新型建筑节能材料课件.ppt
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- 新型 建筑节能 材料 课件
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1、 第七章 7.1 7.1 建筑节能建筑节能7.1.1 7.1.1 节约能源迫在眉睫节约能源迫在眉睫20062006年发布年发布中国节能技术政策大纲中国节能技术政策大纲。在大纲中指出:能源是人类赖。在大纲中指出:能源是人类赖以生存的物质基础。以生存的物质基础。我国的基本国情:人均能源资源占有量少、国内保障程度低,从长远和我国的基本国情:人均能源资源占有量少、国内保障程度低,从长远和总量上看能源供给不足。总量上看能源供给不足。我国能源资源的相对含量:总量较为丰富,人均量极少。煤炭、石油、我国能源资源的相对含量:总量较为丰富,人均量极少。煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的天然气
2、人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的58.6%58.6%、7.69%7.69%和和7.05%7.05%。7.1.2 7.1.2 建筑节能建筑节能建筑节能含义的三个发展阶段:建筑节能含义的三个发展阶段:第一阶段:就叫第一阶段:就叫“建筑节能建筑节能”(Energy efficiency in buildingsEnergy efficiency in buildings););第二阶段叫第二阶段叫“在建筑中保持能源在建筑中保持能源”(Energy conservation in Energy conservation in buildingsbuildings),意思是减少建筑中能源的散失;)
3、,意思是减少建筑中能源的散失;第三阶段第三阶段(近来近来)称为称为“提高建筑中的能源利用效率提高建筑中的能源利用效率”。也就是说,建筑。也就是说,建筑节能并不是消极意义上的节省,而是从积极意义上提高利用效率。节能并不是消极意义上的节省,而是从积极意义上提高利用效率。(1)建筑能耗约占社会总能耗的建筑能耗约占社会总能耗的1/3 我国建筑能耗的总量逐年上升,上世纪我国建筑能耗的总量逐年上升,上世纪70年代末是年代末是10%,近几年是,近几年是27.45%。最终还将上升至。最终还将上升至35 (2)高耗能建筑比例大,加剧能源危机高耗能建筑比例大,加剧能源危机 北方采暖地区每年就多耗标准煤北方采暖地区
4、每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损万吨,直接经济损失达失达70亿元,多排二氧化碳亿元,多排二氧化碳52万吨。到万吨。到2020年,我国建筑年,我国建筑耗能将达到耗能将达到1089亿吨标准煤;空调夏季高峰负荷将相当于亿吨标准煤;空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷发电能力。我国单位建筑面积采暖能个三峡电站满负荷发电能力。我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的耗是发达国家标准的3倍以上,倍以上,(3)建筑能耗较大的原因。建筑能耗较大的原因。技术落后,供暖设计不科学,管理不当,采暖收费不合技术落后,供暖设计不科学,管理不当,采暖收费不合理,缺乏节能意识等。尤其突出的表现在过分强调降低
