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1、建筑节能设计,第三章 建筑节能设计原理,3.1 建筑热工设计对建筑节能的要求,3.2 建筑物耗热量指标的计算及影响因素,3.3 围护结构有关热工指标的计算,1,2,3,3.1 建筑热工设计对建筑节能的要求,本节内容,建筑物热工设计的基本要求,建筑热工设计分区及设计要求,不同热工分区建筑节能设计原理,3.1.1,3.1.2,3.1.3,3.1.1 建筑热工设计分区及设计要求,国标民用建筑热工设计规范（GB 501761993）把我国划分为5个气候分区，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区，如图3-1所示。国标公共建筑节能设计标准（GB 501892015）第4.2.1条在上
2、述五个分区的基础上，根据公共建筑节能的设计特点作了适当的调整，即把严寒地区细分为严寒地区A区与严寒地区B区，而温和地区不强制执行节能设计标准。,我国地域辽阔，各地区气候差别很大，太阳辐射量也不同，所以在建筑节能设计时，必须根据各气候区域的特点进行有针对性的设计。,图3-1 全国建筑热工设计分区图,建筑热工设计应与地区气候相适应。建筑热工设计分区及设计要求应符合表3-1中的相关规定。,表3-1 建筑热工设计分区及设计要求,3.1.2 建筑物热工设计的基本要求,根据国家标准民用建筑热工设计规范（GB 501761993）中的规定，建筑热工设计应符合表3-2中的基本要求。,表3-2 建筑物热工设计的
3、基本要求,1,2,3,3.1.3 不同热工分区建筑节能设计原理,严寒与寒冷地区节能设计原理,夏热冬冷地区节能设计原理,夏热冬暖地区节能设计原理,第一PPT模板网，PPT素材下载,2）体形系数。,体形系数不应大于表3-3所规定的限值。,1）平面布置。,应考虑冬季利用日照并避开主导风向。,表3-3 严寒和寒冷地区居住建筑的体形系数限值,1严寒与寒冷地区节能设计原理,第一PPT模板网，PPT素材下载,3）窗墙面积比。,窗墙面积比不应大于表3-4规定的限值。在进行权衡判断时，各朝向的窗墙面积比最大也只能比表3-4中的对应值大0.1。,表3-4 严寒和寒冷地区居住建筑的窗墙面积比限值,第一PPT模板网，
4、PPT素材下载,5）传热系数、保温材料层的热阻及遮阳系数限值。,具体见本书附录B，其中，寒冷（B）区外窗综合遮阳系数不应大于表3-5中的限值。,4）楼梯间外墙及门窗设置。,楼梯间及外走廊与室外连接的开口处应设置窗或门，且能密闭。采取采暖保温措施。,表3-5 寒冷（B）区外窗综合遮阳系数限值,6）窗的遮阳系数。窗的综合遮阳系数应按下式计算：,式（3-1）,式中， SC 窗的综合遮阳系数； SCC 窗本身的遮阳系数； SCB 玻璃的遮阳系数； FK 窗框的面积； FC 窗的面积， 为FK/FC窗框面积比，PVC塑钢窗或木窗窗框比可取0.30，铝合金窗窗框比可取0.20，其他框材的窗按相近原则取值；
5、SD 外遮阳的遮阳系数，应按标准严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 262010）中附录D的规定计算。,第一PPT模板网，PPT素材下载,10）封闭式阳台, 阳台和直接连通的房间之间应设置隔墙和门、窗。, 当阳台和直接连通的房间之间不设置隔墙和门、窗时，应将阳台作为所连通房间的一部分。必须符合本书附录B及表3-4中的规定。, 当阳台和直接连通的房间之间设置隔墙和门、窗时，如果所设隔墙、门、窗的传热系数不大于本书附录B中的限值，窗墙面积比不超过表3-4中的限值，则可不对阳台外表面作特殊热工要求。, 当阳台和直接连通的房间之间设置隔墙和门、窗，且所设隔墙、门、窗的传热系数大于本书附录B中的
