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1、第一篇、建筑热工学,建筑保温设计,任务二 外围护结构的保温设计之一 概述,我国民用建筑热工设计规范GB50176-93按下列条件，将全国划分成五个建筑热工设计分区： 严寒区：最冷月平均温度10，日平均气温 5 的天数，在145天以上的地区； 寒冷区：最冷月平均温度 010 ，日平均气温 5 的天数在90145天的地区； 夏热冬冷区：最冷月平均温度010 ，最热月平均温度2530； 夏热冬暖区：最冷月平均温度大于10 ，最热月平均温度2529；日平均气温 25 的天数在100200天，夏季防热、冬季可不保温； 温和地区：最冷月平均温度013 ，最热月平均温度1825。日平均气温 5 的天数在09
2、0天,第一节、室内热环境之三 中国建筑热工分区与改善室内热环境的途径,严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷区,夏热冬暖区,温和地区,寒冷地区,严寒地区,寒冷地区,严寒地区,任务二 外围护结构的保温设计之二 保温措施,1、充分利用太阳能：,日照对建筑保温的重要意义：（1）太阳能能量密度；（2）太阳能为清洁能源；（3）太阳能廉价；（4）太阳能有利于人体健康；（5）太阳能的利用非常现实。,被动式太阳能采暖系统 （a）直接受益式（b,c）集热蓄热墙式（d）附加阳光间式（e）屋顶池式（f）对流环路式,任务二 外围护结构的保温设计之二 保温措施,2、防止冷风的不利影响：,风对室内气候的影响有两方面：一是通过门窗口
3、或其它孔隙进入室内，形成冷风渗透；二是作用在围护结构外表面上，使对流换热系数变大，增强外表面的散热量。,防止冷风的措施：应争取不使大面积外表面朝向冬季主导风向，当受条件限制不可避免时，也应在迎风面上尽量少开门窗或其它孔洞，严寒地区还应设置门斗。,另外，还要综合考虑房间密闭性和透气性的关系。,3、选择合理的建筑体型、朝向,建筑师处理体型与平面设计时，首先应考虑功能要求，必须正确处理体型，平面形式与保温的关系；否则，不仅增加采暖费用，浪费能源，而且必然影响围护结构的热工质量。,注：尽量减少表面积以减少热量的散失，球形、圆形、方形、多边形、多层。,任务二 外围护结构的保温设计之二 保温措施,4、使房
4、间具有良好的热特性与合理的供热系统：,热特性应适合使用要求。例如：全天使用的房间应有较大的热稳定性，以防止室外温度下降或间断供热时，室温波动太大；对于只白天使用或只有一段时间使用的房间，要求在开始供热后，室温能较快上升到所需标准。 当室外气温昼夜波动，特别是寒潮期间连续降温时，为使室内气候能维持所需的标准，要有合理的供热系统。,玻璃窗的热阻远小于其它维护结构，是保温重点部位。 （1）增加窗的层数； （2）改善窗框和玻璃的传热性能。,5、窗的设置和保温,6、热桥处理,建筑保温条件薄弱的局部：墙转角、圈梁、窗过梁、檐口等处。,任务二 外围护结构的保温设计之一 对围护结构的保温要求,围护结构对室内气
5、候的影响，主要是通过内表面温度体现的。内表面温度过低，不仅影响人体健康，还会出现表面结露，严重影响卫生，加重结构潮湿状况，降低结构耐久性。,工业和民用建筑，控制围护结构内表面温度不低于室内露点温度，以保证内表面不致结露是起码的要求。,任务二 外围护结构的保温设计之二 低限热阻的确定,说明：,低限热阻（最小总热阻）是一种技术标准，其确定方法应由国家规范来规定。现暂按下式确定：, n：考虑外表面位置的修正系数。由于计算低限热阻公式中统一取当地的室外气温的计算值，这对外墙、屋顶等直接接触大气的围护结构来说符合实际，但对那些不直接接触室外空气的结构来说则需要修正。如：顶棚的上部是闷顶空间，其温度比室外
6、气温要高一些。见表9-1,任务二 外围护结构的保温设计,建筑设计要求围护结构热阻大于最小总热阻，对于轻质外墙，并在最小总热阻基础上附加，见表1.8,任务二 外围护结构的保温设计之二 低限热阻的确定,按最小传热阻，节省建造费但增加采暖费；无限增加热阻，节省采暖费但浪费建造费，存在最佳经济热阻。,经济热阻,世界发达国家外墙保温标准逐渐提高。,以英国（气候与上海相近）为例：其外墙传热系数 1973年前1.6w/(m2k) 1974年后1.0w/(m2k) 1982年后0.6w/(m2k) 1988年后0.45w/(m2k),与北京相近气候的发达国家约为0.35w/(m2k)。我国北京为0.9w/(m
7、2k)。,任务二 外围护结构的保温设计之三 绝热材料,绝热材料：指那些绝热性能较好，即导热系数较小的材料，通常把导热系数小于 0.25 并能用于绝热工程的材料。,导热系数：是绝热材料最重要、最基本的热物理指标。一定温差下，导热系数越小，通过一定厚度材料层的热量越小；同样，为控制一定热流强度所需的材料层厚度也越小。,影响导热系数的因素很多，如密实性，内部孔隙的大小、数量、形状，材料的湿度，材料骨架部分（固体部分）的化学性质，以及工作温度等。常温下，影响最大的因素是容重和湿度。,保温材料：习惯上用于控制室内热量外流的材料。,隔热材料：防止室外热量进入室内的材料。,任务二 外围护结构的保温设计之三
