建筑物理1-3章

1、第第1.31.3章章 建筑保溫建筑保溫 概述：概述：l我國民用建筑熱工設計規(guī)范我國民用建筑熱工設計規(guī)范GB50176-93GB50176-93按下列條件，將全國按下列條件，將全國劃分成五個劃分成五個建筑熱工設計分區(qū)：建筑熱工設計分區(qū)：l嚴寒區(qū)：嚴寒區(qū)：最冷月平均溫度最冷月平均溫度1010，日平均氣溫，日平均氣溫 5 5 的天數(shù)，的天數(shù)，在在145145天以上的地區(qū)；天以上的地區(qū)；l寒冷區(qū)：寒冷區(qū)：最冷月平均溫度最冷月平均溫度 0 010 10 ，日平均氣溫，日平均氣溫 5 5 的天的天數(shù)在數(shù)在9090145145天的地區(qū)；天的地區(qū)；l夏熱冬冷區(qū)：夏熱冬冷區(qū)：最冷月平均溫度最冷月平均溫度0 01

2、0 10 ，最熱月平均溫度，最熱月平均溫度25253030；l夏熱冬暖區(qū)：夏熱冬暖區(qū)：最冷月平均溫度大于最冷月平均溫度大于10 10 ，最熱月平均溫度，最熱月平均溫度25252929；日平均氣溫；日平均氣溫 25 25 的天數(shù)在的天數(shù)在100100200200天，夏季防熱、冬天，夏季防熱、冬季可不保溫；季可不保溫；l溫和地區(qū)：溫和地區(qū)：最冷月平均溫度最冷月平均溫度0 013 13 ，最熱月平均溫度，最熱月平均溫度18182525。日平均氣溫。日平均氣溫 5 5 的天數(shù)在的天數(shù)在0 09090天天1.3-11.3-1建筑保溫綜合處理的基本原則建筑保溫綜合處理的基本原則（保溫措施）（保溫措施）1

3、1、充分利用太陽能、充分利用太陽能： 日照對建筑保溫的重要意義：日照對建筑保溫的重要意義： ( 1 ) 太陽能能量密度高；太陽能能量密度高；（2）太陽能為清潔能源；）太陽能為清潔能源；（3）太陽能廉價；）太陽能廉價；（4）太陽能有利于人體健康；）太陽能有利于人體健康；（5）太陽能的利用非?，F(xiàn)實。）太陽能的利用非?，F(xiàn)實。2 2、防止冷風的不利影響、防止冷風的不利影響： 風對室內氣候的影響有兩方面：一是通過門窗口或其它風對室內氣候的影響有兩方面：一是通過門窗口或其它孔隙進入室內，形成冷風滲透；二是作用在圍護結構外表面孔隙進入室內，形成冷風滲透；二是作用在圍護結構外表面上，使對流換熱系數(shù)變大，增強外

4、表面的散熱量。上，使對流換熱系數(shù)變大，增強外表面的散熱量。 防止冷風的措施：應爭取不使大面積外表面朝向冬季主導防止冷風的措施：應爭取不使大面積外表面朝向冬季主導風向，當受條件限制不可避免時，也應在迎風面上盡量少開風向，當受條件限制不可避免時，也應在迎風面上盡量少開門窗或其它孔洞，嚴寒地區(qū)還應設置門斗。門窗或其它孔洞，嚴寒地區(qū)還應設置門斗。 另外，還要綜合考慮房間密閉性和透氣性的關系。另外，還要綜合考慮房間密閉性和透氣性的關系。Q=qTFl3 3、選擇合理的建筑體型、朝向、選擇合理的建筑體型、朝向l 建筑師處理體型與平面設計時，首先應考慮功能建筑師處理體型與平面設計時，首先應考慮功能要求，必須正

