外墻-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)研究

1、外墻外墻-玻璃窗玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)研究建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)研究中南大學(xué)中南大學(xué) 馬承銀馬承銀外墻外墻-玻璃窗建筑節(jié)能一體化玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)主題設(shè)計(jì)主題v圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能方法圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能方法v嚴(yán)寒地區(qū)：嚴(yán)寒地區(qū)：v 外墻保溫涂料外墻保溫涂料+高透型熱控中空玻璃窗高透型熱控中空玻璃窗v熱帶地區(qū)：熱帶地區(qū)：v 外墻反射隔熱涂料外墻反射隔熱涂料+遮陽型熱控中空玻璃窗遮陽型熱控中空玻璃窗 一、建筑節(jié)能對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求一、建筑節(jié)能對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求 我國南方與北方氣候相差很大，建筑節(jié)能對墻體與窗戶的要求我國南方與北方氣候相差很大，建筑節(jié)能對墻體與窗戶的要求也不也不 相同。節(jié)能設(shè)計(jì)的要求：相同。節(jié)能設(shè)

2、計(jì)的要求： 嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)：必須必須充分滿足冬季保溫充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱。要求，一般可不考慮夏季防熱。 寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)：應(yīng)滿足冬季保溫應(yīng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱兼顧夏季防熱。 夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)：必須滿足夏季防熱必須滿足夏季防熱要求。適當(dāng)要求。適當(dāng)兼顧冬季保溫兼顧冬季保溫。 夏熱冬暖地區(qū)夏熱冬暖地區(qū)：必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季 保溫。保溫。 溫和地區(qū)溫和地區(qū)：部分地區(qū)應(yīng)考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱。部分地區(qū)應(yīng)考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱。地區(qū)地區(qū)窗墻比窗墻比3層層4

3、-8層層大于大于9層層嚴(yán)寒嚴(yán)寒A外墻外墻0.20.40.5外窗外窗0.4-0.451.51.61.8寒冷寒冷A外墻外墻0.450.60.7外窗外窗0.4-0.51.82.02.3地區(qū)地區(qū)單位單位3層層4-8層層大于大于9層層嚴(yán)寒嚴(yán)寒A外墻外墻w/m2k0.20.40.5外墻總熱阻外墻總熱阻m2k/w52.5237#保溫層厚度保溫層厚度mm1737353寒冷寒冷A外墻外墻w/m2k0.450.60.7外墻總熱阻外墻總熱阻m2k/w2.21.71.437#保溫層厚度保溫層厚度mm904030表表1 嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)外墻與外窗傳熱系數(shù)嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)外墻與外窗傳熱系數(shù)表表2 嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)墻體嚴(yán)寒與寒冷

4、地區(qū)墻體PS板保溫層厚度板保溫層厚度 表表3 夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū) 墻與窗傳熱系數(shù)墻與窗傳熱系數(shù)v v v 表表4 夏熱冬冷地區(qū)地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)地區(qū) 墻體墻體PS板保溫層厚度板保溫層厚度地區(qū)地區(qū)單位單位D2.5D2.5夏熱冬冷夏熱冬冷 地區(qū)地區(qū)外墻外墻體形系數(shù)體形系數(shù)0.4w/m2k0.81.0外墻總熱阻外墻總熱阻m2k/w1.25124#保溫層厚度保溫層厚度mm3020地區(qū)地區(qū)體系系數(shù)體系系數(shù)單位單位D2.5D2.5夏熱冬冷夏熱冬冷地區(qū)地區(qū)外墻外墻0.4w/m2k0.81.0外窗外窗4.0-2.3外墻外墻0.41.01.5外窗外窗4.7-2.5 表表5 夏熱冬暖地區(qū)外墻與外窗的傳熱系數(shù)夏

