建筑物理（第4版）课件：建筑保温与防潮

建筑物理（第4版）

建筑保温与防潮知识单元1围护结构的保温设计1.1建筑保温设计的基本原则1.2墙体的保温设计1.3楼、屋面的保温设计1.4绝热材料1.5外墙保温构造知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.1门窗、幕墙和采光顶的保温设计2.2地面的保温设计2.3特殊部位的保温设计知识单元3太阳能在建筑采暖中的应用知识单元4建筑防潮4.1决定外围护结构湿状况的主要因素4.2材料的吸湿4.3外围护结构中的水分迁移4.4防止和控制冷凝的措施4.5采暖建筑围护结构防潮设计要点4.6夏季结露及防止方法知识单元1围护结构的保温设计1.1建筑保温设计的基本原则（1）充分利用日照（2）增加房间的密闭性（3）合理选择建筑体形与平面形式（4）使房间具有良好的热特性与合理的供热系统1.2墙体的保温设计《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）规定，，围护结构保温设计的基本方法为最小总热阻法。该方法将冬季围护结构的传热过程看做是稳定传热。墙体的内表面温度与室内空气温度的温差△tw应符合表9-1的规定。知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计房间设计要求防结露基本热舒适允许温差△tw（K）≤ti-td≤3表9-1墙体的内表面温度与室内空气温度温差的限值注：△tw=ti-θi,w未考虑密度和温差修正的墙体内表面温度可按下式计算：知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.2墙体的保温设计提高墙体热阻值可采取下列措施：(1)采用轻质高效保温材料与砖、混凝土、钢筋混凝土、砌块等主墙体材料组成复合保温墙体构造；（2）采用低导热系数的新型墙体材料；（3）采用带有封闭空气间层的复合墙体构造设计。外墙宜采用热惰性大的材料和构造，提高墙体热稳定性可采取下列措施：（1）采用内侧为重质材料的复合保温墙体；（2）采用蓄热性能好的墙体材料或相变材料复合在墙体内侧。知识单元1围护结构的保温设计1.3楼、屋面的的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.3楼、屋面的的保温设计知识单元1围护结构的保温设计1.3楼、屋面的的保温设计屋面保温设计应符合下列规定：（1）屋面保温材料应选择密度小、导热系数小的材料；（2）屋面保温材料应严格控制吸水率。为了达到建筑节能的要求，同时使建筑环境满足工作和学习需要，我国相关标准或规范对围护结构各部位传热系数、热阻和热惰性指标做出了相应的限制，如《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）对该地区采暖居住建筑围护结构传热系数或热惰性指标的要求见表9-10。1.4绝热材料一般把热导率小于0.25W/(m.K)，表观密度小于1000kg/m2，并可用于绝热工程的材料称为绝热材料。习惯上把用于控制室内热量外流的叫做保温材料，用于防止室外热量进入室内的叫隔热材料。（1）绝热材料的分类绝热材料按材料的形状可分为松散绝热材料、板状绝热材料和整体绝热材料。按材料成分可分为有机绝热材料和无机隔热保温材料。（2）影响材料热导率的因素如图9-1所示，每种材料都存在一个最佳的表观密度。知识单元1围护结构的保温设计为正确选择绝热材料，除考虑其热物理性能外，还应了解材料的强度、耐久性、耐火性能及耐侵蚀性等是否满足要求。（1）保温构造的类型①单设保温层②利用封闭空气间层保温③保温承重相结合④混合型结构图9-2是一高标准恒温车间的外墙构造。知识单元1围护结构的保温设计1.4绝热材料1.5外围护结构的保温构造2）保温材料位置①内保温如图9-3a所示。②外保温如图9-3b所示。倒铺构造方法。如图9-4所示。③夹层保温如图9-3c所示。知识单元1围护结构的保温设计1.5外围护结构的保温构造知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.1门窗、幕墙和采光顶的保温设计门窗、幕墙和采光顶是整个外围护结构中保温能力最薄弱的部位，主要原因是玻璃或材料的的热阻太小。如单层窗的总传热系数KO约为5.28W/(m2.K)，是1砖墙的三倍。外门的热阻一般比窗户大，而比外墙和屋顶小，并且经常开启，因此热损失也非常大。在建筑设计中，应当尽可能选择绝热性能好的保温门。外门保温的主要措施有：密封门缝、在双层木板间填充保温材料、用保温材料做门、增加门的厚度或做成双层门等。《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）规定：各个热工气候区建筑内对热环境有要求的房间，其外门窗、透光幕墙、采光顶的传热系数宜符合表9-11的规定，并应按表的要求进行冬季的抗结露验算。严寒地区、寒冷A区、温和地区门窗、透光幕墙、采光顶的冬季综合遮阳系数不宜小于0．37。知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.1门窗、幕墙和采光顶的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.1门窗、幕墙和采光顶的保温设计严寒地区、寒冷地区建筑应采用木窗、塑料窗、铝木复合门窗、铝塑复合门窗、钢塑复合门窗和断热铝合金门窗等保温性能好的门窗。严寒地区建筑采用断热金属门窗时宜采用双层窗。夏热冬冷地区、温和A区建筑宜采用保温性能好的门窗。严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和A区的玻璃幕墙应采用有断热构造的玻璃幕墙系统，非透光的玻璃幕墙部分、金属幕墙、石材幕墙和其他人造板材幕墙等幕墙面板背后应采用高效保温材料保温。幕墙与围护结构平壁间(除结构连接部位外)不应形成热桥，并宜对跨越室内外的金属构件或连接部位采取隔断热桥措施。有保温要求的门窗、玻璃幕墙、采光顶采用的玻璃系统应为中空玻璃、Low-E中空玻璃、充惰性气体Low-E中空玻璃等保温性能良好的玻璃，保温要求高时还可采用三玻两腔、真空玻璃等。传热系数较低的中空玻璃宜采用“暖边”中空玻璃间隔条。知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.1门窗、幕墙和采光顶的保温设计严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和A区的门窗、透光幕墙、采光顶周边与墙体、屋面板或其他围护结构连接处应采取保温、密封构造；当采用非防潮型保温材料填塞时，缝隙应采用密封材料或密封胶密封。其他地区应采取密封构造。严寒地区、寒冷地区可采用空气内循环的双层幕墙，夏热冬冷地区不宜采用双层幕墙。2.2地面的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.2地面的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.2地面的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.3特殊部位的保温设计（1）围护结构交角处的保温设计围护结构交角处的保温构造如图9-5至图9-9所示。（2）热桥保温围护结构中热流强度显著增大的部位位称为“热桥”。图9-10为几种典型的热桥。知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.3特殊部位的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.3特殊部位的保温设计知识单元2外门窗、地面及特殊部位的保温设计2.3特殊部位的保温设计对贯通式热桥应设保温层，保温层的宽度L应达到如下规定（图9-11）：a<δ时，

