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1、第二章 建筑节能基础知识,2.1建筑热工设计分区与建筑能耗2.2建筑节能术语2.3不同热工分区下的建筑节能设计原理2.3采暖居住建筑节能基本原理与节能途径,2.4空调建筑节能原理2.5居住建筑建筑物耗热量指标2.6居住建筑建筑物耗热量指标计算2.7建筑节能计算初步,2.1建筑热工设计分区与建筑能耗,建筑气候分区,2.2 建筑节能领域中常用的名词术语,导热系数(入)Coefficient Of thermal conductivity 稳态条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1K时，单位时间内通过单位面积传递的热量，单位：W(mK),通常把导热系数较低材料称为保温材料，把导热系数在0.05W/m
2、K以下材料称为高效保温材料。静止的空气是导热系数最小的一种材料，=0.017w/（mk）。,蓄热系数(S) Coefficient Of thermal storage 当某一足够厚度的单一材料层一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动。通过表面的热流振幅与表面温度振幅的比值即为蓄热系数，单位：W(m2K)。比热容(c) Specific heat 1kg物质，温度升高1K吸收 或放出的热量， 单位：kJ(kgK)。,热桥(也称作冷桥)Thermal bridge 围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低的部位。这些部位形成
3、传热的桥梁，故称热桥。,常见的热桥有处在外墙周边的钢筋混凝土抗震柱、圈梁、门窗过梁，钢筋混凝土或钢框架梁、柱，钢筋混凝土或金属屋面板中边肋或小肋，以及金属玻璃窗幕墙中和金属窗中的金属框和框料等。,围护结构传热系数(K) Overall heat transfer coefficient Of building envelope 围护结构两侧空气温差为1K，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，单位：（W/m2K)围护结构传热阻(Ro) Thermal resistance Of building envelope 传热系数的倒数，表征围护结构对热量的阻隔作用，单位：m2KW。 R0=Ri+
4、R+Re,窗墙面积比Area ratio Of window to wall 窗户洞口面积与其所在外立面面积的比值。窗墙面积比越大，能耗就越大。遮阳系数 实际透过窗玻璃的太阳辐射热与透过3毫米厚透明玻璃的太阳辐射热的比值。越小，遮阳性能越好。 建筑物体形系数(S) Shape coefficient Of building 建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。换气体积(y) Volume Of air circulation 需要通风换气的房间体积。,采暖度日数(HDD18) 室内基准温度18 与采暖期室外平均温度之间的温差
5、，乘以采暖期天数的数值，单位：d。 空调度日数(CDD26) Cooling degree day based On26 一年中，当某天室外日平均温度高于26时，将高于26的度数乘以1天，并将此乘积累加。典型气象年(TMY) Typical Meteorological Year 以近30年的月平均值为依据，从近10年的资料中选取一年各月接近30年的平均值作为典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份，资料不连续，还需要进行月间平滑处理。,采暖能耗(Q) Energy consumed for heating 用于建筑物采暖所消耗的能量，其中包括采暖系统运行过程中消耗的热量和电能，以及建筑物耗
