建筑物理第四讲建筑围护结构保温

地板的保温设计
地板温度分布图 地板局部保温

在沿外墙内侧周边宽约 1m的范围内，地面温度 之差可达5℃左右。
地面温度分布举例
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地板保温的特点


b）地板是与人脚直接接触而传热的，经验证明，在室 内各种不同材料的地面，即使它们的温度完全相同， 人站在上面的感觉也会不一样。如木地板与水磨石， 后者人感觉要凉得多。 地面舒适条件取决于地面的吸热指数B值。 B值愈大， 则地面从人脚吸取的热量愈多愈快。 依据B值，我国将地板划分三类： Ⅰ类：木地板、塑料地板。如高级居住建筑、幼儿园、 医疗机构等采用。 Ⅱ类：水泥砂浆地面等。如普通居住建筑、公共建筑 （包括中小学教室）已采 用不低于Ⅱ类。 Ⅲ类：水磨石地面及其它石类地面。人们短时间逗留 的房间，以及室温高于23℃的房间采用此类。
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4.1 围护结构保温设计
围护结构冬季保温设计是取阴寒天气作为设计基 本条件，----其传热可视为稳定传热
•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
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在大多数情况下，可近似取B=b1 。在进行地板保温设计时， 应选用b1 小的面层材料。比如在地板的划分中，B值Ⅰ类 <17，Ⅱ类在17~23，Ⅲ类>23。
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4.1.3 特殊部位保温设计


a）围护结构交角处的保温设计 围护结构的交角，包括外墙转角、内外墙交角、楼板或屋顶与外墙 的交角等。 在这些部位，散热面积大于吸热面积，气流不畅，吸收的热量少， 而散失的热量多，其结果，交角处内表面温度比主体部分低，往往 结露或结霜。 综合国内外实验研究的结果，外墙角低温的影响带 ，大约是墙厚δ l 的1.5~2.0倍 右图：单一材料匀质外墙角

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保温层位置不同时墙体的年间温度变化
外保温：
围护结构的温度 应力的起伏减小
内保温
使外侧的承重墙 常年受到冬夏季 的较大温差（可 达80~90度）的 反复作用，
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保温层位置不同时屋顶的年间温度变化
屋顶外保温时，
其屋顶温度的应力起 伏比较小，对屋顶的 结构有一定的保护作 用。
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内外保温对热桥的不同影响： 内 保温时热桥内表面处的温度相对较低

（4）应具有一定的热稳定性。
---------围护结构的传热组就不能小于某个 最低限度值，称为最低传热组----- R

0.min
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1）最小传热阻

在稳定传热的理论中，传热阻是外墙和屋顶保温性能优 劣的特征指标，热阻大，其结构传热量就小，保温性能 好；热阻小，传热量大，保温性能差。

外墙和屋顶的保温设计要确定结构有合理的传热 阻。

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2）外门保温设计

门的热阻一般比窗的热阻大，而比外墙和屋顶的热阻小，也 是建筑外围护结构保温的薄弱环节，应尽可能选择保温性能 好的保温门。
几种常见门的传热阻和传热系数
序号 1 2 3 4 5 6
名 称 木夹板门 金属阳台门 铝合金玻璃门 不锈钢玻璃门 保温门 加强保温门
传热阻 0.37 0.156 0.164～0.156 0.161～0.150 0.59 0.77
温差修正系数，某些结构外表面不与室外空气直接接触， 而对室内温差加以修正。表3-3 内表面换热阻，查表2-2
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2）围护结构保温设置方式

a）保温构造的种类：根据地方气候特点及房间
使用性质，外墙和屋顶可以采用的保温构造方案 有多种多样，大致可分为以下几种类型：
单设保温层
封闭空气间层保温 (空气层厚度，一般以4~5cm为宜) 保温与承重相结合 混合型构造
t i te ti te ' t t i d ti i
R i
设计时，可根据最小附加热阻值，选择材料，确定构造。 在采暖设计中，应尽可能的将采暖系统的立管或横管布 置在交角处，以提高该处的温度。
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几种交角局部 保温示例
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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 以他们内表面的温度也比 主体部分低，在建筑热工 学中，把这些容易传热的 部分叫“热桥”。 “热桥” 即是热量容易通过的地方。 外墙中的钢或钢筋混凝土 骨架、圈梁；楼板、墙板 中的肋条等都属于“热 桥”。
传热系数 2.7 6.4 6.1～6.4 6.2～6.5 1.70 1.30
备
注
双面三夹板 3～7mm厚玻璃 5～11mm厚玻璃 内夹30mm厚轻质保温材料 内夹40mm厚轻质保温材料
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3）地板的保温设计