6、限值时，阳台与室外空气接触的墙板、顶板、地板的传热系数不应大于本书附录B中所列限值的120%，严寒地区阳台窗的传热系数不应大于2.5W/(m2K) ，寒冷地区阳台窗的传热系数不应大于3.1W/(m2K) ，阳台外表面的窗墙面积比不应大于60%，阳台和直接连通房间隔墙的窗墙面积比不应超过表3-4中的限值。当阳台的面宽小于直接连通房间的开间宽度时，可按房间的开间计算隔墙的窗墙面积比。,2夏热冬冷地区节能设计原理,表3-6 夏热冬冷地区居住建筑的体形系数限值,建筑群的总体布置，以及单体建筑的平面、立面设计和门窗设置应有利于自然通风。建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。,1）平面布置,夏热冬冷地区居
7、住建筑的体形系数不应大于表3-6中的限值。当体形系数大于表3-6中的限值时，必须按照夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）第5章的要求进行建筑围护结构热工性能的综合判断。,2）体形系数,表3-7 建筑围护结构各部分的传热系数和热惰性指标的限值,建筑围护结构各部分的传热系数和热惰性指标不应大于表3-7中的限值。当不符合表3-7中的规定时，必须按照夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）第5节的规定进行建筑围护结构热工性能的综合判断。,3）传热系数和热惰性指标,4）窗墙面积比。不同朝向外窗（包括阳台门的透明部分）的窗墙面积比不应大于表3-8中的限值。其外窗传热
8、系数不应大于表3-9中的限值；综合遮阳系数应符合表3-9中的规定。当外窗为凸窗时，凸窗的传热系数限值应比表3-9中规定的限值小10%；计算窗墙面积比时，凸窗的面积应按洞口面积计算。当不符合表3-8和表3-9中的限值时，必须按照夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）第5节的规定进行建筑围护结构热工性能的综合判断。,表3-8 不同朝向外窗的窗墙面积比限值,表3-9 不同朝向、不同窗墙面积比的外窗传热系数和综合遮阳系数限值,5）围护结构热工性能参数。围护结构热工性能参数计算应符合下列规定：, 建筑物面积和体积应按夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）中附录A的
9、相关规定计算确定，即a. 建筑面积应按各层外墙外包线围成面积的总和计算。b. 建筑体积应按建筑物外表面和底层地面围成的体积计算。c. 建筑物外表面积应按墙面面积、屋顶面积和下表面直接接触室外空气的楼板面积的总和计算。, 外墙的传热系数应考虑结构性冷桥的影响，取平均传热系数，其计算方法应符合夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）附录B中的规定。, 当屋顶和外墙的传热系数满足表3-7中的限值要求，但热惰性指标D 2.0时，应按照民用建筑热工设计规范（GB 501761993）第5.1.1条来验算屋顶和东、西向外墙的隔热设计要求。, 当砖、混凝土等重质材料构成的墙、屋面的面密度
10、200 kg / m2时，可不计算热惰性指标，直接认定外墙、屋面的热惰性指标满足要求。, 楼板的传热系数可按装修后的情况计算。, 窗墙面积比应按建筑开间（轴距离）计算。, 窗的综合遮阳系数应按下式计算：,式（3-2）,式中，SC 窗的综合遮阳系数；SCC 窗本身的遮阳系数；SCB 玻璃的遮阳系数；FK 窗框的面积；FC 窗的面积， 为FK/FC窗框面积比，PVC塑钢窗或木窗窗框比可取0.30，铝合金窗窗框比可取0.20，其他框材的窗按相近原则取值；SD 外遮阳的遮阳系数，应按夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 1342010）中附录C的规定计算。,6）外窗遮阳要求。东偏北30至东偏南60
