：（1）太阳能能量密度；（2）太阳能为清洁能源；（3）太阳能廉价；（4）太阳能有利于人体健康；（5）太阳能的利用非常现实。被动式太阳能采暖系统（a）直接受益式（b,c）集热蓄热墙式（d）附加阳光间式（e）屋顶池式（f）对流环路式任务二外围护结构的保温设计之二

——保温措施

2、防止冷风的不利影响：

风对室内气候的影响有两方面：一是通过门窗口或其它孔隙进入室内，形成冷风渗透；二是作用在围护结构外表面上，使对流换热系数变大，增强外表面的散热量。

防止冷风的措施：应争取不使大面积外表面朝向冬季主导风向，当受条件限制不可避免时，也应在迎风面上尽量少开门窗或其它孔洞，严寒地区还应设置门斗。

另外，还要综合考虑房间密闭性和透气性的关系。3、选择合理的建筑体型、朝向

建筑师处理体型与平面设计时，首先应考虑功能要求，必须正确处理体型，平面形式与保温的关系；否则，不仅增加采暖费用，浪费能源，而且必然影响围护结构的热工质量。注：尽量减少表面积以减少热量的散失，球形、圆形、方形、多边形、多层。任务二外围护结构的保温设计之二

——保温措施

4、使房间具有良好的热特性与合理的供热系统：

热特性应适合使用要求。例如：全天使用的房间应有较大的热稳定性，以防止室外温度下降或间断供热时，室温波动太大；对于只白天使用或只有一段时间使用的房间，要求在开始供热后，室温能较快上升到所需标准。

当室外气温昼夜波动，特别是寒潮期间连续降温时，为使室内气候能维持所需的标准，要有合理的供热系统。

玻璃窗的热阻远小于其它维护结构，是保温重点部位。

（1）增加窗的层数；

（2）改善窗框和玻璃的传热性能。5、窗的设置和保温6、热桥处理

建筑保温条件薄弱的局部：墙转角、圈梁、窗过梁、檐口等处。任务二外围护结构的保温设计之一

——对围护结构的保温要求

围护结构对室内气候的影响，主要是通过内表面温度体现的。内表面温度过低，不仅影响人体健康，还会出现表面结露，严重影响卫生，加重结构潮湿状况，降低结构耐久性。工业和民用建筑，控制围护结构内表面温度不低于室内露点温度，以保证内表面不致结露是起码的要求。稳定传热条件下，内表面温度仅决定于室内外温度和围护结构的总热阻，越大则内表温度越高。0R0R任务二外围护结构的保温设计之二

——低限热阻的确定

说明：低限热阻（最小总热阻）是一种技术标准，其确定方法应由国家规范来规定。现暂按下式确定：nRtttRieiD-=min：冬季室内计算温度。民用建筑或其它以满足人体生理卫生需要为主的房屋，按卫生标准取值；工业厂房或有特殊要求的房间，按相应规范取值。：冬季室外计算温度。为使同类采用不同热稳定性围护结构的房间的室内气候状况接近一致，不同结构应采用不同的室外计算温度。etitn：考虑外表面位置的修正系数。由于计算低限热阻公式中统一取当地的室外气温的计算值，这对外墙、屋顶等直接接触大气的围护结构来说符合实际，但对那些不直接接触室外空气的结构来说则需要修正。如：顶棚的上部是闷顶空间，其温度比室外气温要高一些。见表9-1：允许温差。见表9-2。使用质量要求较高的房间，小一些。相同的室内外气候时，按较小的确定的大一些，即使用质量要求越高，围护结构应有更大的保温能力。tDminRtDtD任务二外围护结构的保温设计建筑设计要求围护结构热阻大于最小总热阻，对于轻质外墙，并在最小总热阻基础上附加，见表1.8任务二外围护结构的保温设计之二