采暖房屋地板的热工性能对室内热环境的质量、对人 体的热舒适有重要的影响。对于底层地板，和屋顶、 外墙一样，也应有必要的保温能力。
图：暖热桥与冷热桥的热性能 a—外保温暖热桥；b—内保温冷热桥
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外保温的局限性

（a）外保温比较适合住宅，规模较大的建筑
如办公大楼，外保温效果不明显。（住宅能判断外
保温是否能提高房间的热稳定性，大办公楼因内部有大量热容量 也很大的隔墙、柱、各种设备参与蓄热调解，外保温蓄热作用就
不太显著了）

（b）墙体外保温处理，在构造上比内保温复 杂。保温层不能裸露在室外，需加保护层，可 外饰面比较难处理。
建筑保温包括： 围护结构保温 建筑方案设计中的保温综合处理

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本讲主要内容

4.1：围护结构保温设计
1） 外墙和屋顶的保温设计 2） 外窗、外门和地面的保温设计 3） 特殊部位保温设计 4） 建筑保温设计的有关规定 4.2：建筑保温综合处理的基本措施 1）选择合理的建筑体型、朝向和平面形式 2）防止冷风的不利影响 3）使房间具有良好的热特性与合理的供热 系统 4）充分利用太阳能
?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4141围护结构保温设计围护结构保温设计围护结构冬季保温设计是取围护结构冬季保温设计是取阴寒天气阴寒天气作为设计基作为设计基本条件本条件其传热可视为稳定传热其传热可视为稳定传热1保证内表面不结露即内表面温度不低于室内空气的露点温度也从人体卫生保健的基本需要考虑
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（3）提高窗户的保温能力
（a）改善窗框保温性能。首先，将薄壁实腹型材改为 空心型材，内部形成封闭空气层，提高保温能力。其 次，开发塑料构件，第三，用保温砂浆、泡沫塑料等 填充密封窗框与墙之间的缝隙。 （b）改善窗玻璃部分的保温能力。用双层窗（间隔以 4-5cm为宜）或双玻窗（双玻窗的空气间层厚度以 2~3cm为最好）增加窗扇或窗玻层数，提高窗户保温能 力。因为层与层之间的空气层，加大了窗的热阻。 （c）合理选择窗户类型。窗的大小、窗的朝向等
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吸热指数B值
B f b1 b1 1c1 1
W / m 2 h1/ 2 K
试验证明，地面对人体有下式：
b1 c1
第一层（面层）材料的热渗透系数
1 第一层材料的导热系数
第一层材料的比热容 第一层材料的密度
地板保温的特点： a）由于地面下土壤温度的年变化比室外空气小很多， 因此冬季地面散热最大的部分是靠近外墙的地面，其 宽度约在0.5m~2m左右。我国规范规定，对于严寒地 区采暖建筑的底层地面，当建筑物周围无采暖管沟时， 在外墙内侧0.5m~1.0m范围内应铺设保温层，其热阻 不应小于外墙的热阻。
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l
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围护结构交角处的保温设计

由于交角处的温度比主体低，在设计时要注意计算其内表面 的温度，判断内表面的温度是否低于室内的露点温度。《民 用建筑热工设计规范》给出的内表面温度计算公式：
t i te i ti Ri Ro
'
ti te
室内计算温度,居住建筑18度，高级、托幼20度；
覆盖层：可用大阶砖，也可用混凝 土预制板、卵石、砾石等。
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4.1.2 外窗、外门和地面的保温设计

对一栋建筑物来说，外窗、外门和地面在外围 护结构总面积中占30~60%之间，而外窗、外门 和地面的传热失热量外加门窗缝隙引起的空气 渗透耗热量，占总耗热量的60 %。 因此必须做好窗户、外门、地面的保温设计。