5、建理,缺乏节能意识等。尤其突出的表现在过分强调降低建筑物的一次性投资和对某些建材制品的要求不严,结果节筑物的一次性投资和对某些建材制品的要求不严,结果节省了一次性投资,却造成了长久的能源浪费,得不偿失。省了一次性投资,却造成了长久的能源浪费,得不偿失。如不采取坚决有效的措施来控制建筑能耗的浪费,用不了如不采取坚决有效的措施来控制建筑能耗的浪费,用不了多久,我们就会受到大自然的惩罚。多久,我们就会受到大自然的惩罚。美国联邦政府美国联邦政府1998年用于建筑节能研发的费用达年用于建筑节能研发的费用达9740万美万美元。具体项目有真空超级隔热围护结构,无机高效泡沫隔元。具体项目有真空超级隔热围护结构
6、,无机高效泡沫隔热保温材料,先进的充气多层窗,低发射率和热反射窗玻热保温材料,先进的充气多层窗,低发射率和热反射窗玻璃,耐久反射涂层,先进的蓄热材料,屋顶光伏电池板,璃,耐久反射涂层,先进的蓄热材料,屋顶光伏电池板,热水、采暖、空调热泵系统,先进照明技术,阳光集光和热水、采暖、空调热泵系统,先进照明技术,阳光集光和分配系统,燃料电池、微型燃气轮机等分散式发电技术,分配系统,燃料电池、微型燃气轮机等分散式发电技术,可按需调节能源,水供应和空调的智能控制系统。这些高可按需调节能源,水供应和空调的智能控制系统。这些高新技术的推出使得美国的建筑节能有了很强的技术支持。新技术的推出使得美国的建筑节能有了
7、很强的技术支持。美国联邦政府美国联邦政府1999年年13123号总统行政令规定:号总统行政令规定:2005年,年,所有联邦机构建筑的单位面积能耗,应比所有联邦机构建筑的单位面积能耗,应比1985年减少年减少30,到,到2010年要减少年要减少35;新建建筑必须达到联邦或当地能;新建建筑必须达到联邦或当地能源性能标准;联邦机构必须采购有源性能标准;联邦机构必须采购有“能源之星能源之星”标识的用标识的用能产品,或能效在同类产品中领先的能产品,或能效在同类产品中领先的25范围内的产品;范围内的产品;到到2010年,联邦建筑应安装年,联邦建筑应安装2万套太阳能系统;每个机构万套太阳能系统;每个机构必须
8、有一幢节能示范建筑,一年内新建必须有一幢节能示范建筑,一年内新建5幢以上建筑的,幢以上建筑的,要有一幢节能示范建筑。建筑节能从政府机构做起,促进要有一幢节能示范建筑。建筑节能从政府机构做起,促进全国的建筑节能。全国的建筑节能。德国能源匮乏石油几乎德国能源匮乏石油几乎100100进口,天然气进口,天然气8080进口。节约进口。节约能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。由于能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。由于纬度较高,德国冬季较长,建筑供暖能耗能成为德国政府纬度较高,德国冬季较长,建筑供暖能耗能成为德国政府着力解决的一个关键领域。德国着力解决的一个关键领域。德国能源节约法
9、能源节约法于于20022002年年2 2月月生效,按照新法规,建筑的允许能耗要比生效,按照新法规,建筑的允许能耗要比20022002年前的能耗水年前的能耗水平下降平下降3030左右。左右。德国建筑保温节能技术新规范的一大特德国建筑保温节能技术新规范的一大特点,是从控制单项建筑维护结构点,是从控制单项建筑维护结构(如外墙、外窗和屋顶如外墙、外窗和屋顶)的最的最低保温隔热指标,转化为控制建筑物的实际能耗。建筑的总低保温隔热指标,转化为控制建筑物的实际能耗。建筑的总能耗包括供暖、通风和热水供应。能耗包括供暖、通风和热水供应。德国还有大批老建筑,德国还有大批老建筑,新法规鼓励企业和个人对老建筑进行现代