11、、西偏北30至西偏南60范围内的外窗应设置挡板式遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳，南向的外窗宜设置水平遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳。各朝向的窗户，当设置了可以完全遮住正面的活动外遮阳时，应认定满足表3-9中对外窗遮阳的要求。,7）窗的开启面积。外窗可开启面积（含阳台门面积）不应小于外窗所在房间地面面积的5%。多层住宅外窗宜采用平开窗。,8）外窗的气密性等级。建筑物1 6层的外窗及敞开式阳台门的气密性等级，不应低于国家标准建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法（GB/T 71062008）中规定的4级；7层及7层以上的外窗及敞开式阳台门的气密性等级，不应低于6级。,9）外凸窗。当
12、外窗采用凸窗时，应符合下列规定：, 窗的传热系数限值应比表3-9中的相应值小10%； 计算窗墙面积比时，凸窗的面积按窗洞口面积计算； 对凸窗不透明的上顶板、下底板和侧板，应进行保温处理，且板的传热系数不应低于外墙的传热系数的限值要求。,10）隔热措施。围护结构的外表面宜采用浅色饰面材料。平屋顶宜采取绿化、涂刷隔热涂料等隔热措施。,如图3-2所示，北区内的建筑，其节能设计应主要考虑夏季空调，兼顾冬季采暖。南区内的建筑，其节能设计应考虑夏季空调，可不考虑冬季采暖。,3夏热冬暖地区节能设计原理,图3-2 夏热冬暖地区分区图,夏季空调室内设计计算指标：居住空间室内设计计算温度为26，计算换气次数1.0
13、次 / h。,北区冬季采暖室内设计计算指标：居住空间室内设计计算温度为16，计算换气次数1.0次 / h。,隔热、遮阳和通风设计对于夏热冬暖地区的建筑节能非常重要。,为了达到上述目的，具体应满足以下条件。,1）平面布置。居住区的总体规划和居住建筑的平面、立面设计应有利于自然通风。居住建筑的朝向宜采用南北向或接近南北向。,2）体形系数。北区内，单元式和通廊式住宅的体形系数不宜超过0.35，塔式住宅的体形系数不宜超过0.40。,3）窗墙比。一般情况下，各朝向的窗墙面积比中，北向不应大于0.45，东、西向不应大于0.30，南向不应大于0.50；居住建筑的天窗面积不应大于屋顶总面积的4%，传热系数不应
14、大于4.0 W/(m2K) ，遮阳系数不应大于0.5。,4）传热系数和热惰性指标。围护结构的传热系数K和热惰性指标D直接影响建筑采暖空调房间冷热负荷的大小，也直接影响到建筑能耗。居住建筑屋顶和外墙的传热系数及热惰性指标应符合表3-10中的规定。当不符合表3-10中的规定时，其空调采暖年耗电指数（或耗电量）不应超过参照建筑的空调采暖年耗电指标（或耗电量）。,表3-10 屋顶和外墙的传热系数K和热惰性指标D,5）窗墙面积比。居住建筑采用不同平均窗墙面积比时，其外窗的传热系数和综合遮阳系数应符合夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（JGJ 752003）表4.0.7-1和表4.0.7-2中的规定（具体见
15、本书附录C）。当不符合该标准中的规定时，其空间采暖年耗电指数（或耗电量）不应超过参照建筑的空调采暖年耗电指标（或耗电量）。,6）遮阳系数。居住建筑的外窗，尤其是东、西朝向的外窗宜采用活动或固定的建筑外遮阳设施。居住建筑外窗（包括阳台门）的可开启面积不应小于外窗所在房间地面面积的8%或外窗面积的45%，外窗的可开启面积过小会严重影响房间的自然通风效果。在保证安全的前提下，采用平开窗比采用推拉窗的通风效果好很多，这是因为推拉窗的最大可开启面积接近50%，而平开窗可接近100%。,7）通风系统。夏热冬暖地区中的湿热地区，由于昼夜温差小，相对湿度较高，因此可设计连续通风来改善室内环境。而对于干热地区，
