建筑热桥研究现状与展望

第26卷第2期

2010年2月

建　筑　科　学

BU I L D I N G SC I E NCE

Vol 126,No 12Feb .2010

[文章编号]100228528(2010)022*******

建筑热桥研究现状与展望

孙大明,周海珠,田慧峰(中国建筑科学研究院上海分院,上海

200019)

[摘　要]建筑热桥是影响建筑围护结构节能的关键,本文主要介绍了建筑热桥的定义、分类和危害以及国内外热桥研究的现状,同时阐述了研究建筑热桥的各种方法,并对进一步研究建筑热桥进行了展望。

[关键词]建筑热桥;综合传热系数;建筑节能;热桥防护[中图分类号]T U11111 [文献标识码]A

Research Status and Pros pect of Building Ther mal B ridge

SUN D a 2m ing,ZHOU Hai 2zhu,TI AN Hui 2feng

(Chinese A cade m y of B uilding Science,Shanghai B ranch,Shanghai 200019,China )

[Abstract]Building ther mal bridge is the key ele ment influencing the envel ope energy efficiency .I n this paper,the definiti on,classificati on and negative i m pacts of ther mal bridge were intr oduced,as well as the research status both in China and aboard .Further more,the research methods f or ther mal bridge were p resented,and the p r os pect of further research was described .

[Keywords]ther mal bridge,integrated heat transfer coefficient,building energy efficiency,defense of ther mal bridge

[收稿日期

]2009207231 [修回日期]2009208231[基金项目]上海市自然科学基金项目(08ZR1421300)[作者简介]孙大明(19712),男,大学,高级工程师[联系方式]sdm@cabr 2sh .com,sdm@

1　热桥定义

我国建筑能耗已经占到了全国商品总能耗的

20%～30%[1]

。建筑的围护结构性能是建筑节能的关键,但是钢筋混凝土、门窗和玻璃幕墙在实际工程中的大量应用导致建筑围护结构产生了大量的建筑热桥,增加了建筑的能耗水平。

所谓热桥是指建筑围护结构中的一些部位(如梁、柱、门和窗)与主墙体材料存在传热性能的差异,在室内外温差的作用下,这些部位成为热流相对密集、内表面温度较低(或较高)的区域,与主墙体传热相比,成为热量流失的主要桥梁,故称为热桥,有时又可称为冷桥[223]

。欧盟标准E N I S O 1021121中关于建筑热桥定义如下:建筑围护结构热桥是由不同导热性能的材料贯穿或者结构厚度变化或者内外面积的不同(如墙、天花板和地板连接处)而形成的。

由于建筑材料热特性非连续或几何条件的变化

而导致具有明显的多维热传导特性的热桥在现代建

筑中普遍存在[428]

。在节能建筑工程设计中,采用了很多围护结构的保温设计方法,其目的就是要增加围护结构传热阻,降低房间热负荷;在满足使用温度要求的条件下,做到符合国家节能标准。但是在节能建筑中,保温材料与母材的连接或固定位置难免存在热桥,另外在墙的开口部位(门和窗等),由于边缘封闭和拉接等,也难免存在热桥,故热桥是不可避免的,只能降低热桥对建筑的影响。

2　建筑热桥分类

根据建筑结构和构造特点,可将热桥分为8大类:墙热桥、柱热桥、门热桥、窗热桥、楼板热桥、屋顶

热桥、阳台热桥及其它热桥[9]

。图1给出了墙体周边热桥图,图中字母组合所示位置即为热桥区域。

1)墙热桥是由于内外墙体吸放热面积不同和材料不同而形成的,如图1中W 2P 所示。

2)柱热桥主要是由于钢筋混凝土柱与外墙或内墙相接触所形成的传热性能不同的热桥现象,如图1中W 2C 所示,尤其是在框架结构和框剪结构中,柱热桥的防护更为重要。

3)门热桥是由于门材料与墙体材料传热特性不同而形成的,如图1中W 2D 所示。

第2期孙大明,等:建筑热桥研究现状与展望

4)窗热桥根据墙体材料的不同分为上窗热桥

和侧下窗热桥,上窗热桥是由于窗上有过梁而形成

的,只在砌体结构中存在;侧下窗热桥是由于窗户型材与主墙体传热性能差异而形成的,如图1中W 2W 所示。凸窗在建筑中的应用越来越多,它也是窗热桥的一种形式,其热桥影响区域比传统窗户大得多。随着玻璃幕墙在建筑上中大范围的使用,幕墙热桥也成为窗热桥的主要形式。