6、热量。 建筑物耗热量指标(qH) Index Of heat loss Of building 在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的，需由室内采暖设备供给的热量，单位：Wm2。采暖设计热负荷指标(qHl) Index Of design load for heating Of building 在采暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的需由采暖设备供给的热量。由于采暖室外计算温度低于采暖期室外平均温度，因此在数值上，采暖设计热负荷指标大于建筑物耗热量指标。单位：Wm2。,建筑物耗冷量指标Index Of cool lo
7、ss Of building 按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由空调设备提供的冷量。K空调采暖年耗电量Annual heating electricity consumption 按照冬季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积采暖设备每年所要消耗的电能。采暖供热系统Heating system 由锅炉机组、室外管网、室内管网和散热器等组成的系统。,2.3不同热工分区下的建筑节能设计原理,严寒与寒冷地区改进建筑物围护结构保温性能，进一步减低采暖需热量推广各类专门的通风换气窗，实现可控制的通风换气，避免为了通风换气而开窗，造成
8、过大的热损失改善采暖的末端调节性能，避免过热推行地板采暖等低温采暖方式，从而降低供热热源温度，提高热源效率积极挖掘利用目前的集中供热网，发展以热电联产为主的高效节能热源,保证夏季隔热，并兼顾冬季防寒体形系数要和住宅采光、日照等结合起来，不要过分追求小提高住宅日照、促进自然通风角度，综合确定窗墙比夏热冬冷地区气候条件下的不同地区，要根据不同季节室外风速，优化设计窗墙比要特别强调外窗遮阳、外墙和屋顶的隔热设计,夏热冬冷地区（重庆、上海、南京、长沙、福州）,几个概念：体形系数：建筑物与室外大气直接接触的外表面面积与其所包围体积的比值。,不包括,建筑体形系数与建筑物的节能有直接关系； 体形系数越大，说
9、明同样建筑体积的外表面积越大，散热面积越大，建筑能耗就越高，对建筑节能越不利；,窗墙面积比：窗户洞口面积与其所在外立面面积（包含窗面积在内）的比值。,外立面面积,普通窗户的保温隔热性能比外墙差很多，而且夏季白天太阳辐射还可以通过窗户直接进入室内。一般说来，窗墙面积比越大，建筑物的能耗也越大。,隔热、遮阳、通风设计非常重要首先考虑的因素是如何有效防止夏季的太阳辐射同时，在围护结构的外表面要采取浅色粉刷或光滑的饰面材料，以减少外墙表面对太阳辐射的吸收遮阳设计的形式和构造的选择，要考虑建筑朝向对遮光的要求合理组织住宅的自然通风,夏热冬暖地区（广州、海口、香港）,温和地区（昆明、贵阳）,一、我国采暖居
10、住建筑的主要特点1、住宅占居住建筑的的92%，其中相当部分安装采暖和通风换气装置；2、冬季室内温度要求达到1618，高级别达到2022 ；3、层高一般为2.73.0m，开间为3.34.5m；4、人均占有居住面积为78m2，居住容积18.220.8m25、城镇居住建筑以多层为主，大城市有部分高层。,2.3采暖居住建筑节能基本原理和节能途径,围护结构传热耗热量 73%77% 门窗缝隙空气渗透耗热量 23%27% 外墙 23%34% 窗户 23%25% 楼梯间隔墙 6%11% 屋顶 7% 8% 阳台门下部 2% 3% 地面 2%,二、采暖居住建筑的能耗构成,三、采暖居住建筑的节能基本原理,热量散失两
11、部分：由通过围护结构的传热耗热量和通过门窗缝隙的空气渗透耗热量组成。其中，前者占主要部分。,节能基本原理：最大限度的争取得热，最低限度的向外散热。,窗户传热系数较高，应该在保证采光要求前提下，选择适当的窗墙比和改善窗户的保温性能。一般，双层玻璃比单层玻璃传热系数可降低一半。塑料窗和塑钢窗较钢窗保温性能有较大改善。提高窗户气密性，减少冷风渗透。选用新型墙体材料，如加气混凝土砖、保温复合墙、外墙表面抹膨胀珍珠岩砂浆等。,传热系数，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，），1s内通过1平方米面积传递的热量。,注意采暖建筑屋顶保温，可采用加气混凝土块或加气混凝土块架空设置，在架空层中充