16、则考虑用白天关窗，夜间通风的方法来降温。另外，我国南方亚热带地区有季节风，因此在建筑物设计中要充分考虑利用海风、江风的自然通风优越性，并按自然风为主、空调为辅的原则来考虑建筑朝向和布局。在现代技术的发展过程中，自然通风可与太阳能技术、地下蓄冷蓄热、自动控制等技术结合，复合成一个有组织的自然通风系统。,8）隔热措施。居住建筑的屋顶和外墙宜采用下列节能措施： 浅色饰面（如浅色粉刷、涂层和面砖等）； 屋顶内设置贴铝箔的封闭空气间层； 用含水多孔材料做屋面层； 屋面蓄水； 屋面遮阳； 屋面设有土或无土种植； 东、西外墙采用花格构件或爬藤植物遮阳。,建筑物耗热量指标的计算及影响因素,3.2 建筑物耗热量
17、指标的计算及影响因素,本节内容,降低住宅建筑耗热量指标的途径,采暖耗煤量指标的计算,3.2.1,3.2.2,3.2.3,3.2.1 建筑物耗热量指标的计算及影响因素,1建筑物耗热量指标的计算公式, 建筑物耗热量指标应按下式计算：,式（3-3）,式中， qH 建筑物耗热量指标（W / m2）； qHT 折合到单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量（W / m2）； qINF 折合到单位建筑面积上单位时间内建筑物空气渗透耗热量（W / m2）； qIH 折合到单位建筑面积上单位时间内建筑物内部得热量（如炊事、照明、家电和人体散热等），住宅建筑取3.8 W / m2。, 折合到单位建筑面积
18、上单位时间内通过建筑围护结构的传热量应按下式计算：,式（3-4）,式中，qHq 折合到单位建筑面积上单位时间内通过墙的传热量（W / m2）； qHw 折合到单位建筑面积上单位时间内通过屋面的传热量（W / m2）； qHd 折合到单位建筑面积上单位时间内通过地面的传热量（W / m2）； qHmc 折合到单位建筑面积上单位时间内通过门、窗的传热量（W / m2）；qHy 折合到单位建筑面积上单位时间内非采暖封闭阳台的传热量（W / m2）。, 折合到单位建筑面积上单位时间内通过外墙的传热量应按下式计算：,式（3-5）,式中， qi 外墙传热系数的修正系数，应根据严寒和寒冷地区居住建筑节能设计
19、标准（JGJ 262010）附录E中的表E.0.2确定； Kmqi 外墙平均传热系数W/(m2K) ，应根据标准（JGJ 262010）附录B计算确定；Fqi 外墙的面积（m2），可根据标准（JGJ 262010）附录F的规定计算确定； tn 室内计算温度，取18；当外墙内侧是楼梯间时，则取12；te 采暖期室外平均温度（），应根据标准（JGJ 262010）附录A中的表A.0.1-1确定； A0 建筑面积（m2），可根据本标准附录F的规定计算确定。, 折合到单位建筑面积上单位时间内通过屋面的传热量应按下式计算：,式（3-6）,式中， wi 屋面传热系数的修正系数，应根据严寒和寒冷地区居住建筑
20、节能设计标准（JGJ 262010）附录E中的表E.0.2确定； Kwi 屋面的传热系数W/(m2K) ； Fwi 屋面的面积（m2），可根据标准（JGJ 262010）附录F的规定计算确定。, 折合到单位建筑面积上单位时间内通过地面的传热量应按下式计算：,式（3-7）,式中，Kdi 地面的传热系数 ，应根据严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 262010）附录C中的规定计算确定； Fdi 地面的面积（m2），可根据标准（JGJ 262010）附录F的规定计算确定。, 折合到单位建筑面积上单位时间内通过外窗（门）的传热量应按下式计算：,式（3-8）,式（3-9）,式中， Kmci窗（门
