建筑节能技术第3章-建筑围护结构节能设计课件.pptx

1、建筑围护结构节能设计第三章目录Contents建筑物构型与建筑节能第一节建筑物墙体的节能设计第二节建筑物门窗的节能设计第三节建筑物屋面与地面的节能设计第四节建筑围护结构节能应用技术第五节低/零能耗建筑设计及应用实例第六节建筑物构型与建筑节能建筑物构型与建筑节能在建筑物构型中有许多因素直接影响建筑物供暖空调的负荷,包括建筑物的体形系数、面积、长度、宽度、幢深、层高、层数等。从节能的角度讲,最佳体形应该是:建筑物外围护结构的平均有效传热系数大的面,其相应面积应相对较小;而平均有效传热系数小的面,其相应面积应相对较大。3.1.1 体形系数与节能的关系体形系数(Shape Coefficient of

2、 Building)就是指建筑物与室外大气接触的外表面积A0(m2)与其所包围的体积V0(m3)的比值。外表面积中,不包括地面和不供暖楼梯间隔墙和户门的面积。在其他条件相同的情况下,建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长。研究表明,体形系数每增大0.01,能耗指标大约增加2.5%。从有利于节能出发,体形系数应尽可能地小,一般宜控制在0.30m2/m3及0.30m2/m3以下。建筑物构型与建筑节能如图3-1和表3-1所示,同体积的建筑会有不同的体形系数,其中以立方体的“表面积/体积”比值为最小。提出体形系数要求的目的,是为了使特定体积的建筑物在冬季和夏季外界的冷热作用下,从面积因素考虑,使建筑物

3、通过外围护结构部分所损失的热、冷量最少,从而减少冬季的热损失与夏季的冷损失。图3-1同体积建筑不同的 体形系数立体的体形表面积(五个表面)/m2体积/m3表面积/体积/(m2/m3)图3-1a80641.25图3-1b81.9641.28图3-1c104641.63图3-1d94.2641.47图3-1e132642.01表3-1同体积不同体形的建筑的体形系数建筑物构型与建筑节能据此就要求建筑物在平面布局上外形不宜凹凸太多,在相同体积下尽可能地收缩构筑,力求外表面平整,以减少因凹凸太多形成外墙面积大而提高体形系数。最好是将几幢单元建筑物组合在一起,由一个单元建筑物形成一幢楼就有可能增加墙的表面

4、积,使其体形系数超过0.30m2/m3。多层建筑是目前建筑设计中采用最多的形式,且基本上是以不同套型组合的单元式建筑。以套型为115m2,层高3m和层数为6层的单元式住宅为例计算(每层两套住宅,取建筑物宽为10m,长为23m)。当一个单元组合成一幢时,体形系数A0/V0=1418/4140m2/m3=0.34m2/m3当二个单元组合成一幢时,体形系数A0/V0=2476/8280m2/m3=0.30m2/m3当三个单元组合成一幢时,体形系数A0/V0=3534/12420m2/m3=0.29m2/m3建筑物构型与建筑节能北方寒冷地区曾对体形系数与耗热量指标做过计算分析,表明在建筑物各部分围护结

5、构传热系数和窗墙面积比不变的条件下,房屋的耗热量指标随体形系数成直线上升。低层和少单元住宅对节能不利,即体积较小的建筑物,其外围护结构的热损失量要占建筑物总热损失量的大部分。当建筑物体积小于1300m3时,外围护结构的热损失量随体积的减少而迅速增大。对于高层建筑,在建筑面积相近的条件下,高层塔式建筑的耗热量指标比高层板式建筑高10%14%。体形复杂、凹凸面过多的塔式建筑对节能更为不利。但是,体形系数不只是影响建筑物外围护结构的传热损失,它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。体形系数过小,将制约建筑师的创造性,使建筑造型呆板,平面布局困难,甚至损害建筑功能。因此权衡利弊,兼顾不同类型的建

6、筑造型,尽可能减少房间外围护结构的面积,使体形不要太复杂,凹凸面不要过多。建筑物构型与建筑节能3.1.2 建筑长度与节能的关系有关资料显示,住宅建筑的长度与建筑耗热量指标间的关系,如表3-2所示。从表3-2中可以看出,以100m长为标准,增加住宅建筑的长度可以节能。长度小于100m,能耗增加较大。例如,从100m减至50m,能耗增加8%10%;从100m减至25m,能耗增加17%21%。表3-2住宅建筑的长度与建筑的耗热量指标比 (以长度为100m的建筑的耗热量指标为基准)住宅建筑长度/m室外计算温度/建筑耗热量指标比(%)2550100150200-2012111010097.996.1-3

