【建筑热工学课件】第二部分 3.建筑防热

原理：计算是否imax≤te.max
3.2 围护结构隔热设计
3.2.4 围护结构隔热措施
1、屋顶隔热 外围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度以水平面 为最大，东西向其次，东南和西南又次之，南向较小，北向最 小，所以屋顶隔热极为重要，其次是西墙和东墙。
1)采用浅色外饰面，减小当量温度 。 简便适用，所增荷载小，无论是新建房屋，还是改建的屋顶 都适用。如：陶瓷隔热板屋面。 但若在高低错落建筑群的低位建筑屋面上采取这种措施，将 增大对高位建筑的太阳辐射反射热，恶化高位建筑的室内热 环境。
3 建筑防热
3.1 夏季过热的原因及防热途径 3.1.1 夏季过热的原因 (1)室外高气温通过室内、外空 气对流将大量的热量传人室 内。 (2)太阳辐射热通过向阳的窗 口直接进入室内 (3)邻近建筑物、地面、路 面的反射辐射热及长波辐 射热
3.1 夏季过热的原因
(4)围护结构传入热量。 在强烈太阳辐射和高气温的共同作用下，屋顶、墙面因受热而 使表面温度升高，将热量传人室内。 (5)室内生产、生活及设备 产生的余热。 因此：建筑防热的主要任务 是，在建筑规划及建筑设计 中采取合理的技术措施，减 弱室外热作用，使室外热量 尽量少传人室内，并使室内 热量能很快地散发出去，从 而改善室内热环境。
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3.2 围护结构隔热设计
3.2.3 围护结构隔热设计与计算
在我国南方炎热地区，无论是夏热冬暖地区还是夏热冬冷 地区，房屋围护结构(特别是屋顶、西墙和东墙)，都必须进 行隔热设计。夏季自然通风的房屋建筑，其围护结构外表面 受到室外综合温度的周期性热作用，内表面则处于室内空气 周期性热作用下，这两种温度的波动周期都是24h。因此， 应按双向周期性传热理论计算。当围护结构构造方案确定后， 便可进行隔热性能的验算，其目的是检验内表面最高温度是 否满足(规范)要求。
3）通风隔热屋顶
3.2.4 围护结构隔热措施
3.2.4 围护结构隔热措施
4）水隔热屋顶
利用水隔热的屋顶有蓄水屋顶、 淋水屋顶和喷水屋顶等不同形式。 水之所以能起隔热作用，主要是水 的热容量大，而且水在蒸发时要吸 收大量的汽化热，从而减少了经屋 顶传人室内的热量，降低了屋顶的 内表面温度，是行之有效的隔热措 施之一，特别是蓄水屋顶在南方地 区使用较多。
(B)无土种植草被屋顶的内表面温度波幅小，仅为无隔热层的刚 性防水屋顶温度波幅的1／4，说明草被屋顶的热稳定性较好。
(C)无土种植草被屋顶的内表面温度低于35 ℃的时数较长。草 被屋顶内表面温度高于35℃的时数为6—8h，有2／3至3／4的 时间是处于散热面，而且从温度变化曲线看出，这段时间是从 傍晚直到次日中午，这对于以晚间使用为主的建筑是可贵而难 得的。 (D)草皮的太阳辐射反射系数低，反射热量小，对其他建筑影 响少。
3.1.2 建筑防热途径
(3)围护结构的隔热与散热 对屋顶和外墙，特别是西墙，必 须进行隔热处理，以降低内表面温度 及减少传人室内的热量，并尽量使内 表面出现高温的时间与房间的使用时 间错开。 (4)合理地组织自然通风 自然通风是保持室内空气清新、 排除余热、改善人体热舒适感的重 要途径。 (5)尽量减少室内余热 应选择发热量小的灯具与设备，并 布置在通风良好的位置，以便迅速 排到室外。
3 建筑防热
3.1.2 建筑防热途径
(1)减弱室外热作用
正确地选择建筑物的朝向和布局，力 求避免主要的使用空间及透明体遮蔽 空间，如建筑物的中庭、玻璃幕墙等 受东、西向的日晒；同时要绿化周围 环境，以降低环境辐射和气温，并对 高温气流起冷却作用。 (2)窗口遮阳 遮阳的作用在于遮挡太阳直射 辐射从窗口透人，减少对人体与室 内的热辐射。
3.2.4 围护结构隔热措施
蓄水屋顶使用注意事项：
蓄水屋顶的水层深度，从白天隔热和夜间散热的作用综合 考虑，宜小于5cm而大于3cm。 水面上敷设铝箔或其它浅色漂浮物，或在水面上种植漂浮植 物水浮莲、水葫芦等将反射或吸收大量太阳辐射，能取得更 好的隔热效果。 水隔热屋顶要求屋顶有很好的防水质量，否则，易发生漏 水现象。
3.2.4 围护结构隔热措施
2 )增大热阻与热惰性
