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1、围护结构节能设计的围护结构节能设计的 若干影响因素若干影响因素 董董 宏宏 中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院 2011年年04月月 建筑节能的影响因素 运行实测、模拟计算运行实测、模拟计算 建筑的能耗建筑的能耗 温度、湿度、风、温度、湿度、风、太阳辐射太阳辐射 室外气候室外气候建筑建筑 用途、平立面布置、朝向、体型系数、用途、平立面布置、朝向、体型系数、 窗墙比、构造做法、采暖空调系统窗墙比、构造做法、采暖空调系统 建筑节能工作的建筑节能工作的 主要内容主要内容 主要内容 室外气候室外气候 平均传热系数平均传热系数 窗墙面积比和遮阳系数窗墙面积比和遮阳系数 室外气候室外气候 建筑与气候 关
2、于建筑的起源关于建筑的起源 “构木为巢，以避群害” 韩非子 五蠹 “冬则居营窟，夏则居橧巢”礼记 建筑最原始的基本功能之一建筑最原始的基本功能之一 在外界环境与人之间提供一种屏蔽，给人以栖 身之处，提高人自身适应气候的能力。 建筑与气候 建筑用能与气候关系紧密建筑用能与气候关系紧密 我国地域辽阔，按照现行的气候分区指标，包括： 严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、 温和地区，共五个气候区，各地区的气候条件差别很 大。 气候是决定建筑能耗的主要因素之一。受气候差 异的影响，不同地区采暖与制冷的需求各有不同。 能够与当地气候相适应的建筑才是我们真正需要的建筑。能够与当地气候相适应的建筑
3、才是我们真正需要的建筑。 建筑热工分区建筑热工分区 建筑热工分区及节能设计标准建筑热工分区及节能设计标准 JGJ 26-2010: 2010年8月1日起施行 JGJ 134-2010: 2010年8月1日起施行 JGJ 75-2012: 2013年10月1日起施行 （修编完成） 居住建筑节能设计标准 GB 50189-2005: 2005年7月1日起施行 （修订中） 公共建筑节能设计标准 热工分区指标热工分区指标 区划名称 分区指标 设计要求 主要指标辅助指标 严寒地区 必须充分满足冬季保温要求， 一般可以不考虑夏季防热 寒冷地区 应满足冬季保温要求，部分 地区兼顾夏季防热 夏热冬冷地区 必须
4、满足夏季防热要求，适 当兼顾冬季保温 夏热冬暖地区 必须充分满足夏季防热要求， 一般可不考虑冬季保温 温和地区 部分地区应考虑冬季保温， 一般可不考虑夏季防热 严寒、寒冷地区二级区划指标严寒、寒冷地区二级区划指标 一年中最冷月的平均温度比较直接地反映一年中最冷月的平均温度比较直接地反映 了当地寒冷的程度，但是采暖的需求除了了当地寒冷的程度，但是采暖的需求除了 温度的高低这个因素外，还与低温持续的温度的高低这个因素外，还与低温持续的 时间长短有着密切的关系。时间长短有着密切的关系。 采暖度日数指标包含了冷的程度和持续冷采暖度日数指标包含了冷的程度和持续冷 的时间长度两个因素，用它作为分区指标的时
5、间长度两个因素，用它作为分区指标 更可能反映采暖需求的大小。更可能反映采暖需求的大小。 严寒、寒冷地区二级区划指标严寒、寒冷地区二级区划指标 气候子区气候子区分区依据分区依据 严寒地区严寒地区 （区）区） 严寒严寒(A)区区 严寒严寒(B)区区 严寒严寒(C)区区 6000 HDD18 5000 HDD18 6000 3800 HDD18 5000 寒冷地区寒冷地区 (区区) 寒冷寒冷(A)区区 寒冷寒冷(B)区区 2000 HDD18 3800， CDD26 90 2000 HDD18 90 0 节能用气象数据 节能计算用气象参数的缺乏节能计算用气象参数的缺乏 近年来已有一些国内外研究机构、
6、高校在中国的建 筑能耗分析用逐时气象资料方面作了大量研究工作， 得到了很多研究成果，其中也提供了可供动态能耗模 拟软件使用的逐时气象参数。 但至今仍然缺乏统一统一的、能与节能设计标准配套配套使 用的建筑节能气象资料。这已经成为阻碍建筑节能标 准实施的一个因素。 节能用气象数据 提供统一、准确、配套的建筑节能用气象提供统一、准确、配套的建筑节能用气象 数据数据 在按照节能设计标准对设计建筑进行节能计算时，以 标准的形式统一节能计算的基础条件，消除由于气象参数 取值的不同而带来的计算结果差异，使不同软件、设计机 构进行的节能计算结果具备可比性，便于进行方案比选、 设计优化等工作，从而进一步提高节能
7、设计质量，促进节 能设计标准的顺利执行。 规定统一、适用的气象数据统计计算方法规定统一、适用的气象数据统计计算方法 用于进一步对气象数据的扩展、补充、完善 节能用气象数据 基本参数 全国主要城镇的采暖度日数（HDD18）和空调 度日数（CDD26）表 共有31个省、自治区、直辖市的450个城镇 城镇省份 东经 （度） 北纬 （度） 海拔 （m） HDD18 （ d） CDD26 ( d) 北京北京116.2839.9355269994 天津天津117.1739.105274392 上海虹桥上海121.4331.1731540199 重庆沙坪坝重庆106.4729.582591089217 45
8、0城镇分布图 节能用气象数据 稳态计算用参数 严寒、寒冷地区计算采暖期室外气象参数表 共有21个省、自治区、直辖市的210个城镇 城镇 气候 区属 计算采暖期 天室外平均 温度() 不同朝向太阳总辐射(W/m2) 水平南向北向东向西向 直辖市直辖市 北京(B) 1140.1102 120 33 59 59 天津(B) 118-0.299 106 34 56 57 河北省河北省 石家庄(B)970.995 102 33 54 54 节能用气象数据 逐时气象参数 全国主要城镇典型气象年（TMY）数据 共有31个省、自治区、直辖市的450个城镇 节能用气象数据 数据的参考与引用 参考城镇表 共有24