7、011910910098.396.1-4011710810098.396.7建筑物构型与建筑节能3.1.3建筑宽度与节能的关系一幢9层住宅建筑的宽度与耗热量指标间的关系,如表3-3所示。表3-3住宅建筑的宽度与建筑的耗热量指标比(以宽度为11m的建筑的耗热量指标为基准)住宅建筑宽度/m室外计算温度/建筑耗热量指标比(%)1112131415161718-2010095.79288.786.283.681.680-3010095.293.190.388.386.484.683.1-4010096.793.791.989.087.184.384.2从表3-3中可以看出,对于9层住宅建筑,如宽度由1

8、1m增加到13m,能耗可减少6%8%;如增加到1516m,则能耗可减少11%16%。建筑物构型与建筑节能3.1.4建筑幢深与节能的关系建筑幢深,即建筑物沿纵向轴线方向的总尺寸。对于单幢建筑物来说,当其层数相同,幢深不同时,随幢深的加大,建筑的传热耗热量指标明显降低。这表明加大幢深具有显著的节能效果。表3-4是不同体量的建筑在几种幢深下的耗热量指标测定值。从表3-4中可以看出,幢深越大,耗热量指标降低幅度越大,且可以看出,较大体量的建筑配以较大的幢深,效果更好。表3-4几种幢深的建筑传热耗热量指标耗热量指标/(W/m2) 幢深/m建筑面积1000m2建筑面积8000m2耗热量指标差值941.20

9、39.981.221039.4338.071.361138.0136.481.531236.8535.231.62建筑物构型与建筑节能3.1.5建筑层数与节能的关系对于单幢建筑物来说,当幢深相同而层数不同时,随着层数的增加,由于体量加大而产生的节能效果是十分显著的,见表3-5。表3-5不同层数时体量加大与耗热量指标降低的关系(幢深12m) 耗热量指标/(W/m2)总层数从1000m2增至8000m2的耗热量指标降/(W/m2)与一层耗热量指标降的差值/(W/m2)11.62023.261.6434.893.2746.514.8958.146.5269.788.161016.2814.66建筑物

10、构型与建筑节能1 控制体形系数3.1.6建筑构型与节能措施建筑的体形系数还与建筑物的体形是否规整及建筑的体量大小有关。一般来说,控制或降低体形系数的方法主要有以下几点:1)减少建筑面宽,加大建筑幢深。2)增加建筑物的层数。3)加大建筑长度或增加组合体。4)建筑体形不宜变化过多。建筑物构型与建筑节能2 控制表面面积系数一般来讲,建筑物的南墙面是得热面,扣除南墙面之外其他墙面的热损失称为建筑物的热净负荷。如果假设除墙面之外的其他外表面的热工性能是相同的(事实上存在一些差异),则不难看出,建筑的热净负荷是与其面积大小成正比的。因此,从节能建筑的角度考虑,对建筑节能的效果以外围护结构总面积越小越好这一

11、标准来评价是不够的,而应辅以南墙面足够大,其他外表面尽可能小为标准来评价。为此,引入“表面面积系数”的概念,即建筑物其他外表面面积之和A1(m2)与南墙面面积A2(m2)之比,这一比值更能有效地反映建筑体形对太阳能利用的影响。在上述计算中,地面面积按其30%计入其他外表面面积A1。建筑物构型与建筑节能由前述已知,可以用表面面积系数来比较建筑的体形。而且,从获取更多的日照辐射,降低能耗的观点来看,表面面积系数应越小越好。因此,也可以用表面面积系数来研究建筑体形对节能的影响。图3-2所示是几个体积相同的简单方形体型的建筑的A1/A2值。由图3-2可以看出,从节能意义上来说,长轴为东西向的长方形体形

12、最好,正方形次之,而长轴为南北向的长方形体形建筑的节能效果最差。图3-2体积相同的三种体形A1/A2值的比较正方形长轴为南北向的长方形长轴为东西向的长方形建筑物构型与建筑节能3 考虑日辐射得热量图3-3所示是将同体积的立方体建筑模型按不同的方式排列成为各种体形和朝向,从日辐射得热量多少的角度,研究建筑体形对节能的影响。由图3-3可以看出,立方体A是冬季日辐射得热量最少的建筑体形,D是夏季得热量最多的体形,E、C两种体形的全年日照射得热量较为均衡,而长、宽、高比例较为适宜的B型,在冬季得热量较多,在夏季得热量最少。图3-3同体积不同体形建筑日辐射得热量建筑物构型与建筑节能4 选择适当的长宽比建筑

13、的长宽比对于节能也有很大的影响。对正南朝向来说,一般是长宽比越大得热量也越多。但须注意的是,随着朝向的变化,其得热量会逐渐减少。当偏角达到67左右时,各种长宽比体形建筑的得热量基本趋于一致。而当偏角为90时,则长宽比越大,得热量越少。各种体形和朝向的外墙接受辐射的比值见表3-6。表3-6各种体形和朝向的外墙接受辐射的比值朝向长宽比接受辐射的比值015304567.5901 11.001.0151.0771.1271.0711.0002 11.271.2701.2641.2151.0040.8513 11.501.4871.4411.3341.0210.8514 11.701.6781.6031