5)楼板热桥是楼板与梁、主墙体相接触所形成的,如图1中W 2F 所示。

6)屋顶热桥是指屋顶和房间圈梁相接触而形成的传热不均的现象,如图1中W 2R 所示,女儿墙热桥也是屋顶热桥中常见的一种形式。

7)阳台热桥也是居住建筑中一种常见的形式,如图1中W 2B 所示,对于复合保温墙体,阳台处外墙保温材料被切断,阳台门、阳台窗和阳台板处均存在着热桥。开式阳台比闭式阳台热桥更为明显。

8)其它热桥形式随着建筑形式的创新而不断出现,如遮阳构件热桥和天窗热桥。遮阳构件热桥是由于遮阳建筑一体化而形成的热桥传热,而天窗热桥既不同于窗户热桥,也不同于屋顶热桥,暂且归为其它热桥

。

图1　墙体周边热桥图

3　建筑热桥危害

1)热桥对墙体传热系数的影响

建筑热桥增加了墙体的局部传热,降低了墙体的平均传热热阻。热桥影响外墙平均传热系数的关键因素是热桥影响区域面积和热桥部位的传热系数,当外墙的传热系数较小时,热桥对外墙传热系数的影响更加明显。

文献[10]中通过对不同结构、不同墙体宽度及不同窗墙比情况下的热桥进行了计算,认为热桥传

热墙体的综合传热系数是主墙体传热系数的111～211倍。笔者在对不同结构、不同保温形式墙体的

二维热桥传热进行研究后得出,考虑热桥传热的综合墙体传热系数是主墙体传热系数的112～118倍,可见热桥对墙体传热系数计算影响很大。

2)热桥对建筑能耗的影响

热桥对建筑最大的影响就是增加了建筑的能源消耗。在传统建筑中,热桥能耗占建筑总能耗的5%～7%,而在节能建筑中,通过热桥的能耗则可达

到20%以上[11]

。文献[9]对复合墙体房间进行了测算,底层房间“热桥”附加热负荷约占总热负荷的2317%、中间层房间“热桥”占2117%,而顶层房间“热桥”占2413%。文献[12]考虑热桥二维或三维传热的附加影响后,建筑物全年总能耗增加了2%～21%,围护结构传入房间的热量增加了5%～39%。文献[13]指出,多层建筑中热桥占总能耗的

比例为7%～20%,而在高层建筑中热桥能耗占总

能耗的比例达到20%～30%。

继很多省市居住建筑提出节能65%和公共建筑节能50%的节能目标后,一些省市也在陆续制定公共建筑节能65%的标准规划,要求建筑围护结构的传热系数要更低,这将导致热桥部位的能耗大幅度增加。为此,在严格执行国家节能标准的情况下,建筑热桥的防护显得更为重要。

3)热桥对结露的影响

由于建筑热桥的存在,导致外墙出现保温的薄弱环节。这些热桥部位在室内温度偏低的情况下,其内表面温度必然更低,成为引起结露的内在原因。同时节能建筑气密性好,没有良好的通风换气,室内空气中水蒸气含量居高不下,寒冬期间热桥部位温度低于室内空气露点温度,水蒸气就会凝结在其表面上,形成结露,对人们的生活和室内环境质量造成

很大影响[14]

。

总之,在节能建筑中,建筑热桥对能耗及室内热环境质量影响很大,处理不当既增大了建筑能耗,又降低了室内热环境的质量。因此,研究热桥的传热情况和对建筑能耗的影响,对推进我国的建筑节能工作、提高室内环境品质都具有重大的意义。

4　国内外研究现状

1)国外动态

国外对建筑热桥的研究起步较早,早在19世纪

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