9、个省、自治区、直辖市的164个城镇 目标城镇省份 东经 （度） 北纬 （度） 海拔 （m） 参考城镇 与参考地之 间球面距离 （km） 与参考地之 间海拔高差 （m） 海林黑龙江129.3844.57262.2牡丹江1720 宁安黑龙江129.4644.34272.4牡丹江2830 大庆黑龙江125.0146.60150.1安达340 龙井吉林129.4242.77242.4延吉1364 图们吉林129.8442.97141.0延吉3237 平均传热系数平均传热系数 有关概念 传热系数传热系数 在稳态条件下，围护结构两侧空气为单位温差 时，单位时间内通过单位面积传递的热量，符 号K，单位W/(
10、m2K)。 平均传热系数平均传热系数 考虑热桥影响后得到的传热系数值，符号Km， 单位W/(m2K)。 有关概念 热桥热桥 围护结构中局部的传热系数明显大于主体部位 的节点。 95标准中的计算方法 FB1 PF B2F FB3 B2K KB3 PK KPB1K ；个热桥部位的面积外墙周边第 ；外墙主体部位的面积 ；个热桥部位的传热系数外墙周边第 ；数外墙主体部位的传热系 ；外墙平均传热系数 )(i: )(: )/(i: )/(: )/(: 2 2 2 2 2 321 332211 mF mF KmWK KmWK KmWK FFFF FKFKFKFK K Bi P Bi p m BBBP BBB
11、BBBPP m 计算假设 一维传热一维传热 问题 一维计算结果二维计算结果相对误差 左图2.612.514.0% 右图1.911.3343.6% K值计算结果表W/( K) 面积加权方法有时会导出错误的结果面积加权方法有时会导出错误的结果 热桥对围护结构的影响热桥对围护结构的影响 热桥对围护结构的影响热桥对围护结构的影响 夹心保温墙热桥效应导致墙面结露、发霉（夹心保温墙热桥效应导致墙面结露、发霉（“长毛长毛”）”） “热桥”很难彻底根除，但必须通过节点构造的精热桥”很难彻底根除，但必须通过节点构造的精 心设计来抑制，至少不能引起内表面结露。心设计来抑制，至少不能引起内表面结露。 式中：Km 单
12、元墙体的平均传热系数 W/（m2 K）； K 单元墙体的主断面传热系数 W/（m2 K）； j 单元墙体上的第j个结构性热桥的线传热系数 W/（m K ）； lj 单元墙体第j个结构性热桥的计算长度（m）； A 单元墙体的面积（m2）。 A l KK jj m 基于的Km计算方法 式中：A 以热桥为一边的某一块矩形墙体的面积（m2）； l 热桥的长度（m），计算时通常取1 m； C 该块矩形另一条边的长度（m），即A =l C，一般情况 下 C 1 m； Q2D 流过该块墙体的热流（W），上角标2D表示二维传热 ； K 墙体主断面的传热系数 W/（m2 K）； tn 墙体室内侧的空气温度（K）
13、； te 墙体室外侧的空气温度（K）。 KC ttl Q ttl ttKA en D en en D )()( )(Q 22 线传热系数（）”的概念 ISO 10211-2:2001Thermal bridges in building construction - Calculation of heat flows and surface temperatures - Part 2: Linear thermal bridges S 单位温差下，通过单位长度热桥节点所增加的 热流 W/(m K) 值的大小，直观地反映了某种热桥对主体传 热系数的影响程度 D506080100120D50608
14、0100120D506080100120 0.430.440.470.480.50 0.100.100.110.120.130.610.630.660.680.70 D506080100120D506080100120D506080100120 0.090.100.100.110.110.130.140.140.150.160.670.680.700.710.72 D200 内 外 外 30 200 D 内 外 内 D200 30 内 200 D 外 内 D200 外 内 外 200 D 0.310.73 关键问题 通过热桥部位热流的计算 开发了二维传热的计算软件PTemp。 计算模型采用图形
15、化方式输入 二维传热计算 结果以图形或文字的方式输出 可进行节点结露验算，以图形方式输出节点中低于 露点温度的区域 项目概况 建设地点：北京 建筑类型：多层住宅 规划用地面积：22147.6 总建筑面积：77848.37 共9栋，486户，建筑面积：44014.25 外墙采用190mm厚混凝土空心砌块 项目特点 开发商的需求 考虑到现有外保温技术的缺点以及出于住宅体系创新 的需求，希望在项目外墙保温中采用内保温做法。 地方标准的要求 对采用内保温体系的居住建筑要求外墙平均传热系数 小于0.3W/(m2 K)，这一数值是外保温体系墙体平均传 热系数限值的一半。 矛盾 保温层厚度超过85mm（PU） 内表面仍然面临结露的风险 项目目标 减小保温材料厚度 消除结露风险 符合地方节能标准要求 工作内容 计算所有节点的值和内表面结露状况 线传热系数计算结果 工作内容 对节点构造做法进行优化 值与延伸长度关系 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0100200300400500600700800 保温层延伸长度 值 值 延伸段厚度与值关系 0 0.05 0.1 0