14、.4511.0590.8105 11.871.8501.7521.5621.1030.810建筑物构型与建筑节能 5 最低能耗体形的选择所谓最低能耗体形,是指建筑的各外表面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体形。但在实际中,往往并非如此。如目前一般常见的做法是在各向垂直面上采用相同的外围做法,但是,由于南北的平均窗墙比常常大于东西面的平均窗墙比,从而导致南北面的平均有效传热系数大于东西面的平均有效传热系数,因而从理论上讲,应使东西面的尺寸大于南北面,这当然是不合理的。不过一般来讲,当各面的平均有效传热系数不同时,传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体形是最佳体形;而当各面的平均传热系数相同

15、时,体形系数最小的体形是最佳体形。建筑物墙体的节能设计建筑物墙体的节能设计2)墙体按其保温材料分类,可分为单一材料节能墙体、复合节能墙体。复合节能墙体是由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合构成的。绝热材料主要是聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、玻璃棉、矿棉、膨胀珍珠岩、加气混凝土等。与单一材料节能墙体相比,复合节能墙体由于采用了高效绝热材料而具有更好的热工性能,但其造价也要高得多。根据绝热材料在墙体中的位置,这类墙体又可分为内保温墙体、外保温墙体和夹心保温墙体三种形式,如图3-4所示。3.2.1墙体的类型图3-4节能墙体的几种类型1)墙体按其主体结构所用的材料分类,目前主要有:加气混凝土墙体、

16、黏土空心砖墙体、黏土(实心)砖墙体、混凝土空心砌块墙体、钢筋混凝土墙体、其他非黏土砖墙体等。建筑物墙体的节能设计(1)内保温复合节能墙体的构造在这类墙体中,绝热材料复合在建筑物外墙内侧,同时以石膏板、建筑人造板或其他饰面材料覆面作为保护层。1)主体结构层。它为外围护结构的承重受力墙体部分。它可以是现浇或预制混凝土外墙、内浇外砌或砖混结构的外砖墙以及其他承重外墙(如承重多孔砖外墙)等。2)空气层。其主要作用是切断了液态水分的毛细渗透,防止保温材料受潮,同时,外侧墙体结构层有吸水能力。其内侧表面由于温度低而出现的冷凝水,被结构材料吸入并不断地向室外转移、散发。另外,设置空气间层还可以增加一定的热阻

17、,而且造价比专门设置隔气层要低。空气间层的设置对内部孔隙连通、易吸水的绝热材料是十分必要的。3.2.2复合节能墙体的构造及特点建筑物墙体的节能设计3)绝热材料层(即保温层、隔热层)是节能墙体的主要功能部分,可采用高效绝热材料(如岩棉、各种泡沫塑料等),也可采用加气混凝土块、膨胀珍珠岩制品等材料。4)覆面保护层。其作用主要是防止保温层受到破坏,同时在一定程度上阻止室内水蒸气浸入保温层,可选用纸面石膏板等。建筑物墙体的节能设计(2)内保温复合节能墙体构造上的热工要求内保温复合节能墙体在构造上不可避免地形成一些热工薄弱的节点,必须加强保温措施。1)周边热桥对外墙传热系数的影响。建筑物因抗震需要,每间

18、外墙周边往往需要设置混凝土梁、柱,这些保温隔热性能远低于主体墙体的部位称为热桥。热桥部位必然使外墙传热损失增加。二维温度场模拟计算结果表明,在370mm砖墙条件下,周边热桥使墙体平均传热系数比主体部分传热系数增加10%左右;在240mm砖墙内保温条件下,周边热桥能使墙体平均传热系数比主体部位传热系数增加51%59%(保温层越厚,墙体平均传热系数增加越大);在240mm砖墙外保温条件下,这种影响仅占2%5%(保温层越厚,墙体平均传热系数增加越小);平屋顶一般都是外保温结构,故可不考虑这种影响,但对于一般砖混结构墙体,其内保温和夹心保温墙体,如不考虑这种情况,则耗热量计算结果将会偏小,或使所设计的

19、建筑物达不到预期的节能效果。近年来,有些国家已开始考虑这一影响。做法主要有两种:一种是考虑周边热桥影响,用外墙平均传热系数来代替主体部位的传热系数;另一种是将周边热桥部位与主体部位分开考虑,周边热桥部位另行确定其传热系数。根据我国的实际情况和现有的工作基础,决定采用前者。建筑物墙体的节能设计2)消除热桥的措施。单一材料和内保温复合节能墙体不可避免地存在热桥。为减小热桥对墙体热工性能的影响,避免低温和梅雨潮湿季节热桥部位结露,应对热桥做保温处理。 龙骨部位的保温:龙骨一般设置在板缝处。以石膏板为面层的现场拼装保温板必须采用聚苯石膏板复合保温龙骨。在一个工程内,非保温龙骨与保温龙骨在板缝处的表面温

