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建筑概论第8讲建筑节能中南大学能源学院建筑环境与设备工程专业2020/6/292主要内容建筑节能的基本概念建筑节能的基本原理建筑节能与地区自然条件建筑节能的措施与构造建筑节能技术绿色建筑本章主要内容及重点2020/6/293重点•建筑节能的基本原理•建筑节能的措施与构造•建筑节能技术•绿色建筑技术本章主要内容及重点2020/6/2948.1建筑节能概述2020/6/2958.1.1建筑节能的概念•建筑节能就是在建筑材料生产、房屋建筑施工及使用过程中，合理地使用、有效地利用能源，以便在满足同等需要或达到相同目的的条件下尽可能降低能耗，实现提高建筑舒适性和节约能源的目标。•自1983年发生石油危机以来，发达国家建筑节能含义经历了三个阶段：第一阶段，在建筑中节约能源；第二阶段，在建筑中保持能源，在建筑中减少能源的散失；第三阶段，在建筑中提高能源利用率。8.1建筑节能概述2020/6/2968.1.2建筑节能的必要性与紧迫性1.国际能源危机加剧2.我国人均储量少，能源成为我国经济命脉所在3.我国建筑耗能总量庞大，建筑节能状况落后4.建筑节能是改善空间环境的重要途径8.1建筑节能概述2020/6/2978.1.3建筑节能的重点建筑能耗包括建造过程的能耗和使用过程的能耗两个方面：建造过程能耗是指建筑材料、建筑构配件、建筑设备的生产和运输，以及建筑施工和安装中的能耗；使用过程能耗是指建筑使用期间采暖、通风、空调、照明、家用电器和热水供应的能耗。一般日常使用能耗与建造能耗之比约为8:2～9:1，日常使用能耗的50～60%用于采暖和空调。因此，建筑节能的重点是采暖和降温能耗。8.1建筑节能概述2020/6/2988.2建筑节能的基本原理2020/6/2998.2.1建筑热工设计分区及设计要求室外热环境对建筑的各方面都有很大影响，建筑设计需要与当地的热环境相适应。我国在《民用建筑热工设计规范》中根据各地冬、夏季室外气温的特点，将全国划分为5个建筑热工设计分区，建筑热工设计分区及设计要求见表8-1。8.2建筑节能的基本原理2020/6/29108.2.1建筑热工设计分区及设计要求8.2建筑节能的基本原理表8-1建筑热工设计分区及设计要求2020/6/29118.2.2建筑得热与失热8.2建筑节能的基本原理1、建筑物得热冬季采暖房屋的正常温度是依靠采暖设备的供暖和围护结构的保温之间相互配合，以及建筑的得热量与失热量的平衡得以实现。用公式表示为：建筑物总得热=采暖设备散热+建筑物内部得热+太阳辐射得热非采暖区的房屋建筑有两类，一类是采暖房屋有采暖设备，总得热同上；第二类是没有采暖设备：总得热=建筑物内部得热+太阳辐射得热。2020/6/29128.2.2建筑得热与失热8.2建筑节能的基本原理2、建筑物失热对于有室内采暖设备散热的建筑，由于室内外存在温差，且围护结构不能完全绝热和密闭，导致热量从室内向室外散失。建筑散失热量的途径主要：·通过外墙、屋顶、地面、门窗等围护结构散失的热量(约占80%～80%)；·由于通风换气和冷空气渗透产生的热损失(约占20%～30%)；·热水排入下水道带走的热量；·水分蒸发形成水蒸气外排散失的热量等。2020/6/29138.2.3建筑传热的方式8.2建筑节能的基本原理热量转移的方式分为辐射、对流和导热三种。建筑物内外热流的传递是随发热体（热源）的种类、受热体（房屋）部位、媒介（介质）围护结构的不同而不同。建筑围护结构本身的传热是与其本身材料性质有关。不同性质的材料向外界辐射放热能力不同。对于采暖建筑，当围护结构质量较差时，室外温度越低，则外围护结构表面温度也越低，邻近的热空气迅速变冷下沉，散失热量，房间内只有在采暖设备附近和上部较暖；当围护结构质量较好时，其内表面温度较高，室温分布较均匀，无急剧的对流换热现象产生，保温节能效果好。通过建筑物围护结构的传热通常是辐射、对流、导热三种方式同时进行的综合作用效果。围护结构的传热过程，如图8-1所示。2020/6/2914图8-1围护结构的传热过程2020/6/29158.2.4建筑保温与隔热8.2建筑节能的基本原理1、建筑保温保温是针对冬季传热过程。