建筑物理-3-建筑保温与节能2

第3章建筑保温与节能3.1建筑保温与节能设计策略3.2非透明围护结构的保温与节能3.3保温材料与构造3.4透明围护结构的保温与节能3.5被动式太阳能利用设计3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料绝热材料：所谓绝热材料是指那些绝热性能比较高，也就是导热系数比较小的材料。究竟导热系数小到什么程度才算绝热材料，并没有绝对的标准，通常是把绝热系数小于0.3，并能用于绝热工程的。保温材料：习惯上把用于控制室内热量外流的叫保温材料。隔热材料：防止室外热量进入室内的叫做隔热材料。导热系数：是绝热材料最重要、最基本的热物理指标。一定温差下，导热系数越小，通过一定厚度材料层的热量越小；同样，为控制一定热流强度所需的材料层厚度也越小。影响材料导热系数的因素很多，例如密实性，内部孔隙的大小、数量、形状，材料的湿度，材料固体部分的化学性质以及工作温度等。在常温下，这一系列因素中影响最大的是密度和湿度。1）密度对导热系数的影响密度：单位体积材料的重量。孔隙率：材料中孔隙所占的体积与材料整体体积的百分比。式中：V1-----孔隙所占的体积V2-----材料整体体积密度能很好地表明材料孔隙率的大小，一般情况下，密度较小，孔隙率越大。12100%VNV3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料导热系数随孔隙率增加而减小，即密度越小，导热系数也越小。但密度小到一定程度后，再加大孔隙率，则导热系数不仅不再降低，还会变大，存在有最佳密度。原因是：孔隙率太大，不仅意味着孔隙的数量增多，而且孔隙也必然增大。其结果，孔壁温差变大，辐射传热量加大，同时，大孔隙内的对流传热也增多。特别是由于材料骨架所剩无几，使许多孔隙互相贯通，使对流显著增加。3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料2）湿度对导热系数的影响重量湿度：指试样中所含水分的重量与绝干状态下试样重量的百分比体积湿度：湿试样中水分所占体积与整个试样体积的百分比重量湿度和体积湿度的换算：00221100´-GGG0021100´VVvw3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料：材料的干密度g材料受潮后，导热系数显著增大。原因是由于孔隙中有了水分后，附加了水蒸气扩散的传热量，此外还增加了毛细孔中的液态水分所传导的热量。一般情况下，水得导热系数约为0.58，冰的导热系数约为2.33，都远大于空气的导热系数0.03。温度对导热系数的影响温度愈高，导热系数愈大。原因是当温度增高时，分子热运动加剧，此外，孔隙内的辐射换热也增强。热流方向对导热系数也有影响主要表现在各向异性材料，如木材、玻璃纤维等，当热流平行纤维方向，导热系数较大，当热流方向垂直纤维时，导热系数较小。3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料3）保温材料的选择：保温材料按材质构造分有：多孔的、板（块）状的和松散状的。从化学成分看有：无机材料，如膨胀矿渣、泡沫混凝土、加气混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石及浮石混凝土、硅酸盐制品、矿棉、玻璃棉等；有机材料，如软木、木丝板、甘蔗板、稻壳等；各种泡沫塑料；铝箔等反辐射性能好的材料。材料的选择要结合建筑物的使用性质、构造方案、施工工艺、材料的来源以及经济指标等因素，要按材料的热物理指标及有关的物理化学性质进行具体分析。3.3保温材料与构造-----3.3.1保温材料1）单设保温层由导热系数很小的材料作保温层起主要保温作用。保温层不起承重作用，所以选择的灵活性较大，不论是板块状，纤维状以至松散颗粒状材料均可应用。外粉墙砖砌体保温层隔汽层内粉墙单设保温层结构示例3.3保温材料与构造-----3.3.2保温构造的类型空心砌块保温与承重结合构造2、封闭空气间层保温封闭的空气层有良好的绝热作用。