20、度降低率见表3-7。表3-7表面温度降低率名称编号构造形式室温/板面温度A/板缝温度/温度降低率北京有色金属研究总院住宅1(非保温龙骨)18.215.013.559.7%建筑物墙体的节能设计 丁字墙部位:在此处形成的热桥不可避免,但必须采取措施保证此处不结露。解决的办法是保持有足够的热桥长度,并在热桥两侧加强保温。根据图3-5和表3-8所示,以Ra和隔墙宽度S来确定必要的热桥长度L,如果L不能满足表列要求,则应加强此部位的保温做法。名称编号构造形式室温/板面温度A/板缝温度/温度降低率北京有色金属研究总院住宅2(保温龙骨)20.818.618.152.4%（续）图3-5确定热桥长度示意图建筑物

21、墙体的节能设计在一个工程内,Ra为1.12m2K/W,S为250mm,L没有达到330mm,丁字角处只有10.15(接近温度为18、相对湿度为60%的空气的露点温度),降低率为35.4%,从构造上对此处加强保温后,降低率可减少到17.9%(表3-9)。表3-8根据Ra、S选择L值计算表Ra/(m2K/W)S/mmL/mmRa/(m2K/W)S/mmL/mm1.21.41602901.4以上160280180300180290200310200300250330250320表3-9丁字墙加强保温后降低率比较编号构造形式室温/板面温度A/板面温度B/丁字角处温度/温度降低率11815.714.05

22、10.1535.4%21815.914.513.0517.9%建筑物墙体的节能设计 拐角部位:拐角部位温度与板面温度相比较,其降低率是很大的,加强此处的保温后,降低率减少很多,见表3-10。表3-10拐角加强保温后降低率比较编号构造形式室温/板面温度A/拐角温度C/温度降低率11815.156.3558.1%21815.1512.0522%建筑物墙体的节能设计 踢脚部位:踢脚部位的热工特点与丁字墙部位相似,此部位应设置防水保温踢脚板,见表3-11。表3-11根据Ra、S选择L值计算表编号构造形式室温/板面温度A/踢脚板温度C/温度降低率11815.46.657.1%21816.311.2531

23、%建筑物墙体的节能设计(3)内保温复合节能墙体的技术特点1)施工方便,室内连续作业面不大,多为干作业施工,较为安全方便,有利于提高施工效率、减轻劳动强度,同时保温层的施工可不受室外气候(如雨季、冬季)的影响。但施工中应注意避免保温材料受潮,同时要待外墙结构层达到可正常干燥时再安装保温隔热层,还应保证结构层内侧吊挂件预留的准确和牢固。2)设计中不仅要注意采取措施(如设置空气层、隔气层),避免由于室内水蒸气向外渗透,在墙体内产生结露而降低保温隔热层的热工性能,还要注意采取措施消除一些保温隔热层覆盖不到的部分产生“冷桥”而在室内产生结露现象。这些部位一般是内外墙相交的节点、外窗梁、外窗过梁、窗台板等

24、处。建筑物墙体的节能设计3)由于这种节能墙体的内侧保温层密度小、蓄热能力小,因此采用这种墙体时室温波动相对较大,供暖时升温快,不供暖时降温也快。在冬季,宜采取集中连续供暖方式以保证正常的室内热环境;在夏季,由于绝热层置于内侧,晚间墙内表面温度随空气温度的下降而迅速降低,减少闷热感。这种墙体应用在礼堂、俱乐部、会场等公共建筑上较为有利,一旦需要使用,供暖后,室温可以较快上升。4)由于这种节能墙体的绝热层设在内侧,会占据一定的使用面积,若用于旧房节能改造,在施工时会影响室内住户的正常生活。建筑物墙体的节能设计2 外保温复合节能墙体的特点及构造(1)外保温复合节能墙体的技术特点对外墙进行保温,无论是

25、外表面进行保温,还是在其内表面保温,或者是对其夹心进行保温处理,都能使冷天外墙内表面温度提高,使室内气候环境有所改善。然而,采用外保温则效果更加良好。其原因是:1)外保温可以避免产生热桥。过去,外墙既要承重又要起保温作用,外墙厚度较厚。采用高效保温材料后,墙厚得以减薄。但如果采用内保温,主墙体越薄,保温层越厚,热桥的问题就越趋严重。在寒冷的冬天,热桥不仅会造成额外的热损失,还可能使外墙内表面潮湿、结露,甚至发霉和淌水,而外保温则不存在这种问题。由于外保温避免了热桥,在采用同样厚度的保温材料条件下,外保温要比内保温的热损失减少约1/5,从而节约了热能。建筑物墙体的节能设计2)在进行外保温后,由于

