1-3建筑節(jié)能課程

建筑節(jié)能技術(shù)江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

學(xué)習(xí)單元一

建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展主講教師張洪波學(xué)習(xí)單元一

建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展第三講建筑節(jié)能計(jì)算初步主要內(nèi)容1建筑節(jié)能計(jì)算基礎(chǔ)2體形系數(shù)計(jì)算3窗墻面積比計(jì)算4傳熱系數(shù)K計(jì)算1建筑節(jié)能計(jì)算基礎(chǔ)1）建筑節(jié)能計(jì)算范圍

建筑節(jié)能計(jì)算具體范圍表一序號(hào)位置具體內(nèi)容1屋面屋面?zhèn)鳠彷^快2外墻墻體(承重、非承重）、熱橋3樓梯間隔墻采暖空間與非采暖空間4戶門包括陽(yáng)臺(tái)門上的透明部分5窗戶建筑熱或冷散失的薄弱環(huán)節(jié)6陽(yáng)臺(tái)門下部芯板7地面周邊和非周邊地區(qū)2）居住建筑建筑節(jié)能計(jì)算內(nèi)容

建筑節(jié)能計(jì)算是指外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能參數(shù)的計(jì)算，其主要包括：

體形系數(shù)、窗墻面積比、傳熱系數(shù)(K)和熱惰性指標(biāo)(D)以及遮陽(yáng)系數(shù)建筑節(jié)能技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表二設(shè)計(jì)內(nèi)容規(guī)定性指標(biāo)體形系數(shù)條式建筑≤0.35點(diǎn)式建筑≤0.40屋頂傳熱系數(shù)K≤1.0D≥3.0K≤0.8D≥2.5外墻傳熱系數(shù)K≤1.5D≥3.0K≤1.0D≥2.5外窗及陽(yáng)臺(tái)門透明部分窗墻面積比北向≤0.45東向無(wú)外遮陽(yáng)≤0.30有外遮陽(yáng)≤0.50西向南向≤0.50氣密性等級(jí)1-6層≥Ⅲ級(jí)≥7層≥Ⅱ級(jí)架空樓板K≤1.5分戶墻K≤2.0樓板K≤2.0戶門K≤3.02體型系數(shù)計(jì)算1）體形系數(shù)計(jì)算公式建筑物體形系數(shù)(S)為建筑物與室外大氣接觸的外表面積(Fe)和外表面所包圍體積(Ve)之比值。S=Fe/Ve

注：體積小、體形復(fù)雜的建筑以及平房和低層建筑，體形系數(shù)較大，對(duì)節(jié)能不利；

體積大、體形簡(jiǎn)單的建筑以及多層和高層建筑，體形系數(shù)較小，對(duì)節(jié)能較為有利。2）建筑物外墻面積和體積

建筑外墻面面積應(yīng)按各層外墻外包線圍成的面積總和計(jì)算。建筑物外表面積應(yīng)按墻面面積、屋頂面積和下表面直接接觸室外空氣的樓板(外挑樓板、架空層頂板)面積的總面積計(jì)算，不包括地面面積，不扣除外門窗面積。

建筑體積應(yīng)按建筑物外表面和底層地面圍成的體積計(jì)算。3）規(guī)定性指標(biāo)對(duì)體形系數(shù)的要求體形系數(shù)規(guī)定指標(biāo)要求表三建筑類別條式建筑點(diǎn)式建筑居住建筑≤0.35≤0.4公共建筑嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)≤0.4;其他地區(qū)無(wú)要求4)

體型系數(shù)計(jì)算實(shí)例已知有三棟建筑，10層30m高，每層建筑面積均為600m2計(jì)算不同平面形狀建筑的體形系數(shù)。若三棟建筑樓層變更為6層18m高時(shí)，其體形系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如何；由10層和6層的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可得出什么結(jié)論？圖一不同平面形狀的具體尺寸棟號(hào)架空層外圍護(hù)面積Fe(m2)體積Ve(m3)體形系數(shù)S=Fe/VeA無(wú)98m×30m+600m2=354025m×24m×30m=180003540/18000=0.197有98m×30m+600m2×2=4140180004140/18000=0.23B無(wú)110m×30m+600m2=390040m×15m×30m=180003900/18000=0.217有110m×30m+600m2×2=4500180004500/18000=0.25C無(wú)140m×30m+600m2=4800(30×10m+lOm×15m×2)×30m=180004800/18000=0.267有140m×30m+600m2×2=5400600m2X2=5400180005400/18000=0.30

10層建筑30m高體形系數(shù)計(jì)算表表四6層建筑18m高體形系數(shù)計(jì)算表表五棟號(hào)架空層外圍護(hù)面積Fe(m2)體積Ve(m3)體形系數(shù)S=Fe/VeA無(wú)98m×18m+600m2=236425m×24m×18m=108002364/10800=0.22有98m×18m+600m2×2=2964108002964/10800=0.27B無(wú)110m×18m+600m2=258040m×15m×18m=108002580/10800=0.24有110m×18m+600m2×2=3180108003180/10800=0.29C無(wú)140m×18m+600m2=3120(30m×lOm+lOm×15m×2)×18m=108003120/10800=0.29有140m×18m+600m2×2=3720108003720/10800=0.34