12、填岩棉、矿棉或膨胀珍珠岩，或敷设其它保温层。建筑物体形、朝向、间距与建筑物能耗关系很大，通过良好的总平面规划设计，使建筑物在冬季最大限度地利用日照，多获得热量，避开主导风向，减少建筑物和场地外表面热损失。减少建筑物的体形系数及外表面积。改善采暖供热系统的设计和运行管理，提高设备运行效率，加强管线保温。采用热量按户计量收费的办法。,2.4 空调建筑节能原理,一、影响空调负荷的主要因素,围护结构的热阻和蓄热性能：从降低空调负荷效果上看，热阻作用大于蓄热能力的作用；房屋朝向状况，蓄热能力：顶层和东西向房屋空调负荷大于南北向房屋；窗墙面积比与空气渗透情况：窗户越大，空调负荷越大。门窗气密性越好，越节能
13、。遮阳 提高窗户遮阳性能，能大幅度降低空调负荷。,是围护结构阻抗热量传递能力的物理量。是传热系数的倒数；传热阻值愈大，保温性能愈好。,（一）得热三途径： 1、通过外窗的太阳辐射得热；2、围护结构传热得热；3、门窗缝隙空气渗透得热。,二、空调建筑节能基本原理,建筑避免东西朝向或东西向窗户减少辐射得热；空调房间集中布置，上下对齐；空调房间应避免布置在拐角处、有伸缩缝处或顶层；空调建筑外表面尽量小，表面浅色，房间净高宜低；,（二）空调建筑节能设计要点,外窗面积尽量小，窗墙比不超过0.30(单层窗）0.4 (双层窗）。东西向外窗，宜采用热反射玻璃、反射阳光镀膜和有效遮阳构件；外窗气密等级不应低于GB7
14、107-2002中3级水平；围护结构传热系数应符合GBJ19-87规定要求；间歇使用的空调建筑，外围护结构内侧和内围护结构宜采用轻质材料，连续使用的空调建筑，外围护结构内侧和内围护结构宜采用厚重材料。,2.5居住建筑建筑物采暖耗热量指标,在寒冷和严寒地区，采暖建筑物耗热量指标是建筑围护结构热工性能权衡判断的依据，又是评价采暖建筑节能设计的重要指标。计算得到的所设计居住建筑的建筑物耗热量指标应小于或等于严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准附录A中表A.0.1-2的限值。,1、建筑物耗热量：采暖建筑在一个采暖期内，为保持室内计算温度，由采暖设备供给建筑物的热量，单位：kW.h/y。2、建筑物耗热量指
15、标:在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，单位：W/m2。,一、建筑物耗热量和建筑物耗热量指标,不同地区不同阶段采暖期居住建筑耗热量指标,1986,1995,采暖设计热负荷指标：在采暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉房或其他供热设施供给的热量;单位：Wm2 。是用来确定采暖设备容量的一个重要指标。（建筑物耗热强度最大极限值）采暖室外计算温度：以日平均温度为基础，按历年平均不保证5天，通过统计气象资料确定的用于采暖设计的室外空气计算参数。（如：北京冬季采暖室外计算温度是-7.6度，说明一
16、年中，北京低于-7.6度的日子最多只能出现5天）,二 、建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标,二者区别： 建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标是两个不同概念。 由于采暖室外计算温度低于采暖期室外平均温度，所以采暖设计热负荷指标大于建筑物耗热量指标。,1、体形系数,三 、影响建筑物耗热量指标的几个因素,体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越大，能耗就越高；体形系数越小，单位建筑空间对应的外表面积越小，外围护结构的传热损失就越小。,在围护结构保温水平不变的条件下，建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长，即不同体形系数的建筑物，耗热量指标不同。,从降低建筑能耗的角度出发，应该将体形系数控制在一
17、个较低的水平。 但体形系数限值规定过小，将制约建筑师们的创造性，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。国标(JCJ 26-95)中规定：建筑物的体形系数宜控制在0.3及0.3以下；若体形系数大于0.3，则屋顶和外墙应加强保温，以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平。,（1） 减少建筑的面宽，加大建筑的进深。面宽与进深之比不宜过大，长宽比应适宜。（2） 增加建筑的层数，多分摊屋面或架空楼板面积。（3）建筑体型不宜变化过多，立面不宜太复杂，减少外墙凸凹变化,造型宜简练。,控制体形系数大小的方法：,在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗 或双玻窗条件下，加大窗墙面积比对节能不利。,2、围