26、内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热量,使诸如太阳辐射或间歇供暖造成的室内温度变化减缓,室温较为稳定,生活较为舒适;也使太阳辐射得热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的“自由热”得到较好的利用,有利于节能。而在夏季,外保温层能减少辐射热的进入和室外高气温的综合影响,使外墙内表面温度和室内空气温度得以降低。可见,外墙外保温有利于使建筑冬暖夏凉。建筑物墙体的节能设计3)室内居民实际感受到的温度,既有室内温度又有围护结构内表面温度的影响。这就证明,通过外保温提高外墙内表面温度,即使室内的空气温度有所降低,也能得到舒适的热环境。外墙内部温度变化情况如图3-6所示。由此可见,在加强外保温,保持

27、室内热环境质量的前提下,适当降低室温,可以减少供暖负荷,节约能源。图3-6外墙内部温度变化情况建筑物墙体的节能设计4)由于采用外保温的结果,内部的砖墙或混凝土墙受到保护。5)采用内保温的墙面上难以吊挂物件,甚至安设窗帘盒、散热器都相当困难。6)我国目前许多住户在住进新房时,大多先进行装修。7)外保温可以使建筑更为美观,只要做好建筑立面设计,建筑外貌会十分出色。8)外保温适用范围十分广泛。9)外保温的综合经济效益很高。建筑物墙体的节能设计(2)外保温复合节能墙体的构造在这类墙体中,绝热材料复合在建筑物外墙的外侧,并覆以保护层。这样,建筑物的整个外表面(除外门、窗洞口)都被保温层覆盖,有效抑制了外

28、墙与室外的热交换。所谓外保温,即外墙外保温,是指在垂直外墙的外表面上建造保温层,该外墙用砖石或混凝土建造,此种外保温,可用于新建墙体,也可以用于既有建筑外墙的改造。该保温层对于外墙的保温效能增加明显,其热阻值要超过1m2K/W。由于是从外侧保温,其构造必须能满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求,不至于产生裂缝,并能抵抗外界可能产生的碰撞作用,还能与相邻部位(如门窗洞口、穿墙管道等)之间以及在边角处、面层装饰等方面,均得到适当的处理。然而,必须注意,外保温层的功能,仅限于增加外墙保温效能以及由此带来的相关要求,而不应指望这层保温构造对主体墙的稳定性起作用。其主体墙,即外保温层的基底,必须满足建

29、筑物的力学稳定性的要求,能承受垂直荷载、风荷载,并能经受撞击而保证安全使用,还应能使被覆盖的保温层和装修层得以牢牢固定。建筑物墙体的节能设计1)保温层。保温层应采用热阻值高,即热导率小的高效保温材料,其热导率一般小于0.05W/(mK)。根据设计计算,具有一定厚度,以满足节能标准对该地区墙体的保温要求。此外,保温材料的吸湿率要低,粘结性能要好;为了使所用的粘结剂及其表面的应力尽可能减少,对于保温材料,一方面要用收缩率小的材料,另一方面尺寸变动产生的应力要小。2)保温板的固定。不同的外保温体系,采用的固定保温板的方法各有不同。有的是将保温板粘结或钉固在基底上,有时为两者结合,以粘结为主,或以钉固

30、为主。3)面层。保温板的表面覆盖层有不同的做法,薄面层一般为聚合物水泥胶浆抹面,厚面层则仍采用普通水泥砂浆抹面。有的则在龙骨上吊挂薄板覆面。4)零配件与辅助材料。在外墙外保温体系中,在接缝处、边角部,还要使用一些零配件与辅助材料,如墙角、端头、角部使用的边角配件和螺栓、销钉等,以及密封膏如丁基橡胶、硅膏等,根据各个体系的不同做法选用。建筑物墙体的节能设计1)新标准为了实现节能65%这一目标,不仅提高了对围护结构的保温要求(表3-12),而且考虑了抗震柱、圈梁等周边热桥部位对外墙传热的影响,并要求外墙的平均传热系数不应超过相关规范规定的限值。3.2.3墙体节能设计要求围护结构部位传热系数K/W/

31、(m2K)3层建筑(48)层的建筑9层建筑屋面0.200.250.25外墙0.250.400.50架空或外挑楼板0.300.400.40非供暖地下室顶板0.350.450.45分隔供暖与非供暖空间的隔墙1.21.21.2分隔供暖非供暖空间的户门1.51.51.5阳台门下部门芯板1.21.21.2外窗窗墙面积比0.22.02.52.50.2窗墙面积比0.31.82.02.20.3窗墙面积比0.41.61.82.00.4窗墙面积比0.451.51.61.8围护结构部位保温材料层热阻R/(m2K)/W周边地面1.701.401.10地下室外墙(与土壤接触的外墙)1.801.501.20表3-12节能

