第五讲建筑物理详解
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第五讲:
第3章:建筑保温节能设计
建筑的体型与围护结构的设计
围护结构的作用
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。
●建筑保温包括:
建筑方案设计中的保温综合处理
围护结构保温
本讲主要内容
●5.1:建筑保温与节能设计策略
●5 2:非透明围护结构的保温与节能
●5.3:保温材料与构造
●5.4:透明围护结构的保温与节能
●5.5:被动式太阳能利用设计
5.1 建筑保温与节能设计策略
●在严寒和寒冷地区,为了保证室内热环境的舒适度,一方面加强建筑保温,另一方面有采暖设备提供热量。
●当建筑本身设计有良好的热工性能时,维持室内热环境需要的供热量较小;反之,建筑本身的热工性能较差时,则不仅难以达到应有的室内热环境标准,还将使供暖能耗大幅度增加,甚至在围护结构内表面或内部产生结露、受潮等。
●在进行建筑保温设计时,要充分利用有利因素,克服不利因素,应注意以下几方面的处理措施:
充分利用太阳能
●在建筑中利用太阳能一般包括两方面的涵义:
●一是从节约能源的角度考虑,太阳是一种洁净、可再生的能源,将其作为采暖能源,可以节约常规能源,保护自然生态环境。
●二是从卫生角度考虑;太阳辐射中的短波成份有强烈的杀菌防腐效果,室内有充足的日照对人体健康非常有利。
2)防止冷风的不利影响
●风对室内热环境的影响主要有两方面:
●一是通过门窗口或其他孔隙进入室内,形成冷风渗透,冷风渗透量愈大,室温下降愈多;一般砖混结构空气渗透所致热耗占采暖热耗的1/4~1/3;
●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,外表面散热愈多,房间的热损失就愈多。
●对寒冷地区的建筑,从体型上考虑节能问题主要包括两方面:一是尽量节省外围护结构面积;二是使建筑物能充分争取到冬季的日辐射得热。如体型过于复杂,外表面面积较大,热损失越多。
对同样体积的建筑物,在各面外围护结构的传热情况均相同时,外围●
护结构的面积愈小则传出的热量愈小。表面积与体积的关系用“体型系数”(S)来表示,即一栋建筑的外表面积F0与其所包围的体积V0之比,S= F0 / V0
体型系数(S)
如建筑物的高度相同,则其平面形式为圆形时体形系数最小,依次为正方形、长方形以及其他组合形式。
体型系数(S)
●建筑层数对体型系数及单位面积耗热也有很大影响。在同样建筑面积的情况下,一般是单层建筑的体型系数及耗热量比值大于多层建筑。
●一般是总建筑面积愈大时,要求建筑层数也相应加多,对节能有利。
建筑物的体形系数是控制建筑采暖能耗的一个重要参数
●1、针对建筑的功能、规模以及所在地区的气候条件科学的确定保温系统,注意保温系统的材料选择、性价比、施工技术等。
●2.做好建筑围护结构特殊部位的保温,如外墙转角,内外墙交角,女儿墙、出挑阳台等。
●如在严寒地区对建筑保温节能构造设计八项要求:P60
6)建筑物具有舒适、高效的供热系统
●当室外气温昼夜波动,为使室内热环境能维持所需的标准,除了房间应有一定得热稳定性外,在
供热方式供热的间歇时间不宜太长,以防夜间温度达不到基本的热舒适标准。
●建筑保温与节能,一是保证室内热环境的舒适性,尽可能降低建筑物的采暖能耗;二是提高能源的利用率,在采暖建筑中配置高效率的供热系统,从而实现建筑节能的总体目标。
●国家建筑设计规范和节能标准对非透明围护结构的保温与节能提出有具体要求
●建筑外围护结构非透明部分:外墙、屋顶、地面、与室外空气接触的架空的楼地面、非透明幕墙、非采暖楼梯间等。
最小传热阻的确定
●围护结构冬季室外计算温度
1、居住建筑的保温与节能:
●采暖区:累计日平均气温低于或等于5℃的天数,在90天以上的地区为采暖区。主要包括东北、西北和华北地区。
●采暖居住建筑节能目标:第一阶段:1986年后的建筑与之前比节能30%;第二阶段:1996年后建筑,与第一阶段之前的能耗比节能50%;第三阶段:是在达到第二阶段要求的基础上再节能30%,从而达到节能65%的目标。
●居住建筑的采暖节能指标由建筑围护结构和采暖系统共同完成。建筑围护结构所承担不同阶段的节能比例是:20%、35%、50%。
●由此可推断:各地区在一定气候条件下,建筑体系系数一定时,室内采暖温度为18℃,建筑外围护结构传热系数的限值(参见表3-1)
2、公共建筑的保温与节能:
●公共建筑节能目标:第一阶段:节能50%;第二阶段:12010年后新建的采暖公共建筑,在第一阶段的基础上再节能30%;实现节能65%的目标。
●建筑非透明围护结构的热工设计要求:
㈠、严寒、寒冷地区的建筑的体形系数应小于或等于0.4;
㈡、在一定的气候分区中,围护结构的传热系数不得大于限值,参见表3-2.
围护结构的传热系数K的计算公式:
4)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。
●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。
●地板温度分布图
●地板局部保温
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。
吸热指数B值
比如在地板的划分中,B值Ⅰ类<17,Ⅱ类在17~23,Ⅲ类>23。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。
1、隔热保温材料----保温材料的导热系数及影响因素
导热系数越小,说明材料越不易导热。