5、熱冬暖地區(qū)外墻與外窗的傳熱系數(shù)單位單位D3.0D2.8D2.5夏熱冬暖夏熱冬暖 地區(qū)地區(qū)外墻外墻w/m2k2.0K2.51.5K2.00.7k1.5外窗外窗由遮陽系數(shù)確定由遮陽系數(shù)確定 不同地區(qū)的墻體與窗戶的傳熱系數(shù)要求不同地區(qū)的墻體與窗戶的傳熱系數(shù)要求v問題：問題： 外窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的短板；外窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的短板； 加厚外墻保溫層的厚度有限；加厚外墻保溫層的厚度有限； 外墻保溫層存在很多弊病。外墻保溫層存在很多弊病。有必要對外墻與外窗的節(jié)能一體化進(jìn)行研究。有必要對外墻與外窗的節(jié)能一體化進(jìn)行研究。外墻外墻w/m2k外窗外窗w/m2k保溫保溫PS厚度厚度mm嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)0.2-0.61.

6、6-1.8170-50寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)0.45-0.71.8-2.390-30夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)0.8-1.52.3-4.030-20夏熱冬暖地區(qū)夏熱冬暖地區(qū)2.5遮陽系數(shù)遮陽系數(shù)二、外墻保溫隔熱涂料二、外墻保溫隔熱涂料v1、傳熱基本理論、傳熱基本理論v 導(dǎo)熱：當(dāng)物體各部分之間導(dǎo)熱：當(dāng)物體各部分之間不發(fā)生相對位移不發(fā)生相對位移，依靠物質(zhì)的分子、，依靠物質(zhì)的分子、原子及自由電子等原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為導(dǎo)熱稱為導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)) 。v 對流：熱能在液體或氣體中從一處傳遞到另一處的過程。主對流：熱能在液體或氣體中從一處傳遞到另一處

7、的過程。主要是由于要是由于質(zhì)點(diǎn)位置的移動，使溫度趨于均勻質(zhì)點(diǎn)位置的移動，使溫度趨于均勻。v 輻射：自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度以上，輻射：自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度以上，都都以電磁波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量以電磁波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能，這種傳送能量的方式被稱為輻射。量的方式被稱為輻射。 2、傳熱與溫度的關(guān)系、傳熱與溫度的關(guān)系v導(dǎo)熱導(dǎo)熱v Q=KA（TT）與與溫差的溫差的1次方成正比次方成正比v對流傳熱對流傳熱vQA （TT）與與溫差的溫差的1次方成正比次方成正比v輻射傳熱輻射傳熱v Q=A（ T4T4）與與4次方溫差的成正比次方

8、溫差的成正比v在節(jié)能計(jì)算中，重視導(dǎo)熱、對流傳熱，輻射傳熱應(yīng)該重視。在節(jié)能計(jì)算中，重視導(dǎo)熱、對流傳熱，輻射傳熱應(yīng)該重視。3、輻射傳熱的應(yīng)用、輻射傳熱的應(yīng)用v3.1 工業(yè)窯爐高輻射率涂層耐火材料工業(yè)窯爐高輻射率涂層耐火材料v 增加爐膛內(nèi)耐火材料的輻射吸收率，根據(jù)輻射傳熱原理：增加爐膛內(nèi)耐火材料的輻射吸收率，根據(jù)輻射傳熱原理：輻輻射吸收率射吸收率=輻射發(fā)射率輻射發(fā)射率，增加爐壁發(fā)射率，增強(qiáng)爐輻射傳熱，提，增加爐壁發(fā)射率，增強(qiáng)爐輻射傳熱，提高熱效率。高熱效率。v 高溫輻射高溫輻射v （2）紅外線烤火爐）紅外線烤火爐v 中溫輻中溫輻v v （3）保暖內(nèi)衣）保暖內(nèi)衣v 常溫輻射常溫輻射 v輻射傳熱輻射傳熱