建筑保温是指围护结构在冬季阻止室内向室外传热，从而保持室内适当温度的能力，保温性能通常用传热系数的数值来评价。我国北方三个城市普通住宅外围护结构传热系数见表8-2欧洲主要国家的新建房屋保温标准传热系数表8-3。2020/6/29168.2.4建筑保温与隔热8.2建筑节能的基本原理城市传热系数（W／(m2·K)）平均值外墙外窗屋顶北京1.841.286.400.91沈阳1.341.053.260.60哈尔滨1.080.733.260.642020/6/29178.2.4建筑保温与隔热8.2建筑节能的基本原理国家传热系数(W／m2·K))墙体屋面楼面瑞典0.170.120.17丹麦0.35～0.300.200.30法国0.540.32l.00芬兰0.280.220.36德国1.200.300.55挪威0.250.230.23英国0.600.35瑞士0.600.50～0.350.80～0.60意大利0.600.502020/6/29188.2.4建筑保温与隔热8.2建筑节能的基本原理2、建筑隔热建筑隔热是指围护结构在夏季隔离太阳辐射热和室外高温的影响，使其内表面保持适当温度的能力。建筑隔热性能常用夏季室外计算温度条件下、围护结构内表面最高温度值来评价。建筑隔热可从以下几方面考虑：⑴抑制辐射热进入室内建筑物周围设置遮挡，考虑太阳照射的方向性、合理设置窗口及位置，避免太阳照射。⑵抑制导热传热进入室内在外围护结构设置隔热层。⑶抑制对流热进入室内和促进对流散热设置容易开闭的通风口，当室外温度高于室内时关闭，抑制对流；利用风势和温度差，设置进出通风口，排除室内的高温空气；利用建筑外表面水的汽化吸热散热。⑷蓄热效果的利用考虑大地温度较低的特点，与大地直接相连，利用导热传热使室内冷却。2020/6/29198.2.5空气间层的传热8.2建筑节能的基本原理房屋的某些部位上常设置空气间层，在空气间层内，导热、对流、辐射三种传热方式并存，但主要是空气间层内部的对流换热及间层两侧界面的辐射换热如图8-2。影响传热的因素有：空气间层的厚度热流方向空气间层的密闭程度两侧的表面温度两侧的表面状态其中，空气间层的密闭程度影响最大2020/6/29208.2.6建筑气密性8.2建筑节能的基本原理建筑气密性是指建筑物围护结构阻止空气流通的严密程度。建筑气密性指标主要用室内换气次数确定。换气次数为1h内通过孔隙进入室内空气量与室内体积之比值，单位为次／h。换气次数的确定应兼顾卫生和节能两方面。一般情况下，每人所需新鲜空气量约为20m3／h。2020/6/29218.2.7建筑节能途径8.2建筑节能的基本原理当建筑物的总得热和总失热达到平衡时，室温得以保持。节能的主要途径是：减小建筑物外表面积和加强围护结构保温，以减少传热耗热量；提高门窗的气密性，以减少空气渗透耗热量。在减少建筑物总失热量的前提下，尽量利用太阳辐射得热和建筑物内部得热，最终达到节约采暖设备供热量的目的。建筑围护结构散失的热量占建筑散失热量的份额很大，是探求建筑节能途径的主要关注的对象。例如北京地区，房屋建筑围护结构各部分散失热量的比例如表8-4所示。2020/6/29228.2建筑节能的基本原理表8-4北京地区房屋建筑围护结构各部分散失热量的比例围护结构名称墙体外窗屋顶外门地面散热比例（％）41.141.79.03.94.32020/6/29238.3建筑节能与地区自然条件•分析建筑物所在地的气候条件不仅是进行建筑节能设计的重要内容，而且是出发点。因为在进行建筑节能设计时，首先要考虑充分利用建筑所在位置的气候条件、地形地貌、地质水文资料，当地建筑材料情况，并在尽可能少用常规能源的条件下，遵循气候设计方法和建筑技术措施，创造出人们生活和工作所需要的室内环境。•建筑物所在地区的气候条件会通过围护结构直接影响到室内环境。为了保证室内环境达到人们的某种特定的要求，就需要向室内补充一定的能量，以抵御室外气候的影响。在保持相同的室内环境条件时，室外气候不同，所消耗的能量是不同的，这就需要研究室外自然条件与建筑物的配置、朝向、间距、形状、体积的关系。