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(nèi)需要采暖。這些地區(qū)的建筑在設(shè)計上既要考慮保證良好的室內(nèi)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(jié)構(gòu)保溫 建筑方案設(shè)計中的保溫綜合處理 圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透及冷凝,第一節(jié) 圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計,4,圍護結(jié)構(gòu)冬季保溫設(shè)計是取陰寒天氣作為設(shè)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(nèi)是由供暖設(shè)備保持一定溫度，

2、熱量持續(xù)由室內(nèi)流向室外，因此冬季圍護結(jié)構(gòu)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?shù)谋卦O(shè)計,外墻和屋頂是建筑外圍護結(jié)構(gòu)的主體部分。 在外墻和屋頂?shù)脑O(shè)計過程中應(yīng)考慮以下幾方面：,保證內(nèi)表面不結(jié)露，即內(nèi)表面溫度不低于室內(nèi)空氣的露點溫度； 限制內(nèi)表面溫度，以免產(chǎn)生過強的冷輻射； 從節(jié)能要求考慮，熱損失應(yīng)盡可能??； 應(yīng)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(jié)構(gòu)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?shù)谋卦O(shè)計要確定結(jié)構(gòu)有合理的傳熱阻。 在我國現(xiàn)行的《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》、《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準（采暖居住建筑部分）》對圍護結(jié)構(gòu)保溫要求都規(guī)定的設(shè)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(nèi)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(nèi)空氣與外墻或屋頂內(nèi)表面之間的允許溫差n---溫差修正系數(shù)，某些結(jié)構(gòu)外表面不與室外空氣直接接觸，而對室內(nèi)溫差加以修正Ri---內(nèi)表面換熱阻,8,1.2 圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)置方式,根據(jù)地方氣候特點及房間使用性質(zhì)，外墻和屋頂可以采用的保溫構(gòu)造方案有多種多樣，大致可分為以下幾種類型：,單設(shè)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(jié)合 混合型構(gòu)造,9,單設(shè)保溫層,導(dǎo)熱系數(shù)越小，說明

5、材料越不易導(dǎo)熱。工程上常將導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)較小的材料作保溫層，鋪設(shè)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(jié)合,承重材料或構(gòu)件具有足夠的力學(xué)性能外，還具有足夠的熱阻值，如混凝土空心砌塊、輕質(zhì)實心砌塊等。 多用于低層或多層墻承式建筑。,14,混合型構(gòu)造 隨著對圍護結(jié)構(gòu)保溫要求的增加，復(fù)合結(jié)構(gòu)的使用也日益廣泛。復(fù)合結(jié)構(gòu)形式大體上可分為：內(nèi)保溫、外保溫和夾芯保溫。,15,內(nèi)保溫——保溫層在承重層內(nèi)側(cè)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(cè)特點：不易受潮，能有效保護主體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)層中間特點：保溫層兩側(cè)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?shù)谋卦O(shè)計——USD構(gòu)造法,USD（Upside Down）構(gòu)造法也叫倒鋪法。不僅有可能完全消除內(nèi)部結(jié)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(yù)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(jié)構(gòu)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(shè)計。,二 外窗、外門和地面的保溫設(shè)計,20,2.1 窗戶的保溫設(shè)計,窗戶的保溫設(shè)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(fēng)滲透； 提高窗戶的保溫能力。,21,2.2 外門保溫設(shè)計,門的熱阻一般比窗的熱阻大，而比外墻和屋頂?shù)臒嶙栊?，也是建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能選擇保溫性能好的保溫門。,22,2.3 地板保溫設(shè)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(nèi)側(cè)0.5m~1.0m范圍內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)保溫層，其熱阻不應(yīng)小于外墻的熱阻。,23,地面舒適條件取決于地面的吸熱指數(shù)B值。B值愈大，則地面從人腳吸取的熱量愈多愈快。 依據(jù)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(gòu)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(xué)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(shù)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(shè)計,3.1 圍護結(jié)構(gòu)交角處的保溫設(shè)計,圍護結(jié)構(gòu)的交角，包括外墻轉(zhuǎn)角、內(nèi)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(nèi)表面溫度比主體部分低，往往結(jié)露或結(jié)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(shè)計規(guī)范》給出的內(nèi)表面溫度計算公式：,te---室外計算溫度；ti---室內(nèi)計算溫度,居住建筑18度，高級、托幼20度； Ri---外墻角處內(nèi)表面換熱阻，取0.11m2.K/W； ￡---比例系數(shù)。,

13、在采暖設(shè)計中，應(yīng)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(jié)構(gòu)中，常有保溫性能遠低于主體部分的嵌入構(gòu)件，這些部位的傳熱量比主體部分大得多，所以他們內(nèi)表面的溫度也比主體部分低，在建筑熱工學(xué)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(jié)構(gòu)中，熱橋是不可避免的。熱橋如

