建筑保溫

1、第十二講 建筑保溫,2,在我國大約有占全國總面積70%的地區(qū)冬季室內需要采暖。這些地區(qū)的建筑在設計上既要考慮保證良好的室內熱環(huán)境，還要注意節(jié)省采暖的能耗和建造費用，即需要注意建筑保溫問題。 建筑保溫包括：,圍護結構保溫 建筑方案設計中的保溫綜合處理 圍護結構的蒸汽滲透及冷凝,第一節(jié) 圍護結構保溫設計,4,圍護結構冬季保溫設計是取陰寒天氣作為設計基本條件。 室外為穩(wěn)定低溫，并且晝夜溫度波動較小，室內是由供暖設備保持一定溫度，

2、熱量持續(xù)由室內流向室外，因此冬季圍護結構的傳熱可以粗略的主要按穩(wěn)定傳熱計算，見下圖。,5,一 外墻和屋頂的保溫設計,外墻和屋頂是建筑外圍護結構的主體部分。 在外墻和屋頂的設計過程中應考慮以下幾方面：,保證內表面不結露，即內表面溫度不低于室內空氣的露點溫度； 限制內表面溫度，以免產生過強的冷輻射； 從節(jié)能要求考慮，熱損失應盡可能??； 應具有一定的熱穩(wěn)定性。,6,1.1 最小傳熱阻,在穩(wěn)定傳熱的理論中，傳熱阻是外墻和屋頂保溫性能優(yōu)

3、劣的特征指標，熱阻大，其結構傳熱量就小，保溫性能好；熱阻小，傳熱量大，保溫性能差。外墻和屋頂的保溫設計要確定結構有合理的傳熱阻。 在我國現行的《民用建筑熱工設計規(guī)范》、《民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部分）》對圍護結構保溫要求都規(guī)定的設計方法---------最小熱阻法。,7,最小傳熱阻的確定：,Romin---最小傳熱阻ti---冬季室內計算溫度，一般居住建筑取18℃，高級住宅、醫(yī)療、托幼建筑取20 ℃te---冬季室外計

4、算溫度△t---室內空氣與外墻或屋頂內表面之間的允許溫差n---溫差修正系數，某些結構外表面不與室外空氣直接接觸，而對室內溫差加以修正Ri---內表面換熱阻,8,1.2 圍護結構保溫設置方式,根據地方氣候特點及房間使用性質，外墻和屋頂可以采用的保溫構造方案有多種多樣，大致可分為以下幾種類型：,單設保溫層 封閉空氣間層保溫 (空氣層厚度，一般以4~6cm為宜) 保溫與承重相結合 混合型構造,9,單設保溫層,導熱系數越小，說明

5、材料越不易導熱。工程上常將導熱系數λ＜0.3W/（m·K）的材料稱為隔熱保溫材料或絕熱材料。如礦棉、泡沫塑料等。 選用導熱系數較小的材料作保溫層，鋪設或粘貼在承重層上。,10,輕型成型絕熱材料分為無機材料和有機材料。,11,12,13,封閉空氣間層保溫,空氣是一種良好的絕熱體，只要空氣層中不形成對流條件，空氣間層就具有高熱阻性能。 常見的形式： 輕型墻面空氣間層； 窗簾與墻面空氣間層；

6、 雙層、三層、四層玻璃間空氣間層。,保溫、承重相結合,承重材料或構件具有足夠的力學性能外，還具有足夠的熱阻值，如混凝土空心砌塊、輕質實心砌塊等。 多用于低層或多層墻承式建筑。,14,混合型構造 隨著對圍護結構保溫要求的增加，復合結構的使用也日益廣泛。復合結構形式大體上可分為：內保溫、外保溫和夾芯保溫。,15,內保溫——保溫層在承重層內側特點：保溫材料不受室外氣候因素的影響，無須特殊保護，造價比較低；

