3 保温设计

Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
温差修正系数n值
序 号 1 2 3 围护结构及其所处情况 外墙、平屋顶及与室外空气直接接触的楼板等 n值 1.00 0.90 0.60 0.50 0.75 0.60 0.40 0.70 0.40
带通风间平屋顶、坡屋顶顶棚及与室外空气相通的 不采暖地下室上面的楼板等
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
Point 2 非透明围护结构的保温构造类型 Point 3 楼地面的保温与节能 Point 4 倒铺屋面
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
围护结构应有足够的保温性能； 热流强度q是热损耗的基数，q∝K0。
外窗百度文库
主体部位
岩棉板
特殊部位 地坪（地板）
挤塑聚苯板
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
最低要求：最小传热阻【采暖房间】
– 为限制通过围护结构的传热量过大，内表面冷凝以及限制内 表面与人体之间的辐射换热量过大而使人体受凉设定的低限 阻力值。
冬季室内计算温度
冬季室外计算温度 温差修正系数
( ti − te ) n R0min = Ri t
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
附加阳光间式
实例
鄂尔多斯市某小区
被动利用：所有建筑都为正南北朝向；
主动利用：太阳能热水系统，建成后节能标准可达 50%，节煤量为3712吨/年，预计建设完成后太阳能 热水系统可提供全部生活热水需求的 83.2％。
提高保温性能要求：节能要求
– 房屋总体满足节能率要求，例如30%，50%。
居住建筑
– 第一阶段 1986年起，在1980~1981年基础上节约能耗30%； – 第二阶段1996年起，在1980~1981年基础上节约能耗50%； – 第三阶段在第二阶段基础再节约30%，即65%。
建筑物理
Architecture Physics
建筑学院建筑技术研究所
第三章 建筑保温设计与节能
第一节
建筑保温与节能设计策略
第二节
第三节 第四节
非透明围护结构的保温与节能
透明围护结构保温与节能 被动式太阳能利用设计
建筑保温设计的意义
保温、供暖
防热、降温
3.1 建筑保温与节能设计策略
保温设计策略【由大到小阐述】
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
最小传热阻R0，min的计算
( ti − t e ) n R0,min = Ri t
式中 te——冬季室外计算温度，℃；在规范中将围护结构按热惰性 指标D值的不同分为4类，分别取不同的冬季室外计算温度；
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
–充分利用太阳能； –防止冷风的不利影响； –合理的建筑体型和平面布局； –良好的热工性能，保温和蓄热能力； –科学的保温系统与合理的节点构造； –其他。
建筑保温设计的意义
保温设计策略
“失热”途径
–通过围护结构的传热损失； –通过门窗缝隙的渗透； –冷风侵入、通风换气。
① 通过围护结构的传热损失
减少单位体积外围护结构的表面积； 提高围护结构的保温性能；
–高效保温材料； –使用空气间层； –铝箔。
Q=A q =
A ( ti − te ) R
减少单位体积外围护结构表面积
减小 单位 体积 建筑 外围 护结 构的 表面 积
减少单位体积外围护结构表面积
德国艾森 RWE AG总部
直接受益式
南向玻璃的选择-争取日照
蓄热材料的选择-避免室温波动过大 夜间保温
集热蓄热墙式
构造方式：玻璃采光面+蓄热墙+通风口；
优点：蓄热能力强、温度变化小，热稳定性好； 缺点：升温慢，采光差，构造较为复杂。
附加阳光间式
构造方式：玻璃采光空 间+蓄热墙+通风口； 优点：温度变化小，热 稳定性好，清理、维修 较方便； 缺点：升温慢；材料用 量大，造价较高。
实例 实例
曲折外墙住宅