14、果傳熱量過大，內(nèi)表面的溫度就會過低，就有必要校核熱橋內(nèi)表面是否會結(jié)露，以確定保溫措施。 熱橋內(nèi)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(nèi)表面溫度比房間的露點溫度還低，就要預(yù)先對熱橋采取局部保溫措施。,肋寬與結(jié)構(gòu)厚度比≤1.5 肋寬與結(jié)構(gòu)厚度比＞1.5,33,貫通式熱橋：以硬質(zhì)泡沫塑料或其他保溫材料，結(jié)合墻壁內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù) 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(yīng)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(cè)(冷側(cè)），此時內(nèi)表面的溫度要比熱橋靠近室內(nèi)一側(cè)（暖側(cè)）時高得多；然后，再按貫通熱橋的處理方法，在室內(nèi)一側(cè)加一定厚度和寬度的保溫材料。,第二節(jié) 建筑保溫設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的傳熱情況均相同時，外圍護結(jié)構(gòu)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(guān)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(shè)計標準》（采暖居住建筑部分）（JGJ26-95）中規(guī)定：建筑物體形系數(shù)宜控制在0.30及0.3以下，如體形系數(shù)大于0.30，則屋頂與外墻應(yīng)加強保溫。 建筑體形系數(shù)：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(shù)對體型系數(shù)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(shù)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(shù)也相應(yīng)加多，對節(jié)能有利。,40,1.2 提高圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能,圍護結(jié)構(gòu)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響主要是通過內(nèi)表面溫度體現(xiàn)。 在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱條件下，內(nèi)表面溫度取決于室內(nèi)外溫度和圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻，傳熱阻越大，內(nèi)表面溫度和室內(nèi)溫度越接近，即其溫度越高。 圍護結(jié)構(gòu)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(fēng)滲透,防止冷風(fēng)滲透的有效途徑在于減少建筑圍護結(jié)構(gòu)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(dǎo)風(fēng)向設(shè)置 入口處設(shè)置門斗 合理布置豎向交通井,42,1.4 避免潮濕、防止壁內(nèi)產(chǎn)生冷凝,建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)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(qū)動，才能達到采暖和制冷的目的。 被動式：利用建筑構(gòu)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(nèi)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(nèi)釋放，使室

21、內(nèi)維持一定溫度，其他朝向的各面圍護結(jié)構(gòu)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(shè)有進出風(fēng)口。,46,為防止陽光間夏季過熱，在窗上方應(yīng)有可調(diào)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(nèi)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(chǎn)生的熱壓從集熱器流到設(shè)于地板下的卵石床內(nèi)，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(nèi)供熱。,49,被動式太陽房設(shè)計中應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)：,避免在圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)露。 防止在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部因蒸氣滲透而產(chǎn)生凝結(jié)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(chǎn)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(zhì),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(yīng)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(xiàn)象。,1.3 露點溫度,56,二 圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透,2.1 定義,當室內(nèi)外空氣中的含濕量不等，也就是圍護結(jié)構(gòu)的兩側(cè)

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(cè)通過圍護結(jié)構(gòu)向分壓力低的一側(cè)滲透擴散或遷移，這種傳濕現(xiàn)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(jié)構(gòu)內(nèi)外的水蒸氣分壓力及其室內(nèi)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(nèi)通過單位面積圍護結(jié)構(gòu)的水蒸氣滲透量。它與室內(nèi)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(shù)，表明材料透過蒸氣的能力。 材料的孔隙率大，蒸氣滲透系數(shù)就大。 材料的蒸汽滲透系數(shù)還與溫度，相對濕度有關(guān)，計算中采用的是平均值。,60,圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)任一層面的水蒸氣分壓力 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的水蒸氣分壓力可以近似看作與室內(nèi)外空氣的水蒸氣分壓力相等。,從室內(nèi)側(cè)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(jié)構(gòu)冷凝的檢驗,3.1 表面冷凝的檢驗,無論是環(huán)境還是室內(nèi)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(nèi)表面是否產(chǎn)生冷凝，實質(zhì)上是檢驗該處的溫度是否低于露點溫度。 圍護結(jié)構(gòu)中的保溫薄弱部位要認真檢驗。,62,三 圍護結(jié)構(gòu)冷凝的檢驗,3.2 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝現(xiàn)象的判別,判別圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，可按以下步驟進行：,根據(jù)室內(nèi)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(jù)室內(nèi)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(yīng)的飽和水蒸氣分壓力“Ps”，并作出Ps的分布線。 根據(jù)“P”線和“Ps”線相交與否來判斷圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。不相交說明內(nèi)部不會產(chǎn)生冷凝，如相交，則內(nèi)部有冷凝。,64,經(jīng)判別圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)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(xiàn)冷凝現(xiàn)象。如保溫材料與其外側(cè)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(jié)構(gòu)按最小總熱阻設(shè)計，且保溫薄弱部位進行了檢驗和處理，一般不會出現(xiàn)表面冷凝。 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面層宜采用蓄熱系數(shù)較大的材料，利用蓄存的熱量起調(diào)節(jié)作用，減少出現(xiàn)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(nèi)表面應(yīng)設(shè)不

31、透水飾面或增設(shè)防水層；對表面冷凝水滴進行導(dǎo)流和排除。,66,南方泛潮現(xiàn)象 南方地區(qū)，春夏之交氣溫變化幅度很大，建筑圍護結(jié)構(gòu)表面溫度低于露點溫度時出現(xiàn)的泛潮現(xiàn)象。 防止地面泛潮的措施 地面應(yīng)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(shù)要?。?表面材料有一定的吸濕作用。,67,4.1 防止和控制內(nèi)部冷凝 合理布置保溫層,當圍護結(jié)構(gòu)有多層材料構(gòu)成時，將蒸汽滲透系數(shù)小的密實材料放在冬季溫度高（水蒸氣分壓力大）的室