21、）的传热系数 ； Fmci 窗（门）的面积（m2）； Ityi 窗（门）表面采暖期平均太阳辐射热（W / m2），应根据严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 262010）附录A中的表A.0.1-1确定； Cmci 窗（门）的太阳辐射修正系数； SC 窗的综合遮阳系数，应按标准（JGJ 262010）中的式（4.2.3）计算；0.87 3 mm普通玻璃的太阳辐射透过率；0.70 折减系数。, 折合到单位建筑面积上单位时间内通过非采暖封闭阳台的传热量应按下式计算：,式（3-10）,式（3-11）,式中，Kqmci 分隔封闭阳台和室内的墙、窗（门）的平均传热系数 ； Fqmci 分隔封闭阳台
22、和室内的墙、窗（门）的面积（m2）； i 阳台温差修正系数，应根据严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 262010）附录E中表E.0.4确定； Ityi 封闭阳台外表面采暧期平均太阳辐射热（W / m2），应根据标准（JGJ 262010）附录A中的表A.0.1-1确定； Fmci 分隔封闭阳台和室内的窗（门）的面积（m2）；Cmci 分隔封闭阳台和室内的窗（门）的太阳辐射修正系数；SCW，SCN 分别为外和内侧窗综合遮阳系数，按（JGJ 262010）中式（4.2.3）计算。, 折合到单位建筑面积上单位时间内建筑物空气换气耗热量应按下式计算：,式（3-12）,式中， qINF 折合到
23、单位建筑面积上单位时间内建筑物空气换气耗热量（W / m2）； Cp 空气的比热容，取0.28 Wh /（kgK）； 空气的密度（kgm3），取采暖期室外平均温度 下的值； N 换气次数，取0.5 h-1； V 换气体积（m3），可根据标准（JGJ 262010）附录F的规定计算确定。,2影响建筑物耗热量指标的因素, 体形系数。试验证明，在建筑物各部分围护结构传热系数和窗墙面积比不变的条件下，建筑物耗热量指标随着体形系数的增长而增大，即不同体形系数的建筑，其耗热量指标是不同的，底层和小单元住宅对节能不利，它们的建筑物耗热量指标相对要大些。图3-3所示为北京地区多层和高层住宅建筑耗热量指标随体形
24、系数的变化情况。, 围护结构的传热系数。在建筑物整体尺寸和窗墙面积比不变的情况下，耗热量指标随着围护结构的传热系数的下降而降低。采用保温性能高的墙体、屋顶、门窗等，会取得显著的节能效果。,图3-3 多层和高层住宅建筑耗热量指标随体形系数的变化（北京地区）, 窗墙面积比。在采用一般的单层和双层窗且不设保温窗帘的情况下，增大窗墙面积比，通常对降低建筑物耗热量指标不利。向阳面窗户，由于有太阳辐射热进入室内，可以适当增大窗墙面积比，而北向窗户应以满足采光要求为度。根据不同朝向，将窗墙面积比控制在合理范围内，则有利于降低建筑物耗热量指标和降低工程造价。, 换气次数。单位时间内换气次数的多少，对建筑物耗热
25、量指标有明显的影响。从节能要求出发，换气次数愈小愈好，但从卫生要求出发，换气次数不宜过小，居室换气次数一般为（0.50.8）次h。提高门窗和气密性，换气次数由0.8次h降至0.5次h，其耗热量指标可降低10%左右。,朝向宜采用南北向或接近南北向，体形系数宜控制在0.30及0.30以下。,尽可能采用传热系数较低的外墙、屋顶和楼梯间隔墙，如各种轻质节能而又经济的墙体和屋顶。,在未普及保温窗帘的情况下，北向窗户应以满足采光要求为度，北向、东西向和南向的窗墙面积比应分别控制在0.45，0.30和0.5左右。,宜多建多层多单元的板式住宅，尽可能少建低层住宅和点式住宅。, 符合经济原则的条件, 窗户面积应