7、 易受潮、水蒸氣進易出難。適用范圍：間歇使用的建筑空間，如影劇院觀眾廳、體 育館等,16,外保溫——保溫層在承重層外側特點：不易受潮，能有效保護主體結構，房間熱穩(wěn)定性比較好。舊房的節(jié)能改造，外保溫處理的效果最好。 要求高，保溫材料要有一定強度，增加了造價。,夾芯保溫——保溫層布置在兩個結構層中間特點：保溫層兩側都有所防護，對保溫材料的強度要求不高。 要嚴格控制保溫材料的濕度，防止

8、外界水分的滲入，屬裝配式建筑，施工不方便。,17,18,屋頂的保溫設計——USD構造法,USD（Upside Down）構造法也叫倒鋪法。不僅有可能完全消除內部結露的可能性，又使防水層得到保護 覆蓋層：可用大階磚，也可用混凝土預制板、卵石、礫石等。,19,對一棟建筑物來說，外窗、外門和地面在外圍護結構總面積中占30~60%之間，而外窗、外門和地面的傳熱損失熱量外加門窗縫隙引起的空氣滲透耗熱量，占總耗熱量的60%。因此必須做好窗戶、外門

9、、地面的保溫設計。,二 外窗、外門和地面的保溫設計,20,2.1 窗戶的保溫設計,窗戶的保溫設計主要考慮以下幾方面：,控制窗墻面積比； 提高氣密性，減少冷風滲透； 提高窗戶的保溫能力。,21,2.2 外門保溫設計,門的熱阻一般比窗的熱阻大，而比外墻和屋頂的熱阻小，也是建筑外圍護結構保溫的薄弱環(huán)節(jié)，應盡可能選擇保溫性能好的保溫門。,22,2.3 地板保溫設計,地板保溫的特點： 由于地板下土壤溫度的年變化比室外空氣小

10、很多，因此冬季地面散熱最大的部分是靠近外墻的地面，其寬度約在0.5m~2m左右。 我國規(guī)范規(guī)定，對于嚴寒地區(qū)采暖建筑的底層地面，當建筑物周圍無采暖管溝時，在外墻內側0.5m~1.0m范圍內應鋪設保溫層，其熱阻不應小于外墻的熱阻。,23,地面舒適條件取決于地面的吸熱指數B值。B值愈大，則地面從人腳吸取的熱量愈多愈快。 依據B值，我國將地板劃分三類：Ⅰ類：木地板、塑料地板。如高級居住建筑、幼兒園、醫(yī)療機構等采用。Ⅱ類：水泥

11、砂漿地面等。如普通居住建筑、公共建筑（包括中小學教室）宜采用不低于Ⅱ類。Ⅲ類：水磨石地面及其它石類地面。人們短時間逗留的房間，以及室溫高于23℃的房間采用此類。,24,低溫輻射采暖地板,高效節(jié)能； 采暖舒適，熱穩(wěn)定性好； 技術可靠，壽命長。 維護運行費用低，管理操作運行簡便。,25,26,三 特殊部位保溫設計,3.1 圍護結構交角處的保溫設計,圍護結構的交角，包括外墻轉角、內外墻交角、樓板或屋頂與外墻的交角等。 傳熱情況：在

12、這些部位，散熱面積大于吸熱面積，氣流不暢，吸收的熱量少，而散失的熱量多，交角處內表面溫度比主體部分低，往往結露或結霜。,27,外墻角低溫的影響帶，大約是墻厚的1.5-2.0倍。,單一材料均勻外墻角熱損圖示,28,29,《民用建筑熱工設計規(guī)范》給出的內表面溫度計算公式：,te---室外計算溫度；ti---室內計算溫度,居住建筑18度，高級、托幼20度； Ri---外墻角處內表面換熱阻，取0.11m2.K/W； ￡---比例系數。,

13、在采暖設計中，應盡可能的將采暖系統(tǒng)的立管或橫管布置在交角處，以提高該處的溫度。,30,3.2 熱橋保溫,定義：在圍護結構中，常有保溫性能遠低于主體部分的嵌入構件，這些部位的傳熱量比主體部分大得多，所以他們內表面的溫度也比主體部分低，在建筑熱工學中，把這些容易傳熱的部分叫“熱橋”。 “熱橋”即是熱量容易通過的地方。 外墻中的鋼或鋼筋混凝土骨架、圈梁；樓板、墻板中的肋條等都屬于“熱橋”。,31,32,在圍護結構中，熱橋是不可避免的。熱橋如