3、保温与承重相结合空心板、空心砌块、轻质实心砌块等，既能载重又能保温。3.3保温材料与构造-----3.3.2保温构造的类型4、混合型构造当单独用某一种方式不能满足保温要求，或为达到保温要求而造成技术经济上不合理时，往往采用混合型保温构造。例如既有实体保温层，又有空气层和承重层的外墙或屋顶结构。如图是一个200C的恒温车间外墙构造。123765841—混凝土；2—粘结剂；3—聚氨脂泡沫塑料；4—木纤维板；5—塑料薄膜；6—铝箔纸板；7—空气间层；8—胶合板涂油漆3.3保温材料与构造-----3.3.2保温构造的类型当采用单设保温层的复合墙体（或屋顶）时，保温层的位置，对结构及房间的使用质量，造价、施工、维护费用等各方面都有重大影响。保温层在承重层的室内侧，叫内保温；在室外侧，叫外保温，有时保温层可设置在两层密实结构层的中间，叫夹芯保温。过去，墙体多用内保温，屋顶则多用外保温；近年来，在严寒和寒冷地区外墙、屋顶采用外保温和夹芯保温的做法较为常见。3.3保温材料与构造-----3.3.3单设保温层复合构造的形式及特点13a--内饰面层；b--承重层；c--空气层；d--保温层；e—外饰面层从建筑热工角度上看，外保温优点较多，但内保温往往施工比较简单，中间保温有利于用松散填充材料作保温层。外保温优点:（1）使墙或屋顶的主要部分受到保护，大大降低温度应力的起伏，提高结构的耐久性。3.3保温材料与构造-----3.3.3单设保温层复合构造的形式及特点外保温：围护结构的温度应力的起伏减小内保温使外侧的承重墙常年受到冬夏季的较大温差（可达80~90度）的反复作用，（2）由于承重层材料的热容量一般都远比保温层大，所以这种布置方式对房间热稳定性有利。当供热不均匀时可保证围护结构内表面的温度不致急剧下降，从而使室温不致很快下降。（3）保温层放在外侧时，将减少保温层内部产生水蒸气凝结的可能性。（4）外保温法使热桥处的热损失减少，并能防止热桥内表面局部结露。（5）旧房改造，特别是为了节能而加强旧房的保温型性时，外保温处理效果最好。3.3保温材料与构造-----3.3.3单设保温层复合构造的形式及特点16图：暖热桥与冷热桥的热性能a—外保温暖热桥；b—内保温冷热桥结构为内保温时，外墙平均传热系数将比主体部位的传热系数高出64%，外保温性能大大优于内保温17外墙外保温隔热砂浆1.基层墙体2.界面砂浆层3.外墙外保温隔热砂浆层4.柔性抗裂砂浆层5.加强层6.饰面层18外墙保温19（a）外保温比较适合住宅，规模较大的建筑如办公大楼，外保温效果不明显。（住宅能判断外保温是否能提高房间的热稳定性，大办公楼因内部有大量热容量也很大的隔墙、柱、各种设备参与蓄热调解，外保温蓄热作用就不太显著了）（b）墙体外保温处理，在构造上比内保温复杂。保温层不能裸露在室外，需加保护层，可外饰面比较难处理。从目前的工程实践成功经验中，可以看出：在极严寒地区，建筑外墙采用夹芯保温、屋顶采用外保温较为可行；在严寒和寒冷地区，建筑外墙与屋顶均采用外保温较为科学；在夏热冬冷地区，居住建筑采用内保温，公共建筑采用外保温较为合理；在夏热冬暖地区，建筑围护结构以保温与承重相结合的自保温系统或内保温系统为主；而在温和地区，非透明围护结构的构造对建筑的节能影响较小，应充分重视透明围护结构的遮阳与隔热处理。3.3保温材料与构造-----3.3.3单设保温层复合构造的形式及特点结构层覆盖层保温层防水层USD构造方法示例22屋顶保温建筑物的透明围护结构是指采光、通视功能的外窗、阳台门、透明玻璃幕墙和屋顶的透明部分等。对一栋建筑物来说，外窗、外门和地面在外围护结构总面积中占30~60%之间，而外窗、外门和地面的传热失热量外加门窗缝隙引起的空气渗透耗热量，占总耗热量的60%。3.4透明围护结构的保温与节能因此必须做好窗户、外门等部位的保温设计•窗户是保温能力最差的部件。玻璃窗不仅创热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，形成“辐射吹风感”，严重影响室内热环境的舒适。