特点：它不仅具有隔热的性能，在冬季也能起保温作用，特 别适合于夏热冬冷地区。如在平屋顶的承重层和防水层之间 增设轻质材料。
但这种方式的屋面荷载较大，而且夜间也难以散热，内表面 温度的高温区段时间较长，出现高温的时间也较晚。 若用于办公、学校等以白天使用为主的建筑则最为理想， 同时也可用于空调建筑。
3.2.4 围护结构隔热措施
3）通风隔热屋顶
利用屋顶内部通风带走面层传下的热量，达到隔热的目的，就 是这种屋顶隔热措施的简单原理。这种屋顶的构造方式较多， 既可用于平屋顶，也可用于坡屋顶；既可在屋面防水层之上组 织通风，也可在防水层之下组织通风。
3.2.4 围护结构隔热措施
隔热效果如何，取决于间层所能带走的热量Q，这与间层的气 流速度、进气口温度和间层高度有密切关系。 间层高度关系到通风面积。实测资料表明，随着间层高度的 增加，隔热效果呈上升趋势；一般多采用180mm或240mm。 一般情况下，采用矩形截面通风口，房屋进深为9～12m的双 坡屋顶或平屋顶，其间层高度可考虑取20～24cm，坡顶可用 其下限，平屋顶可用其上限。
3.2.4 围护结构隔热措施
蓄水屋顶的隔热效果是相当显著的。但是这种屋顶也存在一些 严重的缺点：
首先，在夜间，屋顶蓄水后的外表面温度始终高于无水屋面， 不但不能利用屋顶散热，相反地它仍继续向室内传热。 其次，屋顶蓄水也增大了屋顶静荷载，倘若蓄水深度增加， 荷载将更大，这对于下部结构和抗震性能都不利 再次，屋面所蓄的水，日夜都在蒸发，因水资源的限制可能 许多城市难以满足要求。在夏热冬暖地区采用蓄水屋顶，尤 其是如图1．4-6所示的不宜用浅色饰面处理的屋顶，仍然是 值得考虑的方案之一。 淋水屋顶与喷水屋顶，因耗水量大及难以管理等原因， 近些年一般已很少应用。
3 建筑防热
3.2 围护结构隔热设计 3.2.1 隔热设计标准 根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176--93)的规定，房 间在自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙的内表面 最高温度，应满足下式要求： imax——围护结构内表面 最高温度(℃)； imax≤te.max te.max ——夏季室外 计算温度最高值(℃)。
3.2 围护结构隔热设计
室外综合温度除了以24小时为周期波动外，还有以下特点： 2)在室外综合温度中，太阳辐射热当量温度表示围护结构 外表面所吸收的太阳辐射热对室外热作用提高的程度。因此， 关键在于吸收。外表面太阳辐射热吸收系数P，起着举足轻重 的作用。从这个意义上说，室外综合温度并非完全客观的参数， 而是具有人为因素的影响。 3)室外综合温度代表了室外热作用的大小。平屋顶、西墙、 东墙、西南向墙和东南向墙所受室外热作用较大。因此，在 设计时对它们进行隔热处理非常必要。 由于室外综合温度呈周期性波动变化，在围护结构隔热 设计的计算中，必须确定其最大值、平均值及振幅。
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夏季室外综合温度是以24小时为周期波动的函数，其中太阳 辐射的当量温度所占比例相当大，不容忽视。
3.2 围护结构隔热设计
3.2.2 室外综合温度 室外综合温度除了以24小时为周期波动外，还有以下特点： 1)在夏季，同一地点、同一天中，各朝向的太阳辐射照度 是不同的。不仅数值大小有所区别，变化曲线、出现最大值的 时间也互有差异。
蓄水屋顶的基本构造如图 1．4—10所示。其隔热性能与 蓄水深度密切相关。
3.2.4 围护结构隔热措施
4）水隔热屋顶
根据测量，从表1.4-3中数据可看出屋顶蓄水之后具有以下优点：
(A)屋顶外表面温度大幅度下降，如以蓄水深8cm为例，外 表面的平均温度和最高温度，分别从不蓄水时的35.3℃和 62.3℃下降到31.7℃和42.3℃，温度振幅从16.7℃下降到6.2℃。 (B)大大降低了屋顶的内表面温度，蓄水深8cm时，内表面 最高温度从无水时的38.6℃下降到32．4℃。 (C)大大减少了屋顶的传热量，如蓄水深8cm时，最大传热 量可从无水时的351kJ／m2．h减少到146kJ／m2．h。 (D)蓄水深度增加，内表面温度最大值下降愈多。当蓄水深 4、8、12、18cm时，内表面温度最大值分别下降6.2℃， 6.5℃,6.8℃和7．3℃。