14、果傳熱量過大，內表面的溫度就會過低，就有必要校核熱橋內表面是否會結露，以確定保溫措施。 熱橋內表面溫度的計算方法：,如果運用溫度計算公式求出的熱橋內表面溫度比房間的露點溫度還低，就要預先對熱橋采取局部保溫措施。,肋寬與結構厚度比≤1.5 肋寬與結構厚度比＞1.5,33,貫通式熱橋：以硬質泡沫塑料或其他保溫材料，結合墻壁內粉刷綜合處理。保溫層的厚度和保溫層的寬度都有所要求。,34,保溫層的厚度d由下式確定：d=λ(Ro-R’o)

15、 d---熱橋保溫層的厚度 λ---熱橋保溫材料的導熱系數 Ro---主體部分的傳熱阻 R’o---熱橋部分的傳熱阻 主體部分的厚度δ與熱橋的寬度a大小決定保溫層的寬度。保溫層的寬度應達到下面的規(guī)定大?。?當a＜δ時，l＞1.5δ; 當a＞δ時，l＞2.0δ;,35,非貫通式熱橋：首先要盡可能將非貫通熱橋布置在靠近室外一

16、側(冷側），此時內表面的溫度要比熱橋靠近室內一側（暖側）時高得多；然后，再按貫通熱橋的處理方法，在室內一側加一定厚度和寬度的保溫材料。,第二節(jié) 建筑保溫設計綜合處理的基本措施,37,一 選擇合理的建筑體形和朝向,對寒冷地區(qū)的建筑，從體形上考慮節(jié)能問題主要包括兩方面：一是盡量節(jié)省外圍護結構面積；二是使建筑物能充分爭取到冬季的日輻射得熱。 對同樣體積的建筑物，在各面外圍護結構的傳熱情況均相同時，外圍護結構的面積愈小則傳出的熱量愈小。

17、 各種體形的建筑獲取太陽輻射多少是和其朝向密切相關的。太陽輻射是冬季主要輔助熱源，而建筑的體形和朝向不同，獲得的太陽輻射量各異。,38,《民用建筑節(jié)能設計標準》（采暖居住建筑部分）（JGJ26-95）中規(guī)定：建筑物體形系數宜控制在0.30及0.3以下，如體形系數大于0.30，則屋頂與外墻應加強保溫。 建筑體形系數：建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。S=FO/VO,39,建筑層數對體型系數及單位面積耗熱也有很大影響

18、。在同樣建筑面積的情況下，一般是單層建筑的體型系數及耗熱量比值大于多層建筑。 一般是總建筑面積愈大時，要求建筑層數也相應加多，對節(jié)能有利。,40,1.2 提高圍護結構的保溫性能,圍護結構對室內熱環(huán)境的影響主要是通過內表面溫度體現。 在穩(wěn)態(tài)導熱條件下，內表面溫度取決于室內外溫度和圍護結構的傳熱阻，傳熱阻越大，內表面溫度和室內溫度越接近，即其溫度越高。 圍護結構的傳熱阻不能低于最小傳熱阻Romin，它是滿足熱舒適和建筑節(jié)能需要的最低

19、標準。,41,1.3 增強建筑物的密閉性，防止冷風滲透,防止冷風滲透的有效途徑在于減少建筑圍護結構的薄弱部位、增強建筑物在冬季的密閉性。 措施：,提高門窗的氣密性 主要入口不能朝向冬季主導風向設置 入口處設置門斗 合理布置豎向交通井,42,1.4 避免潮濕、防止壁內產生冷凝,建筑材料的導熱系數隨含濕量的增大而增加，如果壁體受潮，壁體熱阻下降，保溫性能降低。,43,被動式太陽房的主要集熱方式：,直接受益式 集熱墻式 附加