32、标准对围护结构保温性能的要求建筑物墙体的节能设计2)围护结构的热桥部位应采取保温措施,以保证其内表面温度不低于室内空气露点温度,并减少附加传热热损失。3)供暖期室外平均温度低于-5.0的地区,建筑物外墙在室外地坪以下的垂直墙面,以及周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。4)外墙和不供暖楼梯间的隔墙等围护结构,应进行保温验算,其传热阻应大于或等于建筑物所在地区要求的最小传热阻。5)外墙的热工性能指标包括外墙主体部位(即窗户、阳台、门、抗震柱、圈梁、窗过梁等除外的部位)的热惰性指标D值、热阻R、传热系数Kp,以及外墙的平均传热系数Km。在进行节能设计时,可在相关规范中选择外墙种类、构造和保温层厚度

33、,使所选择的外墙平均传热系数小于或等于规范中规定的限值,即为符合要求。建筑物门窗的节能设计建筑物门窗的节能设计在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中,门窗的绝热性能最差,是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。从建筑节能的角度看,建筑外窗一方面是能耗大的构件,另一方面也是得热构件,即通过太阳光透射入室内而获得太阳热能,因此,应该根据当地的建筑气候条件功能要求以及其他围护部件的情况等因素来选择适当的门窗材料、窗型和相应的节能技术,这样才能取得良好的节能效果。3.3.1门窗在建筑节能中的意义表3-13我国目前典型围护部件的传热系数部件名称构造形式传热系数K/W/(m2K)外墙黏

34、土、页岩实芯砖240mm1.95黏土、页岩实芯砖370mm1.57屋面混凝土通风屋面1.45外窗单玻金属窗6.40地面土壤0.30门金属门6.40木门2.70建筑物门窗的节能设计1 门窗保温性能门窗节能的主要措施是减少传热量和减少空气渗透量。要求见有关规范，窗户的传热系数和热阻见表3-14。表3-14窗户的传热系数和热阻窗框材料窗户类型空气层厚度/mm窗框窗洞面积比(%)传热系数K/W/(m2K)热阻R0/(m2K/W)钢、铝单层窗20306.40.16单框双玻窗1220303.90.261620303.70.27203020303.60.28双层窗10014020303.00.33单层窗+单

35、框双玻窗10014020302.50.40木、塑料单层窗30404.70.21单框双玻窗1230402.70.371630402.60.38203030402.50.40双层窗10014030402.30.43单层窗+单框双玻窗10014030402.00.503.3.2门窗节能设计要求建筑物门窗的节能设计3)门的传热系数和热阻见表3-15，窗户保温性能分级见表3-16。表3-15门的传热系数和热阻门框材料门的类型传热系数K/W/(m2K)热阻R0/(m2K/W)木、塑料单层实体门3.50.29夹板门和蜂窝夹芯门2.50.40双层玻璃门(玻璃比例不限)2.50.40单层玻璃门(玻璃比例30%)

36、4.50.22单层玻璃门(玻璃比例为30%60%)5.00.20金属单层实体门6.50.15单层玻璃门(玻璃比例不限)6.50.15单框双玻门(玻璃比例K3.025.5K5.073.0K2.535.0K4.582.5K2.044.5K4.092.0K1.554.0K3.510K4.04.0q02.52.5q01.51.5q00.5q00.5需要说明的是,上述指标仅反映窗户本身的气密性能,但在建筑工程中,还存在窗框与窗墙之间的缝隙,也需加以密封,这样才能提高窗户的实际气密性。建筑物门窗的节能设计3)窗户气密性等级。窗户气密性等级见表3-19,新标准对门窗气密性的要求保持不变,一是因为这样的气密性

37、等级一般已能满足房间最低限度的换气要求;二是因为在技术经济上可行。表3-19窗户气密性等级窗户类型空气渗透量q0/m3/(mh)所属等级等级范围实腹钢窗普通非气密型窗标准型气密窗国标气密条密封窗4.21.70.2313515空腹钢窗普通非气密型窗改进非气密型窗标准型气密窗国标气密条密封窗4.63.52.30.56123414推拉铝窗平开铝窗塑料窗2.50.51.0354234523建筑物门窗的节能设计3 窗墙面积比节能标准对窗墙面积比的规定见表3-20。新标准将北向窗户的窗墙面积比由原来的0.20改为0.25,其主要原因是:原来的窗墙面积比0.20,窗户尺寸约为1.2m1.4m。这样大小的窗户

38、对于北向面积稍大一些的房间来说常嫌太小,实践中常被突破;此外,由于新标准中围护结构的保温水平已有较大幅度的提高,寒冷地区一般也已采用双玻璃,因此,北向窗户稍稍开大一些也是合理的。表3-20节能标准对窗墙面积比的规定朝向原标准新标准北东、西南0.200.300.350.250.300.35建筑物门窗的节能设计节能窗型在建筑应用中有一个很重要的问题:节能窗与1980年住宅通用设计中采用的窗户对比,能节约多少耗煤量,每个供暖期可节省多少供暖费用,以及因采用节能窗多投资部分在多长时间内可以收回。1 评价依据1)依据严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ 262010)的有关规定。2)根据北京地区2