⚫ 迈克尔之所以设计出这样的外墙，是为了让建筑充分利用太阳能。这种住 宅其实是由一些部件搭建起来的临时住宅，需要搬家时搬起来也容易。曲 折外墙设计可以有效地抵御风吹雨淋，至少可以抵御七级左右的大风。
⚫ 曲折外墙可增加太阳照射面积，让房子冬天也很暖和；还可贴太阳能电池 板，不仅可给夏天房屋降温，而且能提供夜晚日常生活用电，一举两得。
实例
多排多列楼栋布局中，采用错位布置，利用山墙空 隙争取日照。
实例 实例
草砖房：导热系数0.13-0.17
实例 实例
迈克尔·伽特泽
⚫ 美国洛杉矶建筑师迈克尔·伽特泽 是个喜欢标新立异的人，他常设计 一些稀奇古怪的建筑。他的创意如 此奇特，以至于这些建筑一旦落成 ，就成为地标式建筑，而且引领建 筑设计的时尚潮流。 ⚫ 迈克尔是个重视环保的人，他喜欢 让自己设计的建筑能够利用天然的 绿色能源，其中主要就是太阳能和 风能，他的设计往往能引发人们对 环保建筑的一些思考。
与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙： 1~6层建筑 7~30层建筑 不采暖地下室上面的楼板： 外墙上有窗户时 外墙无窗且位于室外地坪以上时 外墙无窗且位于室外地坪以下时 与有外门窗的不采暖房间相邻的隔墙 与无外门窗的不采暖房间相邻的隔墙
4
5 6
伸缩缝、沉降缝墙 抗震缝墙
0.30 0.70
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
选择合理的建筑体型与平面形式
建筑平面不宜过于松散。
冬季严寒地区的节能住宅，平面设计应尽力追求简洁、平整， 比如直线型、折线型和曲线型。在节能规划中，不适宜大规模 采用单元式楼体错位拼接，建议尽量减少外墙临空长度，降低 能耗。
选择合理的建筑体型与平面形式
3.2 非透明围护结构的保温与节能
最小传热阻R0，min的计算
( ti − t e ) n R0,min = Ri t
允许温差［Δt ］： 保证内表面不结露:
序号 1 2 3 建筑物和房间类型 居住建筑、医院、幼儿园等 办公楼、学校、门诊部等 礼堂、食堂和体育馆等 外墙Δt 6.0 6.0 7.0
Δt示意图
屋顶Δt 4.0 4.5 5.5
提高围护结构的保温能力—空气间层
1：导热 2：对流+导热 3：导热+对流+辐射
4和2：只贴一个表面铝箔
辐射换热的部分 5和2：两个面都贴铝箔后
辐射换热的部分
保温设计策略
“得热”的途径
–①太阳辐射有效利用 –②室内的散热
① 充分利用太阳能
被动式太阳房（Passive Solar Building）
利用原理
–温室效应-结合-蓄热材料。
常见利用形式
–直接受益式； –集热蓄热墙式； –附加阳光间式。
前情题要
不稳定传热特征和表征指标：三大特点、比热容、蓄 热系数、热惰性指标 保温设计策略【由大到小阐述】
–充分利用太阳能：主被动式的界定、体型系数、太阳能资源 特点； –防止冷风的不利影响； –合理的建筑体型和平面布局； –良好的热工性能，保温和蓄热能力； –科学的保温系统与合理的节点构造； –其他。
被动式太阳能利用的基本形式
直接受益式； 集热（蓄热）墙式； 附加阳光间式。
直接受益式
构造形式：玻璃采光空间 优点：
– 构造简单、升温快、建筑艺术处 理灵活。
缺点：
– 热量难于蓄存、减少空间的隐私 感。
需要的完善措施：
– 增加无太阳辐射时的保温措施— 墙体蓄热、保温窗帘）； – 选用合适的玻璃类型及结构。
① 充分利用太阳能
① 充分利用太阳能
主动式利用
–利用太阳能的系统需要机械动力驱动。
① 充分利用太阳能
被动式利用
–不借助机械动力，通过建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间 和外部形体的巧妙处理，以及结构构造和建筑材料的恰当选择使建 筑物以完全自然的方式（辐射、传导、自然对流），在冬季能集取 、保持、储存、分布太阳热能、解决采暖问题；而在夏季又能遮蔽 太阳辐射、散逸室内热量，使建筑物降温。
室内空气与围护结构内 表面间的允许温差
(m
2
K ) /W
围护结构内表面换热阻
Point 1 非透明围护结构的保温设计要求
最小传热阻R0，min的计算