5、確處理體型，平面形式與保溫的關系；要求，必須正確處理體型，平面形式與保溫的關系；否則，不僅增加采暖費用，浪費能源，而且必然影響否則，不僅增加采暖費用，浪費能源，而且必然影響圍護結構的熱工質量。圍護結構的熱工質量。盡量減少表面積以減少熱量的散失，球形、圓形、方形、多邊形、多層。4 4、使房間具有良好的熱特性與合理的供熱系統(tǒng)：、使房間具有良好的熱特性與合理的供熱系統(tǒng)： 熱特性應適合使用要求。例如：全天使用的房間熱特性應適合使用要求。例如：全天使用的房間應有較大的熱穩(wěn)定性，以防止室外溫度下降或間斷供應有較大的熱穩(wěn)定性，以防止室外溫度下降或間斷供熱時，室溫波動太大；對于只白天使用或只有一段時熱時，室溫

6、波動太大；對于只白天使用或只有一段時間使用的房間，要求在開始供熱后，室溫能較快上升間使用的房間，要求在開始供熱后，室溫能較快上升到所需標準。到所需標準。 當室外氣溫晝夜波動，特別是寒潮期間連續(xù)降溫當室外氣溫晝夜波動，特別是寒潮期間連續(xù)降溫時，為使室內氣候能維持所需的標準，要有合理的供時，為使室內氣候能維持所需的標準，要有合理的供熱系統(tǒng)。熱系統(tǒng)。5 5、窗的設置和保溫、窗的設置和保溫 玻璃窗的熱阻遠小于其它圍護結構，是保溫玻璃窗的熱阻遠小于其它圍護結構，是保溫重點部位。重點部位。 （1 1）增加窗的層數(shù)；）增加窗的層數(shù)； （2 2）改善窗框和玻璃的傳熱性能。）改善窗框和玻璃的傳熱性能。6 6、熱

7、橋處理、熱橋處理建筑保溫條件薄弱的局部：墻轉角、圈梁、建筑保溫條件薄弱的局部：墻轉角、圈梁、窗過梁、檐口等處。窗過梁、檐口等處。1.3-2 圍護結構的保溫設計圍護結構的保溫設計一、對圍護結構的保溫要求一、對圍護結構的保溫要求二、低限熱阻的確定二、低限熱阻的確定三、絕熱材料三、絕熱材料四、圍護結構構造方案的選擇四、圍護結構構造方案的選擇l依據(jù)：依據(jù)：l民用建筑熱工設計規(guī)范民用建筑熱工設計規(guī)范GB50176-93l民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部分）分）JGJ26-95一、對圍護結構的保溫要求：一、對圍護結構的保溫要求： l就大量性工業(yè)和民用建筑，控制圍護結

8、構內表面溫度就大量性工業(yè)和民用建筑，控制圍護結構內表面溫度不低于室內露點溫度，以保證內表面不致結露是起碼不低于室內露點溫度，以保證內表面不致結露是起碼的要求。的要求。二、低限熱阻的確定：二、低限熱阻的確定： ARtttRieiminitl說明：說明： ：冬季室內計算溫度。民用建筑或其它以滿足：冬季室內計算溫度。民用建筑或其它以滿足 人體生理衛(wèi)生需要為主的房屋，按衛(wèi)生標準取值；人體生理衛(wèi)生需要為主的房屋，按衛(wèi)生標準取值； 工業(yè)廠房或有特殊要求的房間，按相應規(guī)范取值。工業(yè)廠房或有特殊要求的房間，按相應規(guī)范取值。 ：冬季室外計算溫度。為使同類采用不同熱穩(wěn)：冬季室外計算溫度。為使同類采用不同熱穩(wěn) 定性

9、圍護結構的房間的室內氣候狀況接近一致，不定性圍護結構的房間的室內氣候狀況接近一致，不 同結構應采用不同的室外計算溫度。同結構應采用不同的室外計算溫度。etl低限熱阻是一種技術標準，其確定方法應由國家規(guī)范低限熱阻是一種技術標準，其確定方法應由國家規(guī)范來規(guī)定?，F(xiàn)暫按下式確定：來規(guī)定?，F(xiàn)暫按下式確定：A ：考慮外表面位置的修正系數(shù)。由于計算低限熱阻公式：考慮外表面位置的修正系數(shù)。由于計算低限熱阻公式 中統(tǒng)一取當?shù)氐氖彝鈿鉁氐挠嬎阒?，這對外墻、屋頂?shù)戎苯又薪y(tǒng)一取當?shù)氐氖彝鈿鉁氐挠嬎阒?，這對外墻、屋頂?shù)戎苯?接觸大氣的圍護結構來說符合實際，但對那些不直接接觸室接觸大氣的圍護結構來說符合實際，但對那些不直