39、016年房地产管理局进煤价格、供暖费用指标。3.3.3节能窗的经济评价建筑物门窗的节能设计2 节煤量(Q煤)按外窗传热系数( )差计算,见下式Q煤= (3-1)式中Q煤外窗采用节能措施后的节煤量kg标准煤/(m2年);外窗采用节能措施前后综合传热系数(包括渗透耗热当量传热系数在内)W/(m2); ti建筑内部气温(),取18;te室外气温,供暖期日平均气温(),取0.1;Z供暖期天数,北京地区为126d;qc煤的热值(kJ/kg),标准煤取29.3103(kJ/kg);1室外管网输送效率,取0.9;2锅炉效率,取0.8。0K综合ie0c1224K(tt )Zq综合建筑物门窗的节能设计3 节能投

40、资(I)节能投资系指外窗采取节能措施后所增加的费用减去因节能而节省的供暖设备费用。见下式。 I=-B(3-2)式中I节能投资(元/m2);节能前后造价差(元/m2);B节省的供暖设备投资和相应的土建费用(元/m2),B值可按 3.03K0综合概算。建筑物门窗的节能设计4 节能收益(A)节能收益为外窗采取节能措施后,每个供暖期所节省的包括燃煤在内的供暖费用。见下式。A=K0综合(ti-te)Z24 (3-3)式中A节能收益元/(m2年);a标准煤价格,根据北京市房管部门购煤价格,折算成标准煤价格为150元/t;c使用1t煤需要的运行费及维修更新费,根据北京地区每平方米建筑面积供煤28kg,每平方

41、米建筑面积运行维修更新费6.55元/m2计算,为234元/t。c121000acq建筑物门窗的节能设计5 节能投资回收期(n、n)回收期的含义即采取节能措施后,多支付的基建费用可在这个期限内,从少支付的供暖费用中得到补偿。见式(3-4)和式(3-5)。回收期n= (静态方法)(3-4)回收期n= (动态方法)(3-5)式中n回收期(静态方法)(年);n回收期(动态方法)(年);i节能贷款年利率,取2.4%。IA1iAlgAIlg(i)建筑物门窗的节能设计6 有关参数的取值和计算方法见式(3-6)、式(3-7)和式(3-8)。窗型:宽高=1.47m1.47m,缝长l=9.8mK0综合=K0(平均

42、)+当量传热系数K0(当)(3-6)式中(平均)平均方向修正系数,取各朝向,并按有阳台和无阳台等情况下不同修正系数的平均值,经计算取0.6。K0= (3-7)Q渗=VBlct (3-8)式中V平均渗透量,取建筑各层、各朝向的均值m3/(m2h);对于7层建筑计算为2.15;B密闭系数 l缝长(m);空气密度(kg/m3); c空气比热容kJ/(kg);t室内外温差()。(Q )( A)( t )渗渗透耗热量面积温差13 6 .建筑物屋面与地面的节能设计建筑物屋面与地面的节能设计1.屋面的类型1)屋面按其保温层所在位置分类,目前主要有:单一保温屋面、外保温屋面、内保温屋面和夹芯屋面四种类型,但目

43、前绝大多数为外保温屋面。3.4.1屋面的节能设计2)屋面按保温层所用材料分类,目前主要有:加气混凝土保温屋面,乳化沥青珍珠岩保温屋面,憎水型珍珠岩保温屋面,聚苯板保温屋面,水泥聚苯板保温屋面,岩棉、玻璃棉板保温屋面,浮石砂保温屋面,彩色钢板聚苯乙烯泡沫夹芯保温屋面,彩色钢板聚氨酯硬泡夹芯保温屋面等。图3-7排气孔设置建筑物屋面与地面的节能设计2 屋面节能设计要点1)屋面保温层不宜选用堆密度较大、热导率较高的保温材料,以防止屋面质量、厚度过大。2)屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防止屋面湿作业时,保温层大量吸水,降低保温效果。如果选用了吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温

44、层内不易排出的水分。用加气混凝土块作为保温层的屋面,每100m2左右应设置排气孔一个,如图3-7所示。3)在确定屋面保温层时,应根据建筑物的使用要求,屋面的结构形式,环境气候条件,防水处理方法和施工条件等因素,经技术经济比较后确定。4)设计标准对屋面传热系数限值的规定见相关的设计规范。5)在设计规范中没有列入的屋面,设计人员可按有关书籍提供的方法计算该屋面的传热系数,并使之小于或等于规范中规定的限值,即为符合设计要求。建筑物屋面与地面的节能设计3 屋面的热工性能指标1)屋面的热工性能指标主要包括热惰性指标D、热阻R、传热系数K。2)加气混凝土保温屋面热工性能指标,乳化沥青珍珠岩保温屋面热工性能

