第二章 影响建筑节能因素

第二章 影响建筑节能的因素
2.1 建筑能耗
• 影响建筑能耗的因素是多方面的，建筑房间的 能耗可归结为以下四类因素造成：
• 气候与地点 • 建筑围护结构 • 建筑设备系统 • 人性因素
2.1.1 气候与地点
• 气候参数包含温度、湿度、太阳辐射、风 力、雨水等数据，这些参数将影响建筑的 热性能、采光、太阳能利用以及自然通风 等.
• 5、室内装修、改造时比较方便。
• 6、相对于内保温，外保温增加了室内使用面积，降低了 造价。
• 7、保温材料要具有一定的强度，抗撞击，水密性，抗应 力。要求与主体墙的联结紧密，抗风压。保温材料自重 <150N/m2，北京地区标高100m的高空最大风压（负压） 约800N/m2，而行业标准规定为不小于0.1N/mm2。
• K值表示的是在一定条件下热量通过玻璃 在单位面积（通常是1m2）、单位温差 （通常指室内温度与室外温度之差一般1C 或1K）、单位时间内所传递焦耳数。K值 的单位通常是W/m2K。K值是玻璃的传导 热、对流热和辐射热的函数，它是这三种 热传方式的综合体现。玻璃的K值越大， 它的隔热能力就越差，通过玻璃的能量损 失就越多
• ②夏季Low-e玻璃针对在炎热的夏季，需要尽可能减少 进入室内的热量的特点，通过玻璃把太阳辐射中的近红 外部分遮挡，同时又保证可见光的透射量满足室内正常 采光要求。此时的low-e膜层对0.38~0.78μm范围内的太 阳辐射有较高的透过率,但对近红外区具有高达0.8的反 射率，这就使得进入室内的太阳辐射中只有极少的红外 线，所以能带来较舒适的视觉环境和热舒适感。
•
导温系数（m2/s）：
C
反映了非稳态传热时材料热
传输能力相对于蓄热能力的量度。
•
蓄热系数（W/m2·K）：S
Aq A
2C Z
0.593
C 0.593
• 某一匀质半无限厚材料一侧受到周期性热作用时，迎波
面（即直接受到外界热作用的一侧表面）上接受的热流
振幅与该表面的温度振幅之比称为该材料的蓄热系数。
璃（也称太阳能控制玻璃）、低辐射玻璃。 热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧
化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回 大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转 化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷 也就越少；热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的 控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升 高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出 现光污染问题。
及均匀性，从而达到所要求的光谱选择透过性或 反射指标。根据不同的要求和房间功能，low-e 玻璃能分别对近红外线、可见光和紫外线做选择 性透过。
• 根据镀膜层不同的处理，可分为冬季型、夏季型和遮阳 型low-e玻璃。
• ①冬季Low-e玻璃是针对冬季或寒冷地区的使用要求， 在低辐射率的基础上，可以形成在整个太阳辐射光谱范 围内均具有较高透过率的Low-e镀层，从而增加室内阳 光辐射量，减少冬季房间的热负荷。
•
热惰性：D R S 0.593 L
无因次量，指围护结构对外界温度
ห้องสมุดไป่ตู้
波动作用的抵抗能力。热惰性指标越大，说明对温度波
的衰减能力越大，穿透围护结构需要的时间越长。
•
•
衰减度： x
A Ax
D
e 2
•
表面蓄热系数（W/m2·K）：Y
Aq A
实际工程中围护
结构使用的材料都是有限厚度的单层或多层平壁材料，
• 在复合墙体中，由于保温材料所处的位置不同， 分为外保温、内保温和夹心保温复合墙体。
• 内保温复合墙体的特点：
• 1、施工方便，室内作业面积小，不受气候影响。
• 2、在保温层覆盖不到的地方容易产生冷桥、热 桥现象。
• 3、由于内表面是蓄热能力弱的保温材料，对室 内温度变化较为敏感。
• 4、室内保温材料会占用一定的室内面积，且对 室内装修、改造不利。