L>1.5δa>δ时，

L>2.0δ

这类热桥最好以硬质泡沫塑料，结合墙壁内粉刷综合处理。至于非贯通式热桥，在进行构造设计时，首先要尽可能将其布置在靠室外一侧；然后再按前述贯通式热桥的处理方法进行处理。知识单元3太阳能在建筑采暖中的应用太阳能取之不尽、用之不竭，是廉价的“绿色”能源。建筑中可利用太阳能采暖或使用太阳能热水系统。针对太阳能热水系统国家还制订了GB50364-2018《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》。太阳能采暖系统根据运行过程是否需要动力分为“主动式”和“被动式”两种。图9-12为主动式太阳能采暖系统示意图。采用了太阳能利用系统的房间称为太阳房。被动式太阳房的主要集热方式有直接受益式、集热墙式和附加日光间式等。知识单元3太阳能在建筑采暖中的应用直接受益式太阳房如图9-13所示。集热墙式太阳房如图9-14所示。附加日光间式太阳房如图9-15和图9-16所示。被动式太阳房设计中应注意如下问题：一是要求太阳房内白天和夜间均保持足够的热稳定性，这与集热面朝向和蓄热体的配置及集热墙的厚度有关，集热面朝向以略偏东为宜，蓄热体应配置在阳光照射最多的区域，集热墙以24墙为宜。二是夏季的防热问题。太阳房应设灵活的遮阳措施，视季节改变遮阳方式，同时注意太阳房的环境绿化，可将高大的落叶树木种植在建筑物前方120°的范围之外，如图9-17所示。知识单元3太阳能在建筑采暖中的应用知识单元4建筑防潮4.1决定外围护结构湿状况的主要因素1）结构中所用材料的原始湿度；2）施工过程中进入结构材料中的水分；3）由于毛细管作用，从土壤渗透到围护结构中的水分；4）由于雨雪作用渗透到围护结构中的水分；5）使用管理中进入结构材料中的水分；6）由于材料的吸湿作用，从空气中吸收的水分；7）空气中的水分在围护结构表面和内部的冷凝。知识单元4建筑防潮4.2材料的吸湿材料吸收湿空气中的水蒸汽而受潮，即材料的吸湿。材料的吸湿特性，可用材料的等温吸湿曲线来表示，如图9-18所示。可看出，等温吸湿曲线呈“S”形，显示材料的吸湿机理分三种状态：①在低湿度时为单分子吸湿；②在中等湿度时为多分子吸湿；③在高湿度状态时为毛细吸湿，此时，材料中的水分主要以液态的方式存在。表9-13列举了若干材料在0～20℃时不同相对湿度下平衡湿度的平均值。材料名称密度（kg/m3）在不同相对湿度下的重量湿度（%）60708090100加气混凝土5003.754.335.056.3018.0泡沫混凝土6602.853.64.756.210.0普通卵石混凝土22501.131.361.752.622.75水泥珍珠岩1:104002.763.254.506.2513.37表9-130～20℃时不同相对湿度下平衡湿度的平均值知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移材料内部存在压力（分压力或总压力）差、湿度（材料含湿量）差和温度差时，均能引起材料内部所含水分的迁移。（1）围护结构的蒸汽渗透如围护结构的两侧存在着水蒸汽分压力差，水蒸汽分子将从压力较高的一侧通过围护结构向较低的一侧渗透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。在稳定条件下，围护结构内单纯的水蒸汽渗透过程类似围护结构的稳定传热过程。其面积湿流量为式中