8、绝热材料,容重能很好地表明材料孔隙率的大小，一般情况下，容重较小，孔隙率越大。,导热系数随孔隙率增加而减小，即容重越小，导热系数也越小。 但容重小到一定程度后，再加大孔隙率，则导热系数不仅不再降低，还会变大，存在有最佳容重。如右图（玻璃棉导热系数与密度的关系）。,原因是：孔隙率太大，不仅意味着孔隙的数量增多，而且孔隙也必然增大。其结果，孔壁温差变大，辐射传热量加大，同时，大孔隙内的对流传热也增多。特别是由于材料骨架所剩无几，使许多孔隙互相贯通，使对流显著增加。,任务二 外围护结构的保温设计之三 绝热材料,2、湿度对导热系数的影响,重量湿度：指试样中所含水分的重量与绝干状态下试样重量的百分比,体
9、积湿度：湿试样中水分所占体积与整个试样体积的百分比,重量湿度和体积湿度的换算：,材料受潮后，导热系数显著增大。原因是由于孔隙中有了水分后，附加了水蒸气扩散的传热量，此外还增加了毛细孔中的液态水分所传导的热量。 一般情况下，水的导热系数约为0.58，冰的导热系数约为2.33，都远大于空气的导热系数0.03。,任务二 外围护结构的保温设计之三 绝热材料,3、温度对导热系数的影响 温度愈高，导热系数愈大。原因是当温度增高时，分子热运动加剧，此外，孔隙内的辐射换热也增强。 热流方向对导热系数也有影响 主要表现在各向异性材料，如木材、玻璃纤维等，当热流平行纤维方向，导热系数较大，当热流方向垂直纤维时，导
10、热系数较小。,绝热材料按材质构造分有：多孔的、板（块）状的和松散状的。,从化学成分看有：无机材料，如膨胀矿渣、泡沫混凝土、加气混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石及浮石混凝土、硅酸盐制品、矿棉、玻璃棉等；有机材料，如软木、木丝板、甘蔗板、稻壳等；各种泡沫塑料；铝箔等反辐射性能好的材料。,材料的选择要结合建筑物的使用性质、构造方案、施工工艺、材料的来源以及经济指标等因素，要按材料的热物理指标及有关的物理化学性质进行具体分析。,4、绝热材料的选择：,任务二 外围护结构的保温设计之四 围护结构构造方案的选择,1、单设保温层 由导热系数很小的材料作保温层起主要保温作用。 保温层不起承重作用，所以选择的灵
11、活性较大，不论是板块状，纤维状以至松散颗粒状材料均可应用。,2、封闭空气间层保温 封闭的空气层有良好的绝热作用。,3、保温与承重相结合 空心板、空心砌块、轻质实心砌块等，既能载重又能保温。,任务二 外围护结构的保温设计之四 围护结构构造方案的选择,4、混合型构造 当单独用某一种方式不能满足保温要求，或为达到保温要求而造成技术经济上不合理时，往往采用混合型保温构造。例如既有实体保温层，又有空气层和承重层的外墙或屋顶结构。如图是一个200C的恒温车间外墙构造。,1混凝土； 2粘结剂； 3聚氨脂泡沫塑料； 4木纤维板； 5塑料薄膜； 6铝箔纸板； 7空气间层； 8胶合板涂油漆,保温材料位置,内保温影
12、剧院，体育馆等间歇使用，要求快速升温的场所。 外保温热稳定性好。 夹层保温容易受潮，影响内饰。,任务二 外围护结构的保温设计之四 围护结构构造方案的选择,保温层在承重层外侧的优点： 1、使墙或屋顶的主要部分受到保护，大大降低温度应力的起伏，提高结构的耐久性。如下图所示。 此外，外保温对减少防水层的破坏，也是有利的。,2、由于承重层材料的热容量一般都远比保温层大，所以这种布置方式对房间热稳定性有利。当供热不均匀时可保证围护结构内表面的温度不致急剧下降，从而使室温不致很快下降。,3、保温层放在外侧时，将减少保温层内部产生水蒸气凝结的可能性。,4、旧房改造，特别是为了节能而加强旧房的保温型性时，外保
13、温处理效果最好。,任务二 外围护结构的保温设计之四 围护结构构造方案的选择,倒铺屋面：即防水层不设在保温层上边，而是倒过来设在保温层底下。国外称“Upside Down”构造法，简称USD 构造，如下图所示。,任务三 传热异常部位的保温措施之一 地板保温设计的特点,1、人脚与地板直接接触传热 以木地面和水磨石两种地面为例，既是它们的表面温度完全相同，但若赤脚站在水磨石地面上，就比站在木地面上凉得多。这是因为两者的吸热指数 B 不同造成的。,木地面:B=10.5；水磨石:B=26.8,2、沿外墙周边局部保温处理 越靠近外墙，地板表面温度越低，单位面积的热损失越多。如图为一采暖房屋地面及地板下土壤
14、中的温度分布。,任务三 传热异常部位的保温措施之一 地板保温设计的特点,2、沿外墙周边局部保温处理 为改善外墙周边地板的热工状况，可采用图示的局部保温措施。,地板的局部保温措施,任务三 传热异常部位的保温措施之二 窗户保温设计的特点,窗户保温性能低的原因，主要是缝隙透气；玻璃、窗框 和窗樘等的热阻太小。下表是常用的各类窗户的总传热系数和总传热阻的值。,窗户是保温能力最差的部件。 玻璃窗不仅创热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，形成“辐射吹风感”，严重影响室内热环境的舒适。,任务三 传热异常部位的保温措施之二 窗户保温设计的特点,针对我国目前的情况，应从以下几方面来改善窗的保温性能：,1、控制窗墙面积比 窗墙面积比窗户洞口面积外墙表面积,2、提高气密性，减少冷风渗透 ）密封条 ）减压槽,3、提高窗户的保温能力 具体做法为： ）改善窗框