10、接接觸室 外空氣的結構來說則需要修正。如：頂棚的上部是悶頂空間外空氣的結構來說則需要修正。如：頂棚的上部是悶頂空間 ，其溫度比室外氣溫要高一些。見表，其溫度比室外氣溫要高一些。見表9-19-1 ：允許溫差。見表：允許溫差。見表9-29-2。使用質量要求較高的房間，。使用質量要求較高的房間， 小一些。相同的室內外氣候時，按較小的小一些。相同的室內外氣候時，按較小的 確定的確定的 大一些，即使用質量要求越高，圍護結構應有更大的保溫大一些，即使用質量要求越高，圍護結構應有更大的保溫 能力。能力。tttminR經濟熱阻經濟熱阻l按最小傳熱阻，節(jié)省建造費但增加采暖費；無限增加按最小傳熱阻，節(jié)省建造費但增

11、加采暖費；無限增加熱阻，節(jié)省采暖費但浪費建造費，存在最佳經濟熱阻。熱阻，節(jié)省采暖費但浪費建造費，存在最佳經濟熱阻。l世界發(fā)達國家外墻保溫標準逐漸提高。英國（氣候與世界發(fā)達國家外墻保溫標準逐漸提高。英國（氣候與上海相近）上海相近）1973年前外墻傳熱系數(shù)年前外墻傳熱系數(shù)1.6w/(m2k)，1974年后年后1.0w/(m2k) ，1982年后年后0.6w/(m2k) ，1988年后年后0.45w/(m2k)。與北京相近氣候的發(fā)達國家約為。與北京相近氣候的發(fā)達國家約為0.35w/(m2k)。我國北京為。我國北京為0.9w/(m2k)。l就北京地區(qū)來看，比如對于房屋圍護結構保溫就北京地區(qū)來看，比如對

12、于房屋圍護結構保溫隔熱性能進行比較。外墻的傳熱系數(shù)是隔熱性能進行比較。外墻的傳熱系數(shù)是1.2（W/K），外窗），外窗3.5，屋面是，屋面是0.7，跟它同處，跟它同處一個氣候帶的，比如柏林，外墻是一個氣候帶的，比如柏林，外墻是0.5，外窗，外窗是是1.5，屋面是，屋面是0.22。日本的北海道外墻是。日本的北海道外墻是0.4，外窗是外窗是2.3，屋面是，屋面是0.23，美國紐約，外墻是，美國紐約，外墻是0.4，外窗是，外窗是2.0，屋面是，屋面是0.19。也就是說普遍。也就是說普遍來看，我們的傳熱系數(shù)都比發(fā)達國家要高。直來看，我們的傳熱系數(shù)都比發(fā)達國家要高。直接反映出來就是房屋建筑圍護結構保溫隔熱

13、性接反映出來就是房屋建筑圍護結構保溫隔熱性能較差。能較差。l目前，建筑能源消耗已經占全國能源消耗總量目前，建筑能源消耗已經占全國能源消耗總量的的27.5%，民用建筑節(jié)能潛力巨大。，民用建筑節(jié)能潛力巨大。三、絕熱材料：三、絕熱材料： l絕熱材料：絕熱材料：指那些絕熱性能較好，即導熱系數(shù)較小的指那些絕熱性能較好，即導熱系數(shù)較小的 材料，材料，通常把導熱系數(shù)小于通常把導熱系數(shù)小于 0.25 并能用于絕熱工程的材料。并能用于絕熱工程的材料。 保溫材料：保溫材料：習慣上用于控制室內熱量外流的材料。習慣上用于控制室內熱量外流的材料。 隔熱材料：隔熱材料：防止室外熱量進入室內的材料。防止室外熱量進入室內的材