10、化的节能技术改造新法规鼓励企业和个人对老建筑进行现代化的节能技术改造,并实行强制报废措施。,并实行强制报废措施。英国政府从英国政府从19861986年开始制订国家节能计划,将建筑节能由低年开始制订国家节能计划,将建筑节能由低到高分为到高分为1010个等级。该计划执行的初期遇到的最大障碍是开个等级。该计划执行的初期遇到的最大障碍是开发商和建造商因节能而增加住宅的造价,从而影响普通购房发商和建造商因节能而增加住宅的造价,从而影响普通购房者,尤其是低收入家庭的购房。但是这部分增加的造价,换者,尤其是低收入家庭的购房。但是这部分增加的造价,换来的却是长远的经济效益。按新标准设计的节能型建筑比传来的却是
11、长远的经济效益。按新标准设计的节能型建筑比传统建筑在能量消耗上的花销要减少统建筑在能量消耗上的花销要减少7575。政府在强制执行节。政府在强制执行节能计划时,一方面考虑不同阶层购房者的心态,另一方面强能计划时,一方面考虑不同阶层购房者的心态,另一方面强调就地取材解决节能材料,减少运输费用,尽可能降低建筑调就地取材解决节能材料,减少运输费用,尽可能降低建筑成本。成本。总体目标总体目标:到:到20132013年末年末5 5年内的建筑节能目标:实现节约年内的建筑节能目标:实现节约1.11.1亿亿吨标准煤吨标准煤节能计划节能计划:以:以19811981年颁布的建筑设计规范为基准,年颁布的建筑设计规范为
12、基准,19881988年节能年节能30%30%,19981998年节能年节能50%50%,20082008年开始节能年开始节能65%65%。如:北京市如:北京市19811981年每平方米采暖面积一个采暖季烧标准煤年每平方米采暖面积一个采暖季烧标准煤2525公公斤为斤为100%100%;第一步:第一步:19881988年的设计标准为节能年的设计标准为节能30%30%,规定为,规定为17.517.5公斤。公斤。第二步:第二步:19981998年的设计标准为节能年的设计标准为节能50%50%,每平方米采暖的煤,每平方米采暖的煤耗降低到耗降低到12.512.5公斤以下。公斤以下。20082008年实施
13、的第三步节能达到年实施的第三步节能达到65%65%,平方米采暖的煤耗降,平方米采暖的煤耗降低到低到8.758.75公斤。公斤。所谓节能所谓节能65%65%是与以前实行的建筑设计规范相对照,耗能要降是与以前实行的建筑设计规范相对照,耗能要降低低65%65%。(1)门窗的保温隔热。门窗的保温隔热。在建筑围护结构中,与墙体、屋面相比,门窗的保温隔热能力在建筑围护结构中,与墙体、屋面相比,门窗的保温隔热能力较差。我们可以通过提高门窗的气密性,采用适当的窗墙面积较差。我们可以通过提高门窗的气密性,采用适当的窗墙面积比,增加窗玻璃层数,采用百叶窗帘、窗板等措施来提高门窗比,增加窗玻璃层数,采用百叶窗帘、窗
14、板等措施来提高门窗的保温隔热性能。的保温隔热性能。(2)墙体的保温隔热:墙体的保温隔热:加气混凝土砌块。也可以采用复合墙体的形式,如内保温复合加气混凝土砌块。也可以采用复合墙体的形式,如内保温复合墙体、外保温复合墙体、夹芯复合墙体等。但内保温复合墙体墙体、外保温复合墙体、夹芯复合墙体等。但内保温复合墙体由于热桥对保温的影响较大,国家已经开始限制使用内保温复由于热桥对保温的影响较大,国家已经开始限制使用内保温复合墙体使用。而且从长远来看,外墙外保温的效果明显高于内合墙体使用。而且从长远来看,外墙外保温的效果明显高于内保温。由于复合墙体能满足围护结构各种功能的要求,因此这保温。由于复合墙体能满足围
15、护结构各种功能的要求,因此这种采用高效保温材料与砖砌的复合墙体,有着更多的优越性。种采用高效保温材料与砖砌的复合墙体,有着更多的优越性。(3)屋面的保温隔热屋面的保温隔热:我们可以采用高效保温材料作为屋面的保温层,也可采用架空我们可以采用高效保温材料作为屋面的保温层,也可采用架空型保温屋面或倒置式屋面等方式来达到提高屋面保温隔热性能型保温屋面或倒置式屋面等方式来达到提高屋面保温隔热性能的目的。的目的。(4)采暖系统的节能采暖系统的节能 城市供暖实行城市集中供暖和区域供暖,可以大大提高热效率城市供暖实行城市集中供暖和区域供暖,可以大大提高热效率。一、导热系数一、导热系数AZttQd)(21dAZ