限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流 和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。例如由两 片5mm普通玻璃和中间层厚度为10mm的空气层组成的 中空玻璃，在热流垂直于玻璃进行热传递时对流传热， 传导传热、辐射传热各约占总传热的2%、38%、60%， 同时中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能玻 璃，能将这些玻璃的优点都集中于中空玻璃上，也就是 说中空玻璃还可以集本身和镀膜玻璃的优点于一身，从 而发挥更好的节能作用。如用一层5mm厚、表面辐射率 0.2的低辐射玻璃和一层厚度为5mm的普通玻璃组成的 空气层为9mm的中空玻璃其K值月约为2.1W/m2K。如 果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并且将空气层中的空 气用氩气置换空气层的厚度选择12mm，其K值可以达到 1.4W/m2K。如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃他 还具有控制太阳能的作用。
普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻 璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低 于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实 现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐 射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少， 玻璃的节能效果越好。
• 中空玻璃 中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被
• Low-e玻璃 Low-e玻璃是近些年进入我国建筑市场的新
型节能玻璃。与其它类型的玻璃比较，Low-e玻
璃具有低辐射、选择透过性等特点。普通玻璃的 长波辐射率在0.84~0.94，而low-e镀膜玻璃的辐 射率最低可达0.03，而且对长波辐射有很强的反 射作用，从而提高表面换热绝缘系数。
low-e膜层“既不透过、也不吸收长波辐射”， 能将90%以上的热辐射返回室内，起到节能效果。 通过特殊的技术工艺，可以控制low-e镀膜厚度
• 真空玻璃 真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃，真空玻
璃是在密封的两片玻璃之间形成真空从而使玻璃 与玻璃之间的传导热接近于零，同时真空玻璃的 单片一般至少有一片是低辐射玻璃。低辐射玻璃 可以减少辐射传热，这样通过真空玻璃的传热其 对流、辐射和传导都很少，节能效果非常好，但
目前国内尚未形成生产能力。
2.1.2.1 墙体
• 墙体是建筑围护结构的主体，也是影响建筑能耗 的主要因素。
• 墙体的节能技术是随着建筑节能要求的提高的而 发展的。以墙体结构和材料发展为例，多年以来， 建筑墙体一般采用单一材料砌筑，如砖砌墙体、 空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。近来，由于 建筑节能的需要，很多单一材料墙体本身导热系 数太大，不能满足保温隔热的要求，因此，往往 用承重材料（如砖或砌块）与高效保温材料（如 聚苯板、岩棉板或玻璃棉板等）进行复合，发展 出了一种新型墙体：复合墙体。
• 玻璃节能评价的主要参数 自然界中热量的传递通常有三种形式：
对流、辐射和传导。由于玻璃是透明材料，
通过玻璃的传热除上述三种形式外还有太
阳能量以光辐射形式的直接透过。衡量通
过玻璃进行能量传播的参数有热传导率及 K值（在美国称为U值）、太阳能透过率、 太阳得热系数（solar heat gain coefficient)、遮蔽系数(遮阳因子)(shading coefficient)等。
2.1.2.2 地板
2.1.2.3 窗户
• 在建筑围护结构的各个部分中，窗户的绝 热性能最差，就我国目前典型的围护部件 而言，窗户的能耗约为墙体的4倍，约占建 筑围护部件总能耗的40％～50％。因此窗 户性能也是影响室内热环境质量和建筑节 能的主要因素之一。
• 窗户性能的主要指标是窗户的密闭性及窗玻璃的 性能。窗户的密闭性的受采用的窗框形式影响。 窗玻璃的性能决定于玻璃透过率、发射率和导热 率等。在建筑单位能耗不断降低的需求下，窗户 性能的改进也得到推动，出现了各种不同的门窗 形式。目前，我国的门窗经历的发展，以窗框形 式分类有：木制门窗、钢门窗、铝合金门窗、塑 钢门窗及玻璃钢门窗等；以窗玻璃分类有：白玻 璃、带色玻璃、热反射镀膜玻璃、中空玻璃、低 辐射镀膜玻璃等。当前低辐射镀膜玻璃窗因为其 优异的性能已成为研究的热门。
材料 导热系数