18、护结构传热系数,在建筑物整体尺寸和窗墙面积比不变情况下，耗热量指标随围护结构的传热系数的下降而降低。,3、窗墙面积比,4、楼梯间设计形式 ：多层住宅楼梯间采用开敞式楼梯间比采用有门窗的楼梯间，其耗热量指标约上升1020。 5、换气次数：提高门窗的气密性，换气次数由0.8次小时降至0.5次小时，耗热量指标可降低10左右。,建筑物朝向对太阳辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响；多层住宅东西朝向时与南北朝向相比，耗热量指标约增加5.5。,6、朝向,7、高层住宅,层数在10层以上时，耗热量指标趋于稳定。高层住宅中，带北向封闭式交通廊的板式住宅（板式住宅的特点是：面宽较大，南向房间多，采光好；进深较小，一
19、般为南北通透格局，通风好。）其耗热量指标比多层板式住宅低6。在建筑面积近似的条件下高层塔式住宅的耗热量指标比高层板式住宅高1014。体形复杂，凹凸面过多的塔式住宅，对节能不利。,建筑物入口处设置门斗或采取其它避风设施，有利于节能。,8、避风设施,一建筑物耗热量指标计算公式,2.6 居住建筑建筑物耗热量指标计算,二单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量计算公式,三、单位建筑面积的空气渗透耗热量应计算公式,不同地区采暖往宅建筑耗热量指标不应超过规定的数值。集体宿舍、招待所、旅馆、托幼建筑等采暖居住建筑围护结构的保温应达到当地住宅建筑相同的水平 。,建筑热工设计规定 一、对建筑物朝向的规定 标准规定：
20、 建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间宜避开 冬季主导风向。 二、对建筑物体形系数的规定 从有利于节能出发，体形系数应尽可能地小。标准规定：建筑物的体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平，总体上实现节能50的目标。,2.7 建筑节能评价计算,三、对采暖居住建筑楼梯间、外廊和出入口的规定标准规定：采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设置门窗；在采暖期室外平均温度为-6 -0.1的地区，楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应采取保温措施；-6以下地区，楼梯间应采暖，入口处应设置门斗等避风设施。 四、对不同地区采暖居住
21、建筑各部分围护结构传热系数限值的规定标准规定：不同地区采暖居住建筑各部分围护结构的传热系数不应超过民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）中规定的限值。 表中各部分围护结构传热系数限值，是分别针对体形系数等于030和035的住宅建筑，其耗热量指标均满足新标准规定要求，并按新标准规定的计算方法确定的。 这项规定的基本出发点是保证占绝大多数的采暖住宅建筑，其耗热量指标小于或等于新标准规定的数值；允许占极少数的采暖住宅建筑，其耗热量指标大于新标准规定的数值。这样，就能从总体上保证实现节能50这一目标。,五、对外墙传热系数应考虑周边热桥影响的规定 标准规定：围护结构的热桥部位应采取保温措施，以保证其内
22、表面温度不低于室内空气露点。 我国在计算上采用以下做法:外墙因受周边热桥影响，其平均传热系数按面积加权平均法求得。 即: K p外墙主体部位的传热系数(平均传热系数) KB1、KB2、KB3外墙周边热桥部位的传热系数 F p外墙主体部位的面积（m2） F p=房间开间层高梁、板、柱和外门窗面积 FB1、FB2、FB3外墙周边热桥部位的面积（m2） FB1、FB2、FB3=钢筋砼梁、板、柱各自的面积。 计算出来的传热系数应小于或等于民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）中规定的外墙传热系数限值。,六、关于窗墙面积比的规定标准规定：北向为0.25，东西向为0.30，南向为0.35。如窗墙面积比超