16、ttQ1)(21可以转化为可以转化为t1AQt2d 单位:单位:W/m k 材料的厚材料的厚度度d越小,材料的传热时间越小,材料的传热时间Z越长,传热的面积越长,传热的面积A越大,材料两侧的温差(越大,材料两侧的温差(t1t2)越大,通过材料传导的热量)越大,通过材料传导的热量Q越多,也就是说材料的保温性能越差。越多,也就是说材料的保温性能越差。对于在一定环境中、且有固定设计的建筑结构,上式中的对于在一定环境中、且有固定设计的建筑结构,上式中的A、Z、(、(t1-t2)都)都是固定的,是不能改变的。是固定的,是不能改变的。如果想使建筑物的保温性提高,只有两个途径,一是增加墙体的厚度,另一种如果
17、想使建筑物的保温性提高,只有两个途径,一是增加墙体的厚度,另一种方式是使用导热系数较小的材料。方式是使用导热系数较小的材料。影响材料绝热性影响材料绝热性(保温性保温性)的主要因素:的主要因素:1 1、材料的组成和结构。、材料的组成和结构。不同组成的材料其导热系数不同;不同组成的材料其导热系数不同;2 2、同一组成的材料,其导热系数的大小按顺序由大到小为:、同一组成的材料,其导热系数的大小按顺序由大到小为:晶体微晶体晶体微晶体 玻璃体;玻璃体;3 3、对于多孔材料,孔隙率大小及孔隙状态起决定作用;、对于多孔材料,孔隙率大小及孔隙状态起决定作用;4 4、材料的体积密度。、材料的体积密度。体积密度越
18、小,保温性越好。体积密度越小,保温性越好。5 5、材料的含水率:、材料的含水率:材料的含水率越高,材料的导热系数越大。保温性越差。材料的含水率越高,材料的导热系数越大。保温性越差。6 6、温度:随着温度的升高,材料的导热系数要增加。、温度:随着温度的升高,材料的导热系数要增加。在在0 05050的范围内影响不大。的范围内影响不大。7 7、热流方向:、热流方向:对于各向异性的材料,沿纤维方向和垂直于对于各向异性的材料,沿纤维方向和垂直于纤维方向的导热系数是有很大区别的。有时为纤维方向的导热系数是有很大区别的。有时为了使材料有较小的导热系数,往往人为地制造了使材料有较小的导热系数,往往人为地制造一
19、种可以使传热路线长一些的材料。一种可以使传热路线长一些的材料。比如有一些空心砌块孔型的设计就是如此。比如有一些空心砌块孔型的设计就是如此。Q二、传热系数二、传热系数 墙体或其它围护结构的传热能力常用传热系数来表示,墙体或其它围护结构的传热能力常用传热系数来表示,即导热系数与材料层厚度的比。定义式如下:即导热系数与材料层厚度的比。定义式如下:K/d K材料层的传热系数,材料层的传热系数,W/(m2K);d材料层的厚度,材料层的厚度,m。可见,材料的导热系数越小,材料层或维护结构的传热系数可见,材料的导热系数越小,材料层或维护结构的传热系数越小,保温隔热性越好。当然,增加材料层的厚度也可降低传越小
20、,保温隔热性越好。当然,增加材料层的厚度也可降低传热系数,但会增加材料的用量和建筑物的自重。热系数,但会增加材料的用量和建筑物的自重。民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)对不同地区对不同地区的屋面、外墙、门、窗等的传热系数作了严格的规定,如西安的屋面、外墙、门、窗等的传热系数作了严格的规定,如西安、北京、哈尔滨地区的外墙传热系数分别为、北京、哈尔滨地区的外墙传热系数分别为1.0、0.90、0.52W/(m2K)。三、热阻:传热系数的倒数称为热阻三、热阻:传热系数的倒数称为热阻R,即,即R1/K,其单位为其单位为(m2K)/W。热阻越大,则材料层抵抗热