14、料。l導熱系數(shù)導熱系數(shù) 是絕熱材料最重要、最基本的熱物理指標。一定是絕熱材料最重要、最基本的熱物理指標。一定溫差下，導熱系數(shù)越小，通過一定厚度材料層的熱量越??；溫差下，導熱系數(shù)越小，通過一定厚度材料層的熱量越小；同樣，為控制一定熱流強度所需的材料層厚度也越小。同樣，為控制一定熱流強度所需的材料層厚度也越小。l影響導熱系數(shù)的因素影響導熱系數(shù)的因素很多，如密實性，內部孔隙的大小、很多，如密實性，內部孔隙的大小、數(shù)量、形狀，材料的濕度，材料骨架部分（固體部分）的數(shù)量、形狀，材料的濕度，材料骨架部分（固體部分）的化學性質，以及工作溫度等。常溫下，影響最大的因素是化學性質，以及工作溫度等。常溫下，影響最

15、大的因素是容重和濕度。容重和濕度。1 1。容重對導熱系數(shù)的影響。容重對導熱系數(shù)的影響 容重：單位體積材料的重量。容重：單位體積材料的重量。 孔隙率：材料中孔隙所占的體積與材料整體體積的百孔隙率：材料中孔隙所占的體積與材料整體體積的百 分比分比 容重能很好地表明材料孔隙率的大小，一般情況下，容容重能很好地表明材料孔隙率的大小，一般情況下，容重較小，孔隙率越大。重較小，孔隙率越大。)(3mkg0021100VVN 導熱系數(shù)隨孔隙率增加而減小，即容重越小，導導熱系數(shù)隨孔隙率增加而減小，即容重越小，導熱系數(shù)也越小。熱系數(shù)也越小。 但容重小到一定程度后，再加大孔隙率，則導熱但容重小到一定程度后，再加大孔

16、隙率，則導熱系數(shù)不僅不再降低，還會變大，存在有系數(shù)不僅不再降低，還會變大，存在有最佳容重最佳容重。例。例如圖如圖9-29-2。原因是：孔隙率太大，不僅意味著孔隙的數(shù)量增原因是：孔隙率太大，不僅意味著孔隙的數(shù)量增多，而且孔隙也必然增大。其結果，孔壁溫差變大，多，而且孔隙也必然增大。其結果，孔壁溫差變大，輻射傳熱量加大輻射傳熱量加大，同時，大孔隙內的對流傳熱也增多。，同時，大孔隙內的對流傳熱也增多。特別是由于材料骨架所剩無幾，使許多孔隙互相貫通，特別是由于材料骨架所剩無幾，使許多孔隙互相貫通，使使對流顯著增加對流顯著增加。2 2。濕度對導熱系數(shù)的影響。濕度對導熱系數(shù)的影響 重量濕度：指試樣中所含水

17、分的重量與絕干狀態(tài)下試樣重量濕度：指試樣中所含水分的重量與絕干狀態(tài)下試樣 重量的百分比重量的百分比 體積濕度：濕試樣中水分所占體積與整個試樣體積的百體積濕度：濕試樣中水分所占體積與整個試樣體積的百 分比分比 重量濕度和體積濕度的換算：重量濕度和體積濕度的換算： 00221100GGGwwv10000021100VVv 材料受潮后，導熱系數(shù)顯著增大。原因是由于孔隙中有材料受潮后，導熱系數(shù)顯著增大。原因是由于孔隙中有了水分后，附加了水蒸氣擴散的傳熱量，此外還增加了毛細了水分后，附加了水蒸氣擴散的傳熱量，此外還增加了毛細孔中的液態(tài)水分所傳導的熱量?？字械囊簯B(tài)水分所傳導的熱量。 一般情況下，水得導熱系