23、过上述规定值，节能设计中应调整外墙和屋顶等围护结构的传热系数，使建筑物的耗热量指标达到规定的要求。七、关于在严寒地区，建筑物周边直接接触土壤的外墙和地面应采取保温措施的规定 标准规定：采暖期室外平均温度低于-5.0的地区，建筑物外墙在室内地坪以下的垂直墙面以及周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。在室内地坪以下的垂直墙面，其传热系数不应超过规定的周边地面传热系数限值。在外墙周边从外墙内侧算起2.0m范围内，地面传热系数不应超过030W(m2K)。执行本条规定，相当于在垂直墙面外侧或内侧加50-70mm厚，以及从外墙内侧算起2.0m范围内，地面下部加铺70mm厚聚苯乙烯泡沫塑料等具有一定抗压强度
24、、吸湿性较小的保温层。,一、计算建筑物体形系数,例题 试计算三栋十层30m高，每层建筑面积同为600m2，不同平面形状建筑的体形系数。,建筑节能计算评价实例,计算结果比较：,若改为六层18m高时的结果比较：,结论：平面外形越紧凑，体形系数越小；层数越少，体形系数越大；增设架空层，体形系数随之扩大。,二、已知建筑布局、尺寸、朝向和构造，求建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标例题一 本题中，采暖建筑物没有采用节能措施。 本题涉及到： 1、建筑物耗热量指标计算，包括： 1）通过围护结构的传热耗热量指标计算 i.围护结构传热系数的修正系数（温差修正系数）取用（ JCJ26-95附录B） ii.建筑体积和换
25、气体积的应用 2）空气渗透耗热量指标计算 2、 计算采暖耗煤量指标 并通过计算进一步了解不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限制值 （ JCJ26-95 P8）和全国主要城镇采暖期建筑物建筑物耗热量、采暖耗煤量指标（ JCJ26-95附录A）,结果分析：由于建筑物没有采用节能措施，传热耗热量指标和采暖耗煤量指标均超过了附录二标准。 qH=31.82 W/m2 20.6 W/m2 不能满足传热耗热量指标要求； qc=25.09 kg/m2 12.4kg /m2 不能满足采暖耗煤量指标要求 由于建筑物没有采用节能措施，传热耗热量指标和采暖耗煤量指标均超过了附录二标准。 改进措施：加强外墙、屋
26、顶的保温结构、采用双层窗、增强门窗的气密性等。,例二 屋顶构造按KG卷材、涂膜建筑防水构造图 赣03ZJ207 55/24 ，上人有保温倒置式屋面。,1、屋顶构造：（隔离层、防水层、粘结层不计入）（1）面层：25厚地缸砖。（2）结合层：25厚水泥砂浆。（3）保温层：30厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）。（4）找平层：20厚水泥砂浆。（5）找坡层：80厚（平均）水泥膨胀珍珠岩。（6）结构层：100厚现浇钢筋混凝土板。（7）粉刷层：20厚水泥石灰砂浆。,2、热工计算参数：,3、热工计算：,R0=Ri+R+Re,（1）单一材料热阻、热惰性指标计算： 地缸砖： 水泥砂浆： 挤塑聚苯板：,水泥砂浆：
27、 水泥膨胀珍珠岩： 钢筋混凝土板： 水泥石灰砂浆：,（2）多层围护结构热阻计算： R=0.0166+0.0269+0.758+0.0215+0.333+0.0575+0.023 =1.237（3）传热阻计算： R0=Ri+R+Re=0.11+1.237+0.04=1.387（4）传热系数计算： =0.7210.8w/(m2k)， 满足规定性指标要求。,例题三 计算外墙平均传热系数。,1、外墙平均传热系数（Km）计算： K p外墙主体部位的传热系数。KB1、KB2、KB3外墙周边热桥部位的传热系数。F p外墙主体部位的面积（m2）。FB1、FB2、FB3外墙周边热桥部位的面积（m2）。,2、主体部位（墙体）传热系数计算：3、周边热桥（钢筋砼梁、板、柱）传热系数计算：,4、主体部分面积：F p=房间开间层高梁、板、柱和外门窗面积。5、周边热桥部分面积：FB1、FB2、FB3=钢筋砼梁、板、柱各自的面积。,