——低限热阻的确定

按最小传热阻，节省建造费但增加采暖费；无限增加热阻，节省采暖费但浪费建造费，存在最佳经济热阻。经济热阻世界发达国家外墙保温标准逐渐提高。

以英国（气候与上海相近）为例：其外墙传热系数

1973年前1.6w/(m2k)1974年后1.0w/(m2k)1982年后0.6w/(m2k)1988年后0.45w/(m2k)

与北京相近气候的发达国家约为0.35w/(m2k)。我国北京为0.9w/(m2k)。任务二外围护结构的保温设计之三

——绝热材料

绝热材料：指那些绝热性能较好，即导热系数较小的材料，通常把导热系数小于0.25并能用于绝热工程的材料。导热系数：是绝热材料最重要、最基本的热物理指标。一定温差下，导热系数越小，通过一定厚度材料层的热量越小；同样，为控制一定热流强度所需的材料层厚度也越小。影响导热系数的因素很多，如密实性，内部孔隙的大小、数量、形状，材料的湿度，材料骨架部分（固体部分）的化学性质，以及工作温度等。常温下，影响最大的因素是容重和湿度。保温材料：习惯上用于控制室内热量外流的材料。隔热材料：防止室外热量进入室内的材料。任务二外围护结构的保温设计之三

——绝热材料

1、容重对导热系数的影响容重：单位体积材料的重量。孔隙率：材料中孔隙所占的体积与材料整体体积的百分比)(3mkgg0021100´=VVN

容重能很好地表明材料孔隙率的大小，一般情况下，容重较小，孔隙率越大。

导热系数随孔隙率增加而减小，即容重越小，导热系数也越小。但容重小到一定程度后，再加大孔隙率，则导热系数不仅不再降低，还会变大，存在有最佳容重。如右图（玻璃棉导热系数与密度的关系）。

原因是：孔隙率太大，不仅意味着孔隙的数量增多，而且孔隙也必然增大。其结果，孔壁温差变大，辐射传热量加大，同时，大孔隙内的对流传热也增多。特别是由于材料骨架所剩无几，使许多孔隙互相贯通，使对流显著增加。任务二外围护结构的保温设计之三

——绝热材料

2、湿度对导热系数的影响

重量湿度：指试样中所含水分的重量与绝干状态下试样重量的百分比

体积湿度：湿试样中水分所占体积与整个试样体积的百分比

重量湿度和体积湿度的换算：

材料受潮后，导热系数显著增大。原因是由于孔隙中有了水分后，附加了水蒸气扩散的传热量，此外还增加了毛细孔中的液态水分所传导的热量。一般情况下，水的导热系数约为0.58，冰的导热系数约为2.33，都远大于空气的导热系数0.03。00221100´-=GGGwwwvwgw1000=0021100´=VVvw任务二外围护结构的保温设计之三

——绝热材料

3、温度对导热系数的影响

温度愈高，导热系数愈大。原因是当温度增高时，分子热运动加剧，此外，孔隙内的辐射换热也增强。

热流方向对导热系数也有影响

主要表现在各向异性材料，如木材、玻璃纤维等，当热流平行纤维方向，导热系数较大，当热流方向垂直纤维时，导热系数较小。绝热材料按材质构造分有：多孔的、板（块）状的和松散状的。从化学成分看有：无机材料，如膨胀矿渣、泡沫混凝土、加气混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石及浮石混凝土、硅酸盐制品、矿棉、玻璃棉等；有机材料，如软木、木丝板、甘蔗板、稻壳等；各种泡沫塑料；铝箔等反辐射性能好的材料。材料的选择要结合建筑物的使用性质、构造方案、施工工艺、材料的来源以及经济指标等因素，要按材料的热物理指标及有关的物理化学性质进行具体分析。

4、绝热材料的选择：任务二外围护结构的保温设计之四

——围护结构构造方案的选择

1、单设保温层由导热系数很小的材料作保温层起主要保温作用。保温层不起承重作用，所以选择的灵活性较大，不论是板块状，纤维状以至松散颗粒状材料均可应用。外粉墙砖砌体保温层隔汽层内粉墙单设保温层结构示例空心砌块保温与承重结合构造2、封闭空气间层保温