9、v v Q=A（ T4T4）與溫差的與溫差的4次次方成正比方成正比va 不變，夏天不變，夏天50、冬天、冬天-10，輻射傳熱相差，輻射傳熱相差2.3倍。倍。 v 夏天輻射散熱多，有利于降溫；夏天輻射散熱多，有利于降溫；v 冬天輻射散熱少，有利于保溫。冬天輻射散熱少，有利于保溫。vb 影響影響的因素的因素v 材料的種類材料的種類v 溫度溫度v 波長波長v 4、保溫隔熱涂料、保溫隔熱涂料v 反射隔熱涂料反射隔熱涂料是對太陽熱輻射有較高的反射率，同時又具有較是對太陽熱輻射有較高的反射率，同時又具有較高紅外輻射率，高紅外輻射率， 達(dá)到使輻射表面降溫，具有隔熱效果。達(dá)到使輻射表面降溫，具有隔熱效果。適用

10、于夏適用于夏季炎熱地區(qū)。季炎熱地區(qū)。 對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既要求隔熱效果好，也要求保溫效果好，才對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既要求隔熱效果好，也要求保溫效果好，才能在維持室內(nèi)環(huán)境溫度的同時，又節(jié)省建筑能耗。能在維持室內(nèi)環(huán)境溫度的同時，又節(jié)省建筑能耗。 隔熱保溫涂料隔熱保溫涂料是建筑節(jié)能的需要！是建筑節(jié)能的需要！ 0.2-0.3mm厚度的建筑涂料，具有保溫隔熱功能是否可能？厚度的建筑涂料，具有保溫隔熱功能是否可能？ （1）內(nèi)墻保溫涂料）內(nèi)墻保溫涂料v 功能：阻止室內(nèi)熱能向室外傳遞。功能：阻止室內(nèi)熱能向室外傳遞。v 室內(nèi)熱源：人體、家電、空調(diào)采暖的長波熱輻射。室內(nèi)熱源：人體、家電、空調(diào)采暖的長波熱輻射。v內(nèi)墻保溫

11、的原理內(nèi)墻保溫的原理v室內(nèi)長波輻射室內(nèi)長波輻射內(nèi)墻壁吸收與反射內(nèi)墻壁吸收與反射v內(nèi)墻壁熱輻射內(nèi)墻壁熱輻射 室內(nèi)溫度分布均勻室內(nèi)溫度分布均勻v減少室內(nèi)熱向墻外傳遞減少室內(nèi)熱向墻外傳遞v內(nèi)墻保溫涂料的設(shè)計(jì)原理內(nèi)墻保溫涂料的設(shè)計(jì)原理va 選擇常溫輻射材料選擇常溫輻射材料vb 選擇熱阻隔材料選擇熱阻隔材料（2）外墻保溫涂料）外墻保溫涂料 a、 溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)vC、外墻保溫涂料設(shè)計(jì)原理、外墻保溫涂料設(shè)計(jì)原理v1】外墻與外界熱交換（溫室效應(yīng)）】外墻與外界熱交換（溫室效應(yīng)）v外墻外表面向大氣層輻射能量；外墻外表面向大氣層輻射能量；v大氣層向地球表面輻射能量（大氣層向地球表面輻射能量（CO2和和H2O的紅外

12、輻射）；的紅外輻射）；v2 】設(shè)計(jì)原理】設(shè)計(jì)原理v調(diào)整涂料涂層的紅外輻射的波譜范圍，調(diào)整涂料涂層的紅外輻射的波譜范圍，v使之與大氣層的紅外輻射波譜相近，使之與大氣層的紅外輻射波譜相近，v則墻體吸收較多的大氣輻射能量，則墻體吸收較多的大氣輻射能量，v減少墻體的熱損失。減少墻體的熱損失。v5 保溫隔熱涂料的研究成果保溫隔熱涂料的研究成果v 經(jīng)過多家企業(yè)的研究與開發(fā)，研發(fā)了建筑內(nèi)外墻隔熱保溫涂經(jīng)過多家企業(yè)的研究與開發(fā)，研發(fā)了建筑內(nèi)外墻隔熱保溫涂料，并投入了實(shí)際料，并投入了實(shí)際 建筑工程應(yīng)用，取得了較好的節(jié)能效果。建筑工程應(yīng)用，取得了較好的節(jié)能效果。v v 隔熱保溫涂料涂布樣板工程經(jīng)過國家建筑檢測部門