3.4透明围护结构的保温与节能-----3.4.1外窗与透明幕墙的保温与节能•窗户保温性能低的原因，主要是缝隙透气；玻璃、窗框和窗樘等的热阻太小。下表是常用的各类窗户的总传热系数和总传热阻的值。25窗户的保温设计主要考虑以下几方面：1）控制窗墙面积比。对于居住建筑，各朝向的窗墙面积比规定见表朝向窗墙面积比南向≤0.35东、西向≤0.25（单层窗）≤0.30（双层窗）北向≤0.20各朝向窗墙面积比3.4透明围护结构的保温与节能-----3.4.1外窗与透明幕墙的保温与节能26（2）提高气密性，减少冷风渗透。2728（a）改善窗框保温性能。首先，将薄壁实腹型材改为空心型材，内部形成封闭空气层，提高保温能力。其次，开发塑料构件，第三，用保温砂浆、泡沫塑料等填充密封窗框与墙之间的缝隙。（b）改善窗玻璃部分的保温能力。用双层窗（间隔以4-5cm为宜）或双玻窗（双玻窗的空气间层厚度以2~3cm为最好）增加窗扇或窗玻层数，提高窗户保温能力。因为层与层之间的空气层，加大了窗的热阻。（c）合理选择窗户类型。窗的大小、窗的朝向等2930铝包木门窗塑木门窗31平开上悬窗32严寒地区的居住建筑、医院、幼儿园、办公楼、学校、门诊部等要求较高的建筑中，采用双层窗。寒冷地区普通居住建筑和一般公共建筑，可采用单层窗！高级建筑以及热环境要求较高的建筑如托儿所、疗养院等，北向窗户可采用双层窗或单层双玻璃窗。33●门的热阻一般比窗的热阻大，而比外墙和屋顶的热阻小，也是建筑外围护结构保温的薄弱环节，应尽可能选择保温性能好的保温门。几种常见门的传热阻和传热系数如下:3.4透明围护结构的保温与节能-----3.4.2外门的保温与节能34●在严寒地区，外门窗、幕墙的细部构造设计应符合以下要求：（1）门窗、幕墙的面板缝隙应采取良好的密封措施。（2）开启扇应采用双道或多道密封，并采用弹性好、耐久的密封条。（3）门窗、幕墙周边与墙体或其他围护结构连接处应为弹性构造，采用防潮型保温材料填塞，缝隙应采用密封剂或密封胶密封。（4）外窗、幕墙应进行结露验算。（5)玻璃幕墙与隔墙、楼板或梁之间的间隙以及幕墙的非透明部分内测，应采用保温材料进行保温。（6）西向外窗、玻璃幕墙仍然需要设置一定的夏季遮阳构件。3.4透明围护结构的保温与节能-----3.4.3透明维护结构的节点构造设计35●在建筑中利用太阳能的方式有两种：主动式：在运行过程中，需要机械动力的驱动，才能达到采暖和制冷的目的。被动式：利用建筑构件通过自然方式收集和传送日辐射热量，不需机械动力。本书只对被动式太阳能的利用作介绍3.5被动式太阳能利用设计363.5被动式太阳能利用设计----3.5.1直接受益式39●集热蓄热墙式有透光玻璃外罩和蓄热墙体组成，其间留有空气间层，有的在墙体的下部和上部设有进出风口。蓄热墙向室内供暖通过两种方式：▲白天墙体（涂有吸收率高的涂层）外表面吸收太阳的辐射后通过传导将热量传至内表面，向室内散发；▲在玻璃与蓄热墙间的空气被蓄热墙体外表加热后，热空气通过墙体上风口送入室内，室内冷空气则通过下风口进入空气间层，形成向室内连续送热风的对流循环；夜间则关闭上、下通风口，停止工作。3.5被动式太阳能利用设计----3.5.2集热墙式40413.5被动式太阳能利用设计----3.5.3附加日光间式附加阳光间属一种多功能的房间，除了可作为一种集热设施外，还可以用来作为休息、娱乐、养花、养鱼等的空间，是寒冬季节让人们有如置身于大自然中的一种室内环境，也是为其毗连的房间供热的一种有效设施。423.5被动式太阳能利用设计----3.5.3附加日光间式附加阳光间有以下优点：①有附加阳光间的年度热损失只相当于无该阳光间的年度热损失的一半；②附加阳光间的管理比特朗伯墙简单；③可以种花卉、果树，成为毗连种植温室，同时还可晒衣物；④开阔视野，舒畅心情；⑤夏季可开创通风，并设窗帘等遮阳物，防止直射热。433.5被动式太阳能利用设计----3.5.3附加日光间式附加阳光间除最好能在墙面全部设置玻璃外，还应在毗连主房坡顶部分加设倾斜的玻璃。这样做可以大大增加集热量，但倾斜部分的玻璃擦洗比较困难。另外，当夏季时，如