封闭的空气层有良好的绝热作用。3、保温与承重相结合

空心板、空心砌块、轻质实心砌块等，既能载重又能保温。任务二外围护结构的保温设计之四

——围护结构构造方案的选择

4、混合型构造当单独用某一种方式不能满足保温要求，或为达到保温要求而造成技术经济上不合理时，往往采用混合型保温构造。例如既有实体保温层，又有空气层和承重层的外墙或屋顶结构。如图是一个200C的恒温车间外墙构造。123765841—混凝土；2—粘结剂；3—聚氨脂泡沫塑料；4—木纤维板；5—塑料薄膜；6—铝箔纸板；7—空气间层；8—胶合板涂油漆保温材料位置内保温——影剧院，体育馆等间歇使用，要求快速升温的场所。外保温——热稳定性好。夹层保温——容易受潮，影响内饰。任务二外围护结构的保温设计之四

——围护结构构造方案的选择

保温层在承重层外侧的优点：

1、使墙或屋顶的主要部分受到保护，大大降低温度应力的起伏，提高结构的耐久性。如下图所示。此外，外保温对减少防水层的破坏，也是有利的。

2、由于承重层材料的热容量一般都远比保温层大，所以这种布置方式对房间热稳定性有利。当供热不均匀时可保证围护结构内表面的温度不致急剧下降，从而使室温不致很快下降。

3、保温层放在外侧时，将减少保温层内部产生水蒸气凝结的可能性。

4、旧房改造，特别是为了节能而加强旧房的保温型性时，外保温处理效果最好。任务二外围护结构的保温设计之四

——围护结构构造方案的选择

倒铺屋面：即防水层不设在保温层上边，而是倒过来设在保温层底下。国外称“UpsideDown”构造法，简称USD构造，如下图所示。结构层覆盖层保温层防水层USD构造方法示例任务三传热异常部位的保温措施之一

——地板保温设计的特点

1、人脚与地板直接接触传热以木地面和水磨石两种地面为例，既是它们的表面温度完全相同，但若赤脚站在水磨石地面上，就比站在木地面上凉得多。这是因为两者的吸热指数B不同造成的。木地面:B=10.5；水磨石:B=26.82、沿外墙周边局部保温处理越靠近外墙，地板表面温度越低，单位面积的热损失越多。如图为一采暖房屋地面及地板下土壤中的温度分布。任务三传热异常部位的保温措施之一

——地板保温设计的特点

2、沿外墙周边局部保温处理为改善外墙周边地板的热工状况，可采用图示的局部保温措施。地板的局部保温措施任务三传热异常部位的保温措施之二

——窗户保温设计的特点

窗户保温性能低的原因，主要是缝隙透气；玻璃、窗框和窗樘等的热阻太小。下表是常用的各类窗户的总传热系数和总传热阻的值。窗户是保温能力最差的部件。玻璃窗不仅创热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，形成“辐射吹风感”，严重影响室内热环境的舒适。任务三传热异常部位的保温措施之二

——窗户保温设计的特点

针对我国目前的情况，应从以下几方面来改善窗的保温性能：1、控制窗墙面积比

窗墙面积比＝窗户洞口面积／外墙表面积2、提高气密性，减少冷风渗透

１）密封条２）减压槽3、提高窗户的保温能力具体做法为：

１）改善窗框保温性能２）合理选择窗户类型３）改善窗玻璃部分的保温能力

例如：双层窗、双玻璃窗、空心玻璃砖等。

任务三传热异常部位的保温措施之三

——热桥保温

围护结构中，一般都有保温性能远低于主体部分的嵌入构件，如外墙体中的刚或钢筋混凝土骨架、圈梁；楼板、墙板中的肋条等，称为热桥。热桥就是热量