18、數(shù)約為一般情況下，水得導熱系數(shù)約為0.58，冰的導熱系數(shù)約，冰的導熱系數(shù)約為為2.33，都遠大于空氣的導熱系數(shù)，都遠大于空氣的導熱系數(shù)0.03。3 3。溫度對導熱系數(shù)的影響。溫度對導熱系數(shù)的影響 溫度愈高，導熱系數(shù)愈大。原因是當溫度增高時，分溫度愈高，導熱系數(shù)愈大。原因是當溫度增高時，分子熱運動加劇，此外，孔隙內的輻射換熱也增強。子熱運動加劇，此外，孔隙內的輻射換熱也增強。 熱流方向對導熱系數(shù)也有影響熱流方向對導熱系數(shù)也有影響 主要表現(xiàn)在各向異性材料，如木材、玻璃纖維等，當主要表現(xiàn)在各向異性材料，如木材、玻璃纖維等，當熱流平行纖維方向，導熱系數(shù)較大，當熱流方向垂直纖熱流平行纖維方向，導熱系數(shù)較

19、大，當熱流方向垂直纖維時，導熱系數(shù)較小。維時，導熱系數(shù)較小。l絕熱材料按材質構造分有：多孔的、板（塊）狀的和松絕熱材料按材質構造分有：多孔的、板（塊）狀的和松散狀的。散狀的。l從化學成分看有：從化學成分看有：無機材料無機材料，如膨脹礦渣、泡沫混凝土、，如膨脹礦渣、泡沫混凝土、加氣混凝土、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、浮石及浮石混凝加氣混凝土、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、浮石及浮石混凝土、硅酸鹽制品、礦棉、玻璃棉等；土、硅酸鹽制品、礦棉、玻璃棉等；有機材料有機材料，如軟木、，如軟木、木絲板、甘蔗板、稻殼等；木絲板、甘蔗板、稻殼等；各種泡沫塑料各種泡沫塑料；鋁箔鋁箔等反輻等反輻射性能好的材料。射性能好的材料。l

20、材料的選擇要結合建筑物的使用性質、構造方案、施工材料的選擇要結合建筑物的使用性質、構造方案、施工工藝、材料的來源以及經濟指標等因素，要按材料的熱工藝、材料的來源以及經濟指標等因素，要按材料的熱物理指標及有關的物理化學性質進行具體分析。物理指標及有關的物理化學性質進行具體分析。 絕熱材料的選擇：絕熱材料的選擇：三、圍護結構構造方案的選擇：三、圍護結構構造方案的選擇： 1 1、單設保溫層、單設保溫層 由導熱系數(shù)很小的材料作保溫層起主要保溫作用。由導熱系數(shù)很小的材料作保溫層起主要保溫作用。 保溫層不起承重作用，所以選擇的靈活性較大，不論是保溫層不起承重作用，所以選擇的靈活性較大，不論是板塊狀，纖維狀

21、以至松散顆粒狀材料均可應用。板塊狀，纖維狀以至松散顆粒狀材料均可應用。外粉墻磚砌體保溫層隔汽層內粉墻單設保溫層結構示例單設保溫層結構示例2 2、封閉空氣間層保溫、封閉空氣間層保溫 封閉的空氣層有良好的絕熱作用。封閉的空氣層有良好的絕熱作用。空心砌塊保溫與承重結合構造空心砌塊保溫與承重結合構造3 3、保溫與承重相結合、保溫與承重相結合 空心板、空心砌塊、輕質實心砌塊等，既能載重又能保溫?？招陌濉⒖招钠鰤K、輕質實心砌塊等，既能載重又能保溫。4 4、混合型構造、混合型構造 當單獨用某一種方式不能滿足保溫要求，或為達到保溫要當單獨用某一種方式不能滿足保溫要求，或為達到保溫要求而造成技術經濟上不合理時，