20、陽光間式 屋頂池式和對流環(huán)路式,1.5 充分利用太陽能,在建筑中利用太陽能的方式有兩種：,主動式：在運行過程中，需要機械動力的驅動，才能達到采暖和制冷的目的。 被動式：利用建筑構件通過自然方式收集和傳送日輻射熱量，不需機械動力,44,直接受益式： 南向大窗口，冬季白天使大量陽光透入，夜間則用專門的保溫窗簾或保溫板遮擋窗口。室內地面需用蓄熱能力大的材料，如磚或混凝土等做成，在白天吸熱并儲存熱量，夜間不斷向室內釋放，使室

21、內維持一定溫度，其他朝向的各面圍護結構則盡量加強保溫，減少熱量散失。,45,集熱蓄熱墻式 ： 集熱蓄熱墻式由透光玻璃外罩和蓄熱墻體組成，其間留有空氣間層，有的在墻體的下部和上部設有進出風口。,46,為防止陽光間夏季過熱，在窗上方應有可調節(jié)的排氣孔和遮陽措施。,附加陽光間式: 陽光間與主體房間相鄰，陽光間不但有很大的窗口，其地面也是蓄熱體，陽光通過玻璃照射到蓄熱體上，儲存熱量，提高室內溫度，而主體房間是通過與陽光間

22、相鄰的墻或窗獲得熱量。夜間用保溫窗簾將陽光間與主體間隔開。,47,屋頂池式和對流環(huán)路式,屋頂池式: 屋頂池式又稱蓄熱屋頂，可兼有冬季采暖和夏季降溫雙重功能。 屋頂組成：主要有作為蓄熱體的裝滿水的密封袋和其下的金屬薄板頂棚及頂部可移動的保溫蓋板組成。,48,對流環(huán)路式： 一般是指利用附加在房間南向的空氣集熱器向房間供熱，其供熱方式：被日輻射加熱的空氣借助于溫差產生的熱壓從集熱器流到設于地板下的卵石床內，空氣中的熱量逐漸被

23、卵石吸收而變冷，冷卻后的空氣又從下部進入集熱器再次加熱，蓄熱后的卵石床在夜間或冬季通過地面向室內供熱。,49,被動式太陽房設計中應注意的問題：,太陽房的熱穩(wěn)定性：集熱面朝向；蓄熱體的配置和集熱墻厚度。 夏季的防熱：集熱面的遮陽；太陽房的環(huán)境綠化。,50,常見被動式太陽房,第三節(jié) 圍護結構的蒸汽滲透及冷凝,52,在建筑中要盡量避免空氣水蒸氣凝結：,避免在圍護結構的內表面產生結露。 防止在圍護結構內部因蒸氣滲透而產生凝結受潮。,53,

24、1.1 飽和水蒸汽分壓力,空氣中水蒸汽呈飽和狀態(tài)時水蒸汽部分所產生的壓力，叫做“飽和蒸汽壓”或“最大水蒸汽分壓力”，用Ps表示。 飽和水蒸氣分壓力值隨空氣溫度的升高而增大。,一 濕空氣的物理性質,54,空氣的絕對濕度：單位容積所含水蒸汽的重量，用f表示；飽和狀態(tài)下的絕對濕度用飽和蒸汽量fmax表示。 空氣的相對濕度：一定溫度及一定大氣壓下，空氣的絕對濕度f與同溫同壓下飽和蒸汽壓fmax的比值。 計算公式： φ=f/fmax

25、15;100％ φ=P/Ps×100％ 意義：相對濕度反映了空氣在某一溫度時所含水蒸汽分量接近飽和的程度。,1.2 絕對濕度與相對濕度,55,露點溫度：相對濕度達到100%，即空氣達到飽和狀態(tài)時所對應的的溫度，用td表示。 冷凝：由于溫度降到露點溫度以下，空氣中水蒸汽液化析出的現象。,1.3 露點溫度,56,二 圍護結構的蒸汽滲透,2.1 定義,當室內外空氣中的含濕量不等，也就是圍護結構的兩側