空气 0.026
水 膨胀珍 珠岩
0.66 0.040.08
泡沫 聚 苯 乙 烯
0.044
岩棉 <0.05
玻璃 棉
<0.05
容重
1.16 1000 70-350 <20 80- 24150 120
砌体材料 砌体材料就是构成围护结构主体的建筑材料。
材料 实心砖 空心砖
导热系数 容重 比热
• 太阳得热系数
进入室内的能量与投射到窗户的太阳能之比。
• 遮蔽系数（遮阳因子）
遮蔽系数是相对于3mm无色透明玻璃而定义的，它是以3mm 无色透明玻璃的总太阳能得热系数视为1时（3mm无色透明玻璃的 总太阳能得热系数是0.87）其他玻璃与其形成的相对值，即玻璃的 总太阳能得热系数除以0.87。
节能玻璃的主要品种 随着技术的不断进步玻璃品种越来越多，目前
• ③遮阳型Low-e玻璃主要针对西向或东向窗户，在对近 红外辐射低透过的基础上，把可见光透过率降到 50%~60%或更低，以达到降低太阳辐射透过率，减少 太阳得热的目的。
• 按生产方法，可分为在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃。
主要以节能为目的的品种有吸热玻璃、镀膜玻璃、
中空玻璃、真空玻璃等。
• 吸热玻璃 吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子
使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同 的颜色，吸热玻璃的节能是通过太阳光透 过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收， 热能以对流和辐射的形式散发出去从而减 少太阳能进入室内。
• 镀膜玻璃 镀膜玻璃在建筑上的应用主要有两种，即热反射玻
• 金属面夹心板:金属面一般采用钢板，也有压花 铝板，外涂彩色防腐涂层。而其中的隔热芯材有 硬质聚氨脂泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料和岩棉 等。
复合墙体
• 由于建筑节能的需要，很多单一材料墙体 本身导热系数太大，热惰性较小，不能满 足现在的保温隔热要求，但如全部采用保 温绝热材料，则由于蓄热能力弱，热稳定 性差，导致室内温度波动大，因此往往采 用蓄热材料与高效保温绝热材料组成复合 墙体。
• 外保温复合墙体的特点：
• 1、外保温可以削弱和避免冷桥和热桥现象。
• 2、由于内表面是蓄热材料，热容量较大，能减缓室内温 度变化，且有利于利用室内“自由热”。
• 3、室内居民实际感受的温度，既有室内空气温度又有围 护结构内表面温度的影响。
• 4、由于外保温，内部的砖墙或混凝土墙受到保护。室外 气候不断变化主要引起保温层内温度变化，而内部的主 体墙温度变化平缓，热应力减少，延长主体墙的寿命。
热（冷）桥现象
• 在建筑中，出现局部热流与周围不一致现 象的部位被称为热桥。热桥产生的原因是 在建筑物连接处存在其中某一部分的导热 性远强于另一部分，使得热量更容易从导 热性强的部分导出，影响了热流的传递方 向，导致热流在连接处的热传导情况与周 围出现了不一致性。热桥出现的部位正如 前一样，在建筑物两种不同构件的连接处， 如外墙转角及丁字外墙构造柱处、外墙圈 梁处、外墙过梁处等。
• 地点参数包括地形、植被、建筑体形、水 资源等方面。它可以影响建筑物的采光及 其周边的风向、风速等气候因素。在建筑 设计时，应注意考虑使建筑物在当地不仅 要做到与环境协调，而且要充分有效利用 当地资源。
2.1.2 建筑围护结构
• 建筑围护结构主要包括: • 墙体 • 屋顶 • 窗户 • 天窗 • 地基及其上的混凝土。
当围护结构受到周期波动的热作用时，其表面温度的波
动不仅与材料的热物性有关而且与边界条件有关
墙体材料
• 绝热材料
• 绝热材料是指对热流具有显著抵抗性，减弱结构 物与其它结构进行热交换的一种功能材料，绝热 建筑材料一般指导热系数在0.05 W/m·K左右的 建筑材料。
• 主要绝热材料的种类有纤维状（如石棉纤维，矿 物纤维等）、微孔状（如硅藻土、硅酸钙等）、 气泡状（如软木、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨脂、 膨胀珍珠岩和加气混凝土等）和层状（如铝箔）。
0.8-1.0 0.4-0.7
2000- 960左右 25000
1000左 右
加气混凝土砌 0.14-0.3 500-700 880左右 块
• 加气混凝土砌块:主要缺点是收缩性大，吸水率 高，容易断裂。
• 空心砖:优点是热工性能好，减轻结构自重，减 少原材料消耗，提高砌筑效率，降低运输费用， 节约砂浆用量。