22、往往采用混合型保溫構造。求而造成技術經濟上不合理時，往往采用混合型保溫構造。例如既有實體保溫層，又有空氣層和承重層的外墻或屋頂結例如既有實體保溫層，又有空氣層和承重層的外墻或屋頂結構。構。如圖是一個如圖是一個20200 0C C的恒溫車間外墻構造。的恒溫車間外墻構造。123765841 1混凝土；混凝土；2 2粘結劑；粘結劑；3 3聚氨脂泡沫塑料；聚氨脂泡沫塑料；4 4木纖維板；木纖維板；5 5塑料薄膜；塑料薄膜；6 6鋁箔紙板；鋁箔紙板；7 7空氣間層；空氣間層；8 8膠合板涂油漆膠合板涂油漆保溫層在承重層外側的優(yōu)點：保溫層在承重層外側的優(yōu)點： 1 1、使墻或屋頂?shù)闹饕糠质艿奖Ｗo，大大降低

23、溫度應力、使墻或屋頂?shù)闹饕糠质艿奖Ｗo，大大降低溫度應力的起伏，提高結構的耐久性。的起伏，提高結構的耐久性。如圖如圖9-59-5。 此外，外保溫對減少防水層的破壞，也是有利的。此外，外保溫對減少防水層的破壞，也是有利的。 2 2、由于承重層材料的熱容量一般都遠比保溫層大，所、由于承重層材料的熱容量一般都遠比保溫層大，所以這種布置方式對房間熱穩(wěn)定性有利。以這種布置方式對房間熱穩(wěn)定性有利。當供熱不均勻時可當供熱不均勻時可保證圍護結構內表面的溫度不致急劇下降，從而使室溫不保證圍護結構內表面的溫度不致急劇下降，從而使室溫不致很快下降。致很快下降。 3 3、保溫層放在外側時，將減少保溫層內部產生水蒸氣、

24、保溫層放在外側時，將減少保溫層內部產生水蒸氣凝結的可能性。凝結的可能性。 4 4、舊房改造，、舊房改造，特別是為了節(jié)能而加強舊房的保溫型性特別是為了節(jié)能而加強舊房的保溫型性時，外保溫處理效果最好。時，外保溫處理效果最好。 倒鋪屋面倒鋪屋面：即防水層不設在保溫層上邊，而是倒過來：即防水層不設在保溫層上邊，而是倒過來設在保溫層底下。國外稱設在保溫層底下。國外稱“Upside Down”Upside Down”構造法，簡稱構造法，簡稱USD USD 構造，如圖。構造，如圖。結構層結構層覆蓋層覆蓋層保溫層保溫層防水層防水層USD 構造方法示例構造方法示例1.3-3 傳熱異常部位的設計要點傳熱異常部位的

25、設計要點一、地板保溫設計的特點一、地板保溫設計的特點二、窗戶保溫二、窗戶保溫三、熱橋三、熱橋四、其它傳熱異常部位保溫四、其它傳熱異常部位保溫一、地板保溫設計的特點：一、地板保溫設計的特點： 1 1。人腳與地板直接接觸傳熱。人腳與地板直接接觸傳熱 以木地面和水磨石兩種地面為例，既是它們的表面溫度完以木地面和水磨石兩種地面為例，既是它們的表面溫度完全相同，但若赤腳站在水磨石地面上，就比站在木地面上涼全相同，但若赤腳站在水磨石地面上，就比站在木地面上涼得多。這是因為兩者的吸熱指數(shù)得多。這是因為兩者的吸熱指數(shù) B B 不同造成的。不同造成的。木地面木地面: :B=10.5B=10.5水磨石水磨石: :B=26.8B=26.82.2.沿外墻周邊局部保溫處理沿外墻周邊局部保溫處理 越靠近外墻，地板表面溫度越低，單位面積的熱越靠近外墻，地板表面溫度越低，單位面積的熱損失越多。如圖為一采暖房屋地面及地板下土壤中損失越多。如圖為一采暖房屋地面及地板下土壤中的溫度分布。為改善外墻周邊地板的熱工狀況，可的溫度分布。為改善外墻周邊地板的熱工狀況，可采用圖示的局部保溫措施。采用圖示的局部保溫措施。二、窗戶保溫：二、窗戶保溫： l窗戶保溫性能低的原因，主要是縫隙透氣；玻璃、窗框窗戶保溫性能低