26、存在著水蒸氣分壓力差時，水蒸氣分子就會從分壓力高的一側通過圍護結構向分壓力低的一側滲透擴散或遷移，這種傳濕現象叫蒸氣滲透。,57,2.2 蒸汽滲透過程的計算,蒸氣滲透過程的計算中，圍護結構內外的水蒸氣分壓力及其室內外溫度可視為穩(wěn)定狀態(tài)。要計算的量：,蒸氣滲透量（ω） 蒸氣滲透阻 Ho 圍護結構內任一層面的水蒸氣壓力,58,蒸氣滲透量ω 蒸氣滲透量——蒸氣滲透強度（ω），單位時間內通過單位面積圍護結構的水蒸氣滲透量。它與室內外

27、的水蒸氣分壓力差成正比，與滲透過程中受到的阻力成反比。,59,蒸氣滲透阻Ho,Ho為任一分層材料的蒸氣滲透系數，表明材料透過蒸氣的能力。 材料的孔隙率大，蒸氣滲透系數就大。 材料的蒸汽滲透系數還與溫度，相對濕度有關，計算中采用的是平均值。,60,圍護結構內任一層面的水蒸氣分壓力 圍護結構內外表面的水蒸氣分壓力可以近似看作與室內外空氣的水蒸氣分壓力相等。,從室內側算起，由第一層至第m-1層的

28、蒸汽滲透阻之和。,61,三 圍護結構冷凝的檢驗,3.1 表面冷凝的檢驗,無論是環(huán)境還是室內某個表面，只要其溫度低于露點溫度，空氣中的水蒸汽都會在該處冷凝而成為水。 檢驗內表面是否產生冷凝，實質上是檢驗該處的溫度是否低于露點溫度。 圍護結構中的保溫薄弱部位要認真檢驗。,62,三 圍護結構冷凝的檢驗,3.2 圍護結構內部冷凝現象的判別,判別圍護結構內部是否會出現冷凝現象，可按以下步驟進行：,根據室內外空氣的溫度和相對濕度，確定水蒸氣

29、分壓力Pi和Pe，然后按下列公式求各層的水蒸氣分壓力，并作出實際水蒸氣分壓P分布線。,63,根據室內外空氣溫度ti和te，確定各層的溫度，參考教材附錄Ⅲ確定相應的飽和水蒸氣分壓力“Ps”，并作出Ps的分布線。 根據“P”線和“Ps”線相交與否來判斷圍護結構內部是否出現冷凝現象。不相交說明內部不會產生冷凝，如相交，則內部有冷凝。,64,經判別圍護結構內部有冷凝時，一般發(fā)生在“冷凝界面”，即滲透阻小的材料和滲透阻大的材料的交接面。在此界面

30、處，水蒸氣不易通過，會出現冷凝現象。如保溫材料與其外側密實材料交界處。,65,四 防止和控制冷凝的措施,4.1 防止和控制表面冷凝,正常濕度的采暖房間 若圍護結構按最小總熱阻設計，且保溫薄弱部位進行了檢驗和處理，一般不會出現表面冷凝。 圍護結構內表面層宜采用蓄熱系數較大的材料，利用蓄存的熱量起調節(jié)作用，減少出現周期性冷凝的可能。 高濕房間 短暫或間歇性高濕狀況——采用吸濕能力強又耐潮濕的飾面層； 連續(xù)高濕狀態(tài)——內表面應設不

31、透水飾面或增設防水層；對表面冷凝水滴進行導流和排除。,66,南方泛潮現象 南方地區(qū)，春夏之交氣溫變化幅度很大，建筑圍護結構表面溫度低于露點溫度時出現的泛潮現象。 防止地面泛潮的措施 地面應具有一定的熱阻，減少地面對圖層的傳熱量； 地面表層材料的蓄熱系數要??； 表面材料有一定的吸濕作用。,67,4.1 防止和控制內部冷凝 合理布置保溫層,當圍護結構有多層材料構成時，將蒸汽滲透系數小的密實材料放在冬季溫度高（水蒸氣分壓力大）的室