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1）窗户的保温设计
窗户的保温设计主要 考虑以下几方面： （1）控制窗墙面积比。 对于居住建筑，各朝 向的窗墙面积比规定 见表3-6 （2）提高气密性， 减少冷风渗透

各朝向窗墙面积比
朝向 南向 东、西向
窗墙面积比 ≤0.35 ≤0.25（单层窗） ≤0.30（双层窗）
北向
≤0.20
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单设保温层复合构造形式
a--内饰面层；b--承重层；c--空气层；d--保温层；e—外饰面层
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外保温的优点
（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。 （2）由于承重层材料的热容量一般都远大于保温层，所 以，外保温对结构及房间的热稳定性有利。当供热不均匀 时，承重层因有大量蓄存的热 量，可保证围护结构内表面 温度不致于很快下降。但对于一天中只有短时间使用（间 歇使用）的房间，内保温较好，可使温度很快上升。 （3）外保温对防止或减少保温层内部产生水蒸气凝结十 分有利 （4）外保温法使热桥处的热损失减少并能防止热桥内表 面局部结露。 （5）对于旧房的节能改造，外保温处理的效果最好。
第四讲： 第三章：建筑保温与节能
建筑的体型与围护结构的设计
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围护结构的作用
围护结构
墙、屋顶、 门窗、地面
围护结构的作用
保温
隔热
通风
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建筑保温问题

在我国大约有占全国总面积70%的地区冬季室 内需要采暖。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，即需要注意建筑保温问题。
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屋顶保温----USD构造法


采用外保温的屋面，传统 的做法是保温层上面做防 水层，由于防水层的蒸气 渗透阻很大，使屋面容易 产生内部结露。同时防水 层直接暴露在大气中，受 日晒、交替冻融等影响， 极易老化和破坏。 USD（Upside Down）构 造法也叫倒铺法。不仅有 可能完全消除内部结露的 可能性，又是防水层得到 保护。

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a）单设保温层复合结构的形式和特点
----用两种或两种以上的材料分别满足保温和承重的需要— 复合结构



当采用单设保温层复合墙体或屋顶时，保温层的位置， 对结构及房间的使用质量、结构造价、施工、维持费 用等各方面都有重大影响。 随着对围护结构保温要求的增加，复合结构的使用也 日益广泛。复合结构大体上可分为： 内保温 外保温 夹芯保温 从建筑热工角度上看， 外保温优点较多，但内保温往 往施工比较简单，中间保温有利于用松散填充材料作 保温层。
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4.1.1 外墙和屋顶的保温设计
外墙和屋顶是建筑外围护结构的主体部分。
在设计过程中应考虑以下几方面： （1）保证内表面不结露，即 内表面温度不低于室内
空气的露点温度----也从人体卫生保健的基本需要考虑；

（2）限制内表面温度，以免产生过强的冷辐射； （3）从节能要求考虑，热损失应尽可能小；
Ri 外墙角处内表面换热阻，取0.11m2.K/W;
室外计算温度，按表3-1中1类围护结构的室外计算 温度取值；

比例系数，按表3-10取值。
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围护结构交角处的保温设计

如果交角内表面的温度低于露点温度 td ， 则应采取适 当的局部保温措施。保温材料的最小热阻按下式计 算：
Rad min
R0. min te n Ri
最小传热阻
t i t e n R0.min Ri t
t i 冬季室内计算温度，一般居住建筑取18℃，高级住宅、医疗、
托幼建筑取20 ℃； 冬季室外计算温度，依据热惰性指标大小，查表3-1得出
t 室内空气与外墙或屋顶内表面之间的允许温差，查表3-2
在我国现行的 《民用建筑热工设计规范》（GB50176---93)《民用 建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》(JGJ26---86) 对围护结 构的保温要求都作了规定

我国国家标准《民用建筑热工设计规范》中规定 的设计方法---------最小热阻法
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最小传热阻的确定
根据《民用建筑热工设计规范》（GB5017---93）最小传 热阻的计算公式如下：
b）热桥保温

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热桥的几种典型情况：贯通式和非贯通式
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热桥保温

在围护结构中，热桥是不可避免的。热桥如果传热量过大， 内表面的温度就会过低，就有必要校核热桥内表面是否会结 露，以确定保温措施。为此，要掌握热桥内表面温度的计算 方法：