13、多次測試，隔熱保溫涂料涂布樣板工程經(jīng)過國家建筑檢測部門多次測試，肯定了其保溫效果。定量的測試保溫效果的等效熱阻為肯定了其保溫效果。定量的測試保溫效果的等效熱阻為0.5-0.8 m2k/w。其保溫效果相當(dāng)于。其保溫效果相當(dāng)于20-30mm發(fā)泡發(fā)泡PS板。板。v 三三 熱控中空玻璃熱控中空玻璃v1、窗玻璃的應(yīng)用現(xiàn)狀、窗玻璃的應(yīng)用現(xiàn)狀現(xiàn)有玻璃不能滿足現(xiàn)有玻璃不能滿足 嚴(yán)寒地區(qū)要求。嚴(yán)寒地區(qū)要求。2、熱控中空玻璃、熱控中空玻璃組成組成 2片平板玻璃片平板玻璃 1片至多片熱控片片至多片熱控片 暖邊膠條暖邊膠條 惰性氣體惰性氣體 熱控中空玻璃關(guān)鍵技術(shù)熱控中空玻璃關(guān)鍵技術(shù) 熱控片熱控片 熱控片是在透明高分子

14、材熱控片是在透明高分子材 料中加入阻隔紅外輻射功能料中加入阻隔紅外輻射功能 材料成型得到。材料成型得到。 v熱控中空玻璃工作原理熱控中空玻璃工作原理v熱控中空玻璃的類型熱控中空玻璃的類型v高透型高透型v 可見光透過率高，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，有可見光透過率高，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，有較低的傳熱系數(shù)。較低的傳熱系數(shù)。v 適合冬季寒冷地區(qū)的保溫。適合冬季寒冷地區(qū)的保溫。v 遮陽型遮陽型v 可見光透過率適中，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，可見光透過率適中，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，有較小的遮陽系數(shù)。有較小的遮陽系數(shù)。v 適合夏季炎熱地區(qū)的隔熱。適合夏季炎熱地區(qū)的隔熱。熱控

15、中空玻璃的優(yōu)異特性熱控中空玻璃的優(yōu)異特性v 隔熱保溫隔熱保溫v 防止結(jié)露防止結(jié)露v 陽光控制陽光控制 v 高效屏蔽紫外線高效屏蔽紫外線 v 高效隔音高效隔音 v 高透光率高透光率 v 有效節(jié)省能源有效節(jié)省能源v 高度環(huán)保高度環(huán)保 熱控中空玻璃傳熱系數(shù)測試熱控中空玻璃傳熱系數(shù)測試 熱控中空玻璃經(jīng)過國家玻璃質(zhì)檢中心測試結(jié)果：熱控中空玻璃經(jīng)過國家玻璃質(zhì)檢中心測試結(jié)果： 和墻體一樣保溫的玻璃窗！和墻體一樣保溫的玻璃窗！四、墻體四、墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)v1、寒冷地區(qū)墻體、寒冷地區(qū)墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)v我國建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對墻的保溫性要求