ω——面积湿流量（g/m2.h）；H0——围护结构的总蒸汽渗透阻（m2.h.Pa/g）；按下式计算:知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移Pi——室内空气的水蒸汽分压力（Pa）；Pe——室外空气的水蒸汽分压力（Pa）。式中

d1、d2、...dn——围护结构中某一分层的厚度（m）；μ1、μ2、...μn——围护结构相应层的蒸汽渗透系数[g/(m·h·Pa)]。蒸汽渗透系数表明材料的蒸汽渗透能力，与材料的材质和密实程度有关。材料的孔隙率越大，透汽的渗透性愈强。材料的蒸汽渗透系数还与温度、相对湿度有关，计算中采用的是平均值。常用建筑材料的蒸汽渗透系数μ值见附录F。知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移围护结构的内外表面与附近空气边界层的蒸汽渗透阻很小，可不考虑。即取Pi和Pe。则围护结构中任一层的分界面上的水蒸汽分压力可按下式计算：（2）围护结构冷凝的检验在取暖期，若设计不当，水蒸汽通过围护结构时，会在围护结构表面或内部材料的孔隙中冷凝成水或结成冰（即内部冷凝）。若围护结构表面温度低于露点温度，水蒸汽就会在表面上冷凝成水（即表面冷凝）。知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移1）表面冷凝的检验①计算室内空气的露点温度td。②计算围护结构薄弱部位的热阻。③计算围护结构内表面的温度θi。④根据θi的td大小判断是否出现表面冷凝，如θi≤td则出现表面冷凝。2）内部冷凝的检验①根据室内外空气的温湿度，确定水蒸汽分压力Pi和Pe，并依次计算出围护结构各层的水蒸汽分压力，画出围护结构内的水蒸汽分压力P的分布曲线。②根据室内外空气温度ti和te，确定围护结构各层的温度，并从附录H中查出相应的饱和水蒸汽分压力Ps，作出Ps分布曲线。知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移③根据P线与Ps线相交与否来判断围护结构内部是否会出现冷凝现象。如两线相交，则内部出现冷凝（图9-19a），如两线不相交，则不出现内部冷凝（图9-19b）。在围护结构蒸汽渗透的途径中，若材料的蒸汽渗透系数出现由大变小的界面，水蒸汽在此将遇到较大的阻碍，最易发生冷凝现象。习惯上把这个最易出现冷凝、而且凝结最严重的界面，称为围护结构内部的“冷凝界面”。如图9-19a所示。如图9-20所示，冷凝强度的计算公式为知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移其中

PA——水蒸汽分压力较高一侧空气的水蒸汽分压力（Pa）；

PB——水蒸汽分压力较低一侧空气的水蒸汽分压力（Pa）；

Ps，c——冷凝界面处的饱和水蒸汽分压力（Pa）；

H0,i——在冷凝界面水蒸汽渗入一侧的蒸汽渗透阻（m2.h.Pa/g）；

H0,e——在冷凝界面水蒸汽渗出一侧的蒸汽渗透阻（m2.h.Pa/g）；采暖期内总冷凝量的近似估算值为：ωc，0=24ωc．Zh知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移其中

ωc，0——采暖期内总的冷凝量（g/m2）；

Zh——当地采暖期的延续时间（d）。采暖期内保温层材料湿度增量为：式中

di——保温层厚度（m）；ρ0——保温材料的干密度（kg/m3）；[例9-2]

试验算图9-21所示的外墙结构是否会产生内部冷凝。已知ti=16℃,φi=60%，采暖期室外平均气温te=-4℃，平均相对湿度φe=50%。（Ri=0.11m2.K/W，Re=0.04m2.K/W）知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移知识单元4建筑防潮4.3外围护结构中的水分迁移知识单元4建筑防潮4.4防止和控制冷凝的措施（1）防止和控制表面冷凝1）正常湿度的采暖房间应注意尽可能使外围护结构内表面附近的气流畅通，家具、壁橱等不宜紧靠外墙布置。围护结构内表面层宜采用蓄热大的材料。2）高湿房间一般指冬季室温在18～20℃以上，相对湿度高于75%的房间。对于这类房间，应尽量防止表面冷凝和滴水现象，以免结构受潮影响房间的使用质量。3）间歇性处于高湿条件的房间对于这类房间，为避免冷凝水形成水滴，围护结构内表面可增设吸湿能力强且本身耐潮湿的饰面层或涂层。在凝结期，水分被饰面层吸收，待房间比较干燥时，水分自行从饰面层中蒸发出去。知识单元4建筑防潮4.4防止和控制冷凝的措施（2）防止和控制内部冷凝1）材料层次的布置应符合“进难出易”的原则2）设置隔汽层3）设置通风间层或泄汽沟道如图9-23所示。

4）外侧设置密闭空气层知识单元4建筑防潮4.5采暖建筑围护结构防潮设计要点1）在满足使用功能和