26、予以控制。,3.2.2 降低住宅建筑耗热量指标的途径,严寒地区应尽可能采用三层窗或三层玻璃，或采用其他具有相当或更优保温性能的新型保温窗户。,这一点对于冬季风速较大而又采用单层窗的地区效果尤为显著。,或加强楼梯间隔墙和户门的保温，对降低耗量指标也有一定意义。, 寒冷地区应尽可能采用双层窗或双层玻璃, 提高窗户的气密性，以减少空气渗透耗热量, 楼梯间设置门窗并采暖,采暖耗煤量指标是指在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准煤量，其单位为kg / m2。,3.2.3 采暖耗煤量指标的计算,采暖耗煤量指标应按下式计算：,式（3-13）,式中， qC 采暖耗
27、煤量指标（kg / m2标准煤）；Z 采暖期天数（d），应根据民用建筑节能设计标准（JGJ 261995）附录A附表A中选用；qH 建筑物耗热量指标（W / m2）； HC 标准煤热值，取8.14 103 Wh / kg； 1 室外管网输送效率。采取节能措施前，取0.85；采取节能措施后，取0.90； 2 锅炉运行效率。采取节能措施前，取0.55；采取节能措施后，取0.68。,热阻的计算,1,围护结构传热阻的计算,2,围护结构传热系数,3,围护结构热情性指标D值的计算,4,3.3 围护结构有关热工指标的计算, 单一材料层的热阻应按下式计算：,式（3-14）,式中， R 材料层的热阻 ； 材料层
28、的厚度（m）； 材料的导热系数 ，应按民用建筑热工设计规范（GB 501761993）附录四附表4.1和表注中的规定选用。,1热阻的计算, 多层围护结构的热阻应按下式计算：,式（3-16）,式中R，R1 ，R2 ，Rn， 第1，2，n层材料的热阻(m2K/W) 。, 由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构（包括各种形式的空心砌块、填充保温材料的墙体等，但不包括多孔黏土空心砖），其平均热阻应按下式计算：,式（3-16）,式中， 平均热阻 ；F0 与热流方向垂直的总传热面积（m2），如图3-4所示；F1，F2，Fn 按平行于热流方向划分的各个传热面积（m2）；R0.1，R0.2，R0.n 各个传
29、热面部位的传热阻(m2K/W) ；Ri 内表面换热阻，取0.11 m2K/W；Re 外表面换热阻，取0.04 m2K/W ； 修正系数，应按表3-11选用。,图3-4 与热流方向垂直的总传染面积,表3-11 修正系数 值,表3-12 空气间层热阻值（m2K / W）,2围护结构传热阻的计算,围护结构的传热系数应按下式计算：,式（3-18）,式中， Ro 围护结构传热阻(m2K/W) 。,4围护结构热情性指标D值的计算,1）单一材料围护结构或单一材料层的D值应按下式计算：,式（3-19）,式中， R 材料层的热阻(m2K/W) ；S 材料的蓄热系数 W/(m2K) 。,2）多层围护结构的D值应按
30、下式计算：,式（3-20）,式中， R，R1 ，R2 ，Rn， 各层材料的热阻(m2K/W) ； S，S1 ，S2 ，Sn， 各层材料的蓄热系数蓄热系数 W/(m2K) ，空气间层的蓄热系数取 。,3）若某层由两种以上材料组成，则应先按下式计算该层的平均导热系数：,然后按下式计算该层的平均热阻：,该层的平均蓄热系数可按下式计算：,式中， F，F1 ，F2 ，Fn 在该层中按平行于热流划分的各个传热面积（m2）； , 1， 2， n 各个传热面积上材料的导热系数(m2K/W) ； S，S1 ，S2 ，Sn 各个传热面积上材料的蓄热系数 (m2K/W) 。,该层的热惰性指标D值应按下式计算：,式（3-21）,式（3-22）,式（3-23）,Thank You!,