45、指标,憎水型珍珠岩保温屋面热工性能指标,聚苯板保温屋面热工性能指标、挤塑型聚苯板保温屋面热工性能指标,水泥聚苯板保温屋面热工性能指标,岩棉、玻璃棉板保温屋面热工性能指标,浮石砂保温屋面热工性能指标,彩色钢板聚苯乙烯泡沫夹芯保温屋面热工性能指标,彩色钢板聚氨酯硬泡夹芯保温屋面热工性能指标,请参阅有关设计规范。建筑物屋面与地面的节能设计1 地面的分类地面按其是否直接接触土壤分为两类:1)不直接接触土壤的地面,又称地板 。2)直接接触土壤的地面。2 地面的保温要求1)节能标准对地面的保温应满足相关规范要求。对于接触室外空气的地板(如骑楼、过街楼的地板),以及不供暖地下室上部的地板等,应采取保温措施,

46、使地板的传热系数小于或等于规范中的规定值。2)对于直接接触土壤的非周边地面,一般不需做保温处理,其传热系数即可满足规范的要求;对于直接接触土壤的周边地面(即从外墙内侧算起2.0m范围内的地面),应采取保温措施,使地面的传热系数小于或等于0.30W/(m2K)。3.4.2地面的节能设计建筑物屋面与地面的节能设计3 地面的热工性能指标1)在楼面、地面节能设计中,几种楼面、地面保温层热导率计算取值,见表3-21。表3-21保温层热导率计算取值序号构造形式保温层热导率计算取值/W/(m2K)名称堆密度/(kg/m3)1不供暖地下室顶板作为首层地面聚苯板200.0522楼板下方为室外气温情况的楼面(地面

47、)(外保温状况)聚苯板200.0553楼板下方为室外气温情况的楼面(地面)(保温层置于混凝土面层之下的状况)聚苯板200.052(聚苯板有效厚度取选用厚度的90%)建筑物屋面与地面的节能设计2)几种不供暖地下室顶板作为首层地面的热工指标,见表3-22。表3-22不供暖地下室顶板作为首层地面的热工指标类型部位情况构造做法热惰性指标D传热系数K0/W/(m2K)不供暖地下室上面的地面(楼板)地下室外墙有窗户2.821.09地下室外墙上无窗、楼板位于室外地坪以上同上图构造,聚苯板厚度35mm2.781.20地下室外墙上无窗、楼板位于室外地坪以下同上图构造,聚苯板厚度30mm2.751.37建筑物屋面

48、与地面的节能设计3)几种楼板下方为室外气温情况的楼面热工指标,见表3-23。表3-23楼板下方为室外气温情况的楼面热工指标类型构造做法热惰性指标D传热系数K0/W/(m2K)下方为室外气温情况的地面(楼板)2.850.812.850.84建筑围护结构节能应用技术5建筑围护结构节能应用技术1 内保温墙体施工(1)内贴保温复合板目前,已有多种保温复合板产品,如浇制石膏聚苯复合板、纸面石膏板聚苯(或岩棉、玻璃棉)复合板、GRC聚苯复合板、菱镁保温板等。应选用尺寸准确规整、不变形翘曲、板体结合牢固、保温性能良好的产品。其尺寸要与建筑模数协调,板高应与建筑层高一致。施工要点:1)保温复合板贮存时必须码放

49、整齐,垫块间距不得大于400mm,且不宜码放太高,以防板面变形,还要注意避免淋雨受潮。2)复合条板运输时,应打捆包装,小心轻放,避免振动。单块时不得平抬,应用人工将板立抬。3.5.1复合墙体施工建筑围护结构节能应用技术3)保温板的施工,应在屋面防水工程施工完毕后,由顶层开始,自上而下,依次进行,使成品不致被雨水及上层施工时渗下水流浸湿及污染。4)贴板前墙面必须平整,并清理干净,无灰尘和脏物,以免影响粘贴效果。5)复合板的安装从阴角开始,向另一面依次推进。6)粘贴前,复合板四周及中间若干点必须充分刮好粘结剂,然后依次粘贴保温板,用力推挤拍压。下用撬棍撬起,打入要楔,做到板面平直。7)相邻的复合板

50、刚粘好后,即用大方木制成的木杠拍打,使相邻板面之间齐平一致。8)复合板间接缝,需用相应材料填嵌密实,避免日后开裂。9)板下缝隙,用相应尺寸的高密度聚苯乙烯泡沫块填塞紧密。10)此种内保温墙,往往在墙体转角处、内外墙交接处以及踢脚线处形成“热桥”,甚至在寒冬时结露滴水。建筑围护结构节能应用技术(2)带饰面聚苯保温板施工带饰面聚苯保温板粘结于混凝土墙或砖墙内表面,其构造如图3-8所示,即用BP粘结剂将3050mm厚的聚苯板粘在外墙内表面,中间留出20mm空气层。在聚苯板表面刮抹5mm厚饰面石膏浆或饰面水泥砂浆,随即横向满铺玻璃纤维网布,再在网布上刮抹3mm饰面石膏(或饰面水泥砂浆)浆体,即形成硬质