21、流通过的能力越大,保温隔热性热阻越大,则材料层抵抗热流通过的能力越大,保温隔热性越好。越好。材料在受热时能吸收热量,冷却时能放出热量的性质称为材料在受热时能吸收热量,冷却时能放出热量的性质称为热容量。热容量的大小用比热(亦称热容量系数)表示。热容量。热容量的大小用比热(亦称热容量系数)表示。材料吸收(或放出)的热量,用下式计算:材料吸收(或放出)的热量,用下式计算:式中式中Q材料吸收(或放出)的热量,材料吸收(或放出)的热量,J;C材料的比热,材料的比热,J/(kgK);m材料的质量,材料的质量,kg;t2-t1材料受热(或冷却)前后的温度差,材料受热(或冷却)前后的温度差,K;比热是反映吸热
22、(或放热)能力大小的物理量。即表示单位比热是反映吸热(或放热)能力大小的物理量。即表示单位质量(质量(kg)材料,温度上升(或下降)材料,温度上升(或下降)1K时所需的热量。比时所需的热量。比热值的大小主要取决于材料的组成,而与构造状态无关。水热值的大小主要取决于材料的组成,而与构造状态无关。水的比热最大,为的比热最大,为4.19J/(kgK)。因此,材料含水后,在受热升。因此,材料含水后,在受热升温时,所吸收的热量将比干燥时有显著的增加。温时,所吸收的热量将比干燥时有显著的增加。选用热容量大的建筑材料作为维护结构,有助于保持室内温选用热容量大的建筑材料作为维护结构,有助于保持室内温度的稳定。
23、因此,那些导热系数较小,热容量较大的材料才度的稳定。因此,那些导热系数较小,热容量较大的材料才是更好的绝热材料。是更好的绝热材料。)(12ttmCQ一、围护结构传热系数一、围护结构传热系数 围护结构两侧空气温差为围护结构两侧空气温差为1K时,单位时间内通过单位面积的热量称围护时,单位时间内通过单位面积的热量称围护结构传热系数结构传热系数(K)。它是围护结构总热阻。它是围护结构总热阻(R0)的倒数,即的倒数,即 式中:式中:K围护结构传热系数,围护结构传热系数,W/m2K;R0围护结构总热阻,围护结构总热阻,m2K/W;R 围护结构的传热阻,围护结构的传热阻,m2K/W;Ri内表面换热阻,内表面
24、换热阻,m2K/W;一般情况下取;一般情况下取0.11 Re外表面换热阻,外表面换热阻,m2K/W;一般情况下取;一般情况下取0.04内表面换热热阻是指围护结构的内表面在吸热过程中产生所受到的阻碍,其内表面换热热阻是指围护结构的内表面在吸热过程中产生所受到的阻碍,其值值Ri按表选取,外表面换热阻是指围护结构的外表面向室外空间散发热量时按表选取,外表面换热阻是指围护结构的外表面向室外空间散发热量时所受到的阻碍,其值所受到的阻碍,其值Re按表选取。按表选取。01RK eiRRRR0例题例题 设有一松木门,厚度为设有一松木门,厚度为50mm,求做外门及内门时的传热系数。,求做外门及内门时的传热系数。
25、已知已知 松木松木(热流方向垂直于木纹方向时热流方向垂直于木纹方向时)的导热系数的导热系数=0.14wmK解:解:Rd/=0.050/0.14=0.357m2KW做外门时传热系数为做外门时传热系数为KmWRRRKei2/99.104.0357.011.011做内门时传热系数为做内门时传热系数为KmWRRRKei2/733.111.0357.011.011二、单一材料传热系数的计算二、单一材料传热系数的计算 例:某围护结构的墙体,其做法如图例:某围护结构的墙体,其做法如图,试求其热阻,试求其热阻R及传热系数及传热系数K;已知已知砂浆砂浆0.81W/mK厚厚20mm;加气砼加气砼0.205W/mK
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