2020/6/29248.4建筑节能的措施与构造2020/6/29258.4.1采暖建筑节能规划设计⑴建筑选址应选择平坦和向阳的基地。⑵建筑布局宜采用单元组团式布局，形成庭院空间，建立良好的气候防护单元。⑶建筑形态应采用体形系数小、冬日得热多、夏日得热少、日照遮挡少、利于避风的平整、简洁、美观、大方的建筑形态。⑷建筑间距应保证室内获得一定的日照量，并结合通风等因素综合确定。⑸建筑节能规划应利用建筑物阻挡冷风、避开不利的风向，减少冷空气对建筑物的渗透。⑹在我国建筑朝向主要应以南北向或接近南北向为好，建筑物的主要房间应设在冬季背风和朝阳的部位，以减少冷风渗透和围护结构散热量，多吸收太阳热。8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29268.4.2墙体节能1.内保温复合外墙内保温复合外墙有主体结构和保温结构两部分。主体结构一般为砖砌体、混凝土墙或其他承重墙体。保温结构由保温板和空气层组成。单一材料的保温板兼有保温和面层的功能，而复合材料的保温板则包括保温层和面层。保温结构中空气层的作用是防止保温材料吸湿和受潮并提高外墙的热阻，内保温复合外墙的构造如图8-3所示。内保温复合外墙在构造上存在一些薄弱环节，必须对其进行保温处理（图8-4）。加强保温后的温度降低率见表8-5～8-8。8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29278.4.2墙体节能图8-4内保温复合外墙热桥及其局部保温措施8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29288.4.2墙体节能8.4建筑节能的措施与构造表8-5加强保温后的温度降低率比较2020/6/29298.4.2墙体节能8.4建筑节能的措施与构造表8-6拐角加强保温后的温度降低率比较2020/6/29308.4.2墙体节能8.4建筑节能的措施与构造表8-7表面加强保温后的温度降低率比较2020/6/29318.4.2墙体节能8.4建筑节能的措施与构造表8-8设置防水保温踢脚板后的温度降低率比较2020/6/29328.4.2墙体节能2.外保温复合外墙外保温复合外墙是在主体结构（承重外墙）的外表面上粘贴或吊挂保温层（聚苯板或岩棉板），然后再做外墙面层，其构造如图8-5所示。外保温复合外墙的特点是储热能力较强的主体结构位于室内一侧，有利于房间的热稳定性，减少室温波动，保温性能好；它还能使主体结构表面的温度差大幅度降低（图8-６），减少热应力，防止墙面面层产生裂缝，有效保护主体结构。这种墙体还有利于室内水蒸气通过墙体向外散发，以避免水蒸气在墙体内凝结而使之受潮(图8-７)。此外还可以防止热桥的产生(图8-８)。外保温复合外墙施工时不影响室内活动，对住户干扰少，且可避免室内装修对保温层造成损坏，便于对旧建筑进行墙体保温，墙外保温复合墙体是发展方向。8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29338.4.2墙体节能图8-5外保温复合外墙构造8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29348.4.2墙体节能图8-6主体结构表面温降示意图8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29358.4.2墙体节能图8-7室内水蒸气通过墙体向外散发示意图8.4建筑节能的措施与构造2020/6/29368.4.2墙体节能3.夹芯保温复合外墙•夹芯保温复合外墙是将保温层夹在墙体中间。保温材料可采用岩棉板、聚苯板、玻璃棉板或膨胀珍珠岩等。我国生产的夹芯保温复合外墙有钢筋混凝土岩棉复合外墙板、薄壁混凝土岩棉复合外墙板、泰珀板(三维板)、舒乐舍板等类型。夹芯保温复合外墙是在主墙施工时将其砌入墙体中间，如图8-8（1）这种墙应用联合钢筋拉结，穿过保温层的钢筋，会造成热桥，降低保温效果。夹芯层也可以是空气间层，如图8-8（2）。•为防止保温结构内部产生凝结水，常在