3.2.4 围护结构隔热措施
种植屋顶有带土种植与无土种植 两种类型。 带土种植是以土为培植基质，自 重大，保水性差，现已较少采用。 无土种植是采用膨胀蛭石或锯末 或岩棉作培植基质，它是一种密 度小、保水性强、不腐烂、无异 味的矿物材料。
3.2.4 围护结构隔热措施
3.2.4 围护结构隔热措施
根据在长沙地区实验性房屋中实测的结果，可以看出： (A)无土种植草被屋顶的内表面最高温度较低，分别比其他几种 屋顶的内表面最高温度低2．8℃至7．7℃。
3.2.4 围护结构隔热措施
5)种植隔热屋顶 在屋顶上种植植物，利用植物的光合作用，将热能转化为 生化能；利用植物叶面的蒸腾作用增加蒸发散热量，均可大大 降低屋顶的室外综合温度；同时，利用植物培植基质材料的热 阻与热惰性，降低内表面平均温度与温度振幅。综合起来，达 到隔热的目的。 种植屋顶有带土种植与无土种植 两种类型。 带土种植是以土为培植基质，自 重大，保水性差，现已较少采用。 无土种植是采用膨胀蛭石或锯末 或岩棉作培植基质，它是一种密 度小、保水性强、不腐烂、无异 味的矿物材料。
3.2.4 围护结构隔热措施
3）通风隔热屋顶
其次，间层的气流速度关系到间层的通风量。尽管间层内各表 面的光洁程度影响通风阻力的大小，但至关重要的则是当地室 外风速的大小。因为间层内空气的 流动，主要借助于室外风速 作用在房屋上时，迎风面与背风面产生的压力差，即常说的风 压差。
沿海地区的这种条件十分有利。无论白天、还是夜晚，都会因 陆地与海面的气温差而形成气流，间层内通风流畅，作用甚大。 坡屋顶采用通风隔热，如进、排气口有一定高差，对间层通风 更为有利。
建筑热环境
绪论
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
人·建筑·气候——基于人的考虑 材料·构造·围护结构——基于技术的考虑 建筑·形式·细部——基于设计的考虑 舒适·健康·高效——基于未来的考虑
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2建筑保温 1。传热基本知识 3建筑防热
建筑防热
建筑防热途径 围护结构隔热设计 房间的自然通风
我国的夏热冬冷地区和夏热冬暖地区若不采取防热措施， 势必造成室内过热，严重影响人们的生活和工作，甚至人体 的健康。 为防止夏季室内过热，必须在建筑设计中采取必要的技术 措施，改善室内热环境。近些年，空调设备的使用日益广泛， 对于空调建筑，也应减少冷负荷，尽可能地降低设备费和能 源的消耗。
考虑到围护结构吸收太阳辐射热、与室外空气的换热、向外 辐射失热的综合作用，
令室外综合温度 sa t
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3.2 围护结构隔热设计
室外综合温度 sa t
I：太阳辐射照度 w/㎡ ρs：围护结构的外表面的太阳辐射热吸收系数 αe：外表面换热系数 19.0w/ ㎡· k te：室外空气温度℃
采用上述标准的原因在于，内表面温度的高低直接反映了围护结构 的隔热性能；同时，内表面温度直接与室内平均辐射温度相联系， 即直接关系到内表面与室内人体的辐射换热，控制内表面最高温度， 实际上就控制了围护结构对人体辐射的最大值；而且这个标准既符 合当前的实际情况又便于应用。
3.2 围护结构隔热设计
3.2.2 室外综合温度
3.2.4 围护结构隔热措施
3）通风隔热屋顶
试验表明：在同样风力作用下，通风口朝向与风向的偏角（即 风的投射角）愈小，间层的通风效果愈好，故应尽量使通风口 面向夏季主导风向。由于风压与风速的平方成正比，所以风速 大的地区，利用通风屋顶效果显著。
试验还表明，将间层面层在檐口处适当向外挑出一段，能起 兜风作用，可提高间层的通风效果。 热压的大小取决于进排气口的温差和高差，温差与高差愈大， 热压愈大，通风量就愈大。
3.2.4 围护结构隔热措施
3）通风隔热屋顶
间层通风组织方式：
a.从室外进气（采用兜风檐口可加强风压作用）； b.从室内进气； c.室内、室外同时进气。 另外，有的为提高热压作用，在水平的通风层中间，增设 排风帽，造成进、出风口的高度差，并且在帽顶的外表涂上黑 色，加强吸收太阳辐射，以提高帽内的气温，有利于排风。