16、高。我國建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對墻的保溫性要求高。v這樣導(dǎo)致墻體保溫層產(chǎn)生許多弊端。這樣導(dǎo)致墻體保溫層產(chǎn)生許多弊端。v v 如何改變墻體厚保溫層的現(xiàn)狀？如何改變墻體厚保溫層的現(xiàn)狀？v v1】 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路v外墻涂布保溫隔熱涂料，替代外墻保溫層；外墻涂布保溫隔熱涂料，替代外墻保溫層；v玻璃窗采用熱控中空玻璃，替代普通玻璃窗。玻璃窗采用熱控中空玻璃，替代普通玻璃窗。v玻璃窗需要的傳熱系數(shù)，按照墻體的實(shí)際熱阻確定。玻璃窗需要的傳熱系數(shù)，按照墻體的實(shí)際熱阻確定。v以嚴(yán)寒地區(qū)以嚴(yán)寒地區(qū)37#墻建筑為例，墻建筑為例，v 設(shè)計(jì)墻體設(shè)計(jì)墻體-玻璃窗節(jié)能一體化方案。玻璃窗節(jié)能一體化方案。 保溫涂料等效熱阻保溫涂料

17、等效熱阻0.64w/m2k,，37#墻體涂布后，傳熱系數(shù)下降。墻體涂布后，傳熱系數(shù)下降。2】設(shè)計(jì)過程】設(shè)計(jì)過程 墻體涂布保溫涂料后對玻璃的要求墻體涂布保溫涂料后對玻璃的要求 墻體涂布保溫涂料后，替代保溫層，墻體的傳熱系數(shù)增大，墻體涂布保溫涂料后，替代保溫層，墻體的傳熱系數(shù)增大， 相應(yīng)的只有減少玻璃窗的傳熱系數(shù)，才能滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。相應(yīng)的只有減少玻璃窗的傳熱系數(shù)，才能滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。改變設(shè)計(jì)后，玻璃窗的傳熱系數(shù)從改變設(shè)計(jì)后，玻璃窗的傳熱系數(shù)從1.5-2.w/m2k，減小到，減小到0.61-1.45wm2k。采用熱控玻璃可以滿足設(shè)計(jì)要求。采用熱控玻璃可以滿足設(shè)計(jì)要求。3】墻體】墻體-玻璃窗

18、節(jié)能一體化的優(yōu)越性玻璃窗節(jié)能一體化的優(yōu)越性 （1）給墻體減負(fù)，脫去大棉襖；）給墻體減負(fù)，脫去大棉襖； 沒有保溫層的墻體質(zhì)量問題，沒有保溫層的墻體質(zhì)量問題， 簡化保溫施工工序，降低施工成本，縮短工期，簡化保溫施工工序，降低施工成本，縮短工期， 更適合既有建筑節(jié)能改造更適合既有建筑節(jié)能改造 （2）實(shí)現(xiàn)玻璃窗與墻體一樣保溫；）實(shí)現(xiàn)玻璃窗與墻體一樣保溫； 減少窗戶的熱損失；減少窗戶的熱損失； 防止玻璃窗結(jié)露；防止玻璃窗結(jié)露； 玻璃窗隔音性高玻璃窗隔音性高 （3） 適合更高要求的節(jié)能建筑適合更高要求的節(jié)能建筑 陽光房、被動房、裝配式建筑陽光房、被動房、裝配式建筑 2、炎熱地區(qū)墻體、炎熱地區(qū)墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì)玻璃窗建筑節(jié)能一體化設(shè)計(jì) 炎熱地區(qū)的墻與窗的隔熱包括方面：隔絕太陽輻射熱、隔絕外炎熱地區(qū)的墻與窗的隔熱包括方面：隔絕太陽輻射熱、隔絕外界熱空氣的傳熱。界熱空氣的傳熱。 隔絕太陽輻射熱：反射隔熱原理（反射、輻射、遮陽）；隔絕太陽輻射熱：反射隔熱原理（反射、輻射、遮陽）； 隔絕外界熱空氣的傳熱：按照導(dǎo)熱機(jī)理（傳熱系數(shù)）。隔絕外界熱空氣的傳熱：按照導(dǎo)熱機(jī)理（傳熱系數(shù)）。 采用措施料采用措施料 墻體用反射隔熱涂涂布和減小墻體的傳熱系數(shù)；墻體用反射隔熱涂涂布和減小墻體的傳熱系數(shù)； 玻璃采用遮陽型熱