( ti − t e ) n R0,min = Ri t
式中 R0，min——最小传热阻； ti——冬季室内计算温度，℃；一般居住建筑，取18℃；高级 居住建筑、医疗、托幼建筑，取20℃； te——冬季室外计算温度，℃；在规范中将围护结构按热惰性 指标D值的不同分为4类，分别取不同的冬季室外计算温度； Ri——围护结构内表面换热阻； n——温差修正系数，按下表取值； ［△t］——室内空气与围护结构内表面之间的允许温差，℃。
防止冷风的不利影响
适当布置建筑物，降低冷天 风速，可减少建筑物和场地 表面热损失，节省能耗；避 开不利风向，减少冷空气对 建筑的渗透也是建筑避风重 点考虑的地方。
选择合理的建筑体型与平面形式
建筑体形系数不宜过大；
体形系数=接触室外空气的外表面积/体积。
【举例】相关设计标准规定 ：对于3层的居住建筑，严寒 地区的体形系数限值为 0.5 ， 寒冷地区的体形系数限值为 0.52 ， 夏热 冬 冷 地区 的 体 形 系数限值为 0.5 ；对于公共建 筑的体形系数应小于或等于 0.4。
陕北窑洞
防止冷风的不利影响
避免大面积的外表面朝向冬季主导风向； 加强门窗密闭性，控制冷风渗透。
防止冷风的不利影响
建筑基地不适宜选择在山谷 、洼地及凹地等处，因冬季 冷气流在凹地里易形成对建 筑物的“霜洞”效应。位于 凹地的底层或半地下层建筑 为保持所需的室内温度所消 耗的能量，就会相对应的增 加。 在某个范围内，温度变化出 现局地倒置现象，其极端形式 所以建筑基地应尽量选择在 称为“霜洞”。当空气、流入 向阳、避风的地段上，为建 山谷等时，若没有风力扰动， 筑争取日照创造必要的条件 空气就会如池水一样积聚在一 。 起。
实例 实例
风力旋转公寓
⚫ 共7层，除了底部的一层 不能转动之外，上面的6 层可以随风转动。因此 ，你每分钟看到的房子 外形都是不一样的。
实例 实例
风力旋转公寓
⚫ 居住在这所公寓里的人 还可以随喜好自行操控 自家房子，例如改变房 子的朝向、温度和景色 等。
⚫ 风在吹动房子改变其外 观的同时还可以用来发 电，为居民提供夜间照 明。
单位体积具有的表面积—体形系数
体形系数
–建筑物与室外大气接触的外表面积（不包括地面和不采暖楼 梯间隔墙与户门的面积）与其包围体积的比 –体形系数越大，散热越多 –楼层越低，体形系数越大；独立比联排大
提高围护结构的保温能力—保温隔热材料
分 类 天然 人造 品 种 石棉纤维 矿物纤维（矿渣棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉等）
-被动式太阳房是利用建筑物本身，在冬季集取、保持、贮存、 分布太阳热能；使建筑物冬暖夏凉。它具有显著的节约能源、 保护环境、改善生活条件等综合效益。
太阳能的特点
-取之不尽，用之不竭； -无污染、廉价； -低能流密度、仅能间歇采用。
建筑对太阳能的利用方式按照运行是否需要动力分为
-主动式； -被动式。
实例 实例
旋转式太阳能住宅
⚫ 迈克尔设计的旋转式太 阳能住宅用 8 个扇形外 墙和一个圆形地板组成 。 8 个扇形外墙相互叠 加，可以围绕着中央的 支撑柱旋转。
实例 实例
旋转式太阳能住宅
⚫ 外墙是一种百叶窗式的结构，打开时 可以透光，封闭时可以遮雨挡风。 ⚫ 在天气好的时候，扇形外墙在底座电 机的带动下，可以完全或部分叠加在 一起，形成一个开放式或半开放式的 亭子，充分享受到阳光和清新的空气 。 ⚫ 如果出现恶劣天气，扇形外墙可以围 成一圈，让你拥有一个全封闭而且完 全的家。这种旋转式住宅顶上有太阳 能电池板，可以提供日常生活用电和 旋转外墙的用电。
无机质
纤维状
有机质
天然
人造 天然 人造 天然
棉麻纤维、稻草纤维、草纤维等
软质纤维板类（木纤维板、草纤维板、稻壳板、蔗渣 板等） 硅藻土 硅酸钙、碳酸镁等 炭化木材
微孔状
无机质 有机质
人造
气泡状 天然 人造 层状 金属
膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土、泡沫玻璃、泡 沫硅玻璃、火山灰微珠、泡沫枯土等
软木 泡沫聚苯乙烯塑料、泡沫聚氨酯塑料、泡沫酚醛树脂、 泡沫脲醛树脂、泡沫橡胶、钙塑绝热板等 铝箔、锡箔等