計(jì)算分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)：平面外形越緊湊，體形系數(shù)越小，節(jié)能效果越好；層數(shù)越少，體形系數(shù)越大，節(jié)能效果相對(duì)較差；增設(shè)架空層，體形系數(shù)隨之?dāng)U大，節(jié)能效果降低?？偨Y(jié)：（1）建筑長(zhǎng)寬比應(yīng)適宜。（2）增加建筑層數(shù)，多分?jǐn)偽菝婊?/p>

架空樓板面積

（3）建筑體形不宜變化過(guò)多，立面不宜太復(fù)雜，造型宜簡(jiǎn)練。1）窗墻面積比計(jì)算公式

窗墻面積比是指窗戶洞口面積與房間立面單元面積的比值

——同一朝向的外窗(含透明幕墻)及陽(yáng)臺(tái)門透明部分洞口總面積(m2);——同一朝向外墻總面積(含該外墻上的外門窗的總面積)(m2)。3窗墻面積比計(jì)算2）平均窗墻面積比指建筑某一相同朝向的外墻面上的窗及陽(yáng)臺(tái)門透明部分的總面積與該朝向外墻面的總面積(包括外墻中窗和門面積）比。3）窗墻面積比計(jì)算實(shí)例已知杭州某辦公建筑，其建筑南面為(4m，8個(gè)開(kāi)間房屋）32m，層高3m，4層，每層設(shè)窗(3m×1.5m)各8個(gè)，求此建筑南面的平均窗墻比。建筑南面的平均窗墻比應(yīng)為：

研究表明，在寒冷地區(qū)，即使是南向窗戶太陽(yáng)輻射得熱，窗墻面積比增大，建筑采暖能耗也會(huì)隨之增加，對(duì)節(jié)能不利，其他朝向窗戶過(guò)大，對(duì)節(jié)能更為不利。在夏季空調(diào)建筑中，空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷是隨著窗墻面積比的增大而增加。窗墻面積比50%的房間，與窗墻面積比30%的房間相比，空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷要增加17%~25%。窗墻面積比越大，采暖、空調(diào)的能耗也越大。從節(jié)能角度出發(fā)，應(yīng)

限制窗墻面積比。一般情況，應(yīng)以滿足室內(nèi)采光要求作為窗墻面積比的確定原則。

1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的計(jì)算（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻定義：表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身或其中某層材料阻抗傳熱能力的物理量。（2）單層結(jié)構(gòu)熱阻，其計(jì)算公式:式中δj——材料層厚度，mλj——材料計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)。

4傳熱系數(shù)計(jì)算1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的計(jì)算（3）多層結(jié)構(gòu)熱阻，其熱阻計(jì)算公式如下:式中R1、R2、…Rn——各層材料熱阻(m2?K/W),δ1、δ2、…δn——各層材料厚度(m);λ1、λ2、…λn——各層材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/m?K)。2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱阻的計(jì)算圖二表征結(jié)構(gòu)

表征結(jié)構(gòu)(包括兩側(cè)空氣邊界層)阻抗傳熱能力的物理量，其計(jì)算公式

式中∑R——圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料熱阻總和。Ri,Re——內(nèi)、外表面換熱阻，見(jiàn)表六。內(nèi)外表面換熱阻和內(nèi)外表面換熱系數(shù)表六內(nèi)表面換熱系數(shù)αiW/m2?K圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與室內(nèi)空氣溫差為1℃，lh內(nèi)通過(guò)lm2界面面積傳遞的熱量?jī)?nèi)表面換熱阻Rim2?K/W內(nèi)表面換熱系數(shù)的倒數(shù)。Ri=1/αi外表面換熱系數(shù)αeW/m2?K圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與室外空氣溫差為1℃，lh內(nèi)通過(guò)lm2界面面積傳遞的熱量外表面換熱阻Rem2?K/W外表面換熱系數(shù)的倒數(shù)。Re=1/αe通常情況下，Ri=0.ll(m2?K)/WRe=0.04m2?K/W(冬季)或0.05m2?K/W(夏季)3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)為總傳熱阻的倒數(shù)，其計(jì)算公式如下

式中∑R——圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料熱阻總和(m2?K/W)；Ri,Re——內(nèi)、外表面換熱阻，(m2?K/W)；R0——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻(m2?K/W)。例1：以490mm厚黏土實(shí)心磚墻為例，如圖三所示。已知：Ri=0.11Re=0.04,δ1=0.02,λ1=0.87δ2=0.49,λ2=0.81，δ3=0.02,λ3=0.93，試計(jì)算其傳熱系數(shù)圖三多層實(shí)心黏土墻問(wèn)題分析：首先求出單一熱阻，然后計(jì)算傳熱總熱阻，再根據(jù)傳熱系數(shù)公式得出傳熱系數(shù)。R1=0.02/0.87=0.023(m2.K/W)R2=0.49/0.81=0.605(m2?K/W)R3=0.02/0.93=0.022(m2?K/W)R0=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.023+0.605+0.022+0.04=0.80(m2?K/W)KP=l/R0=l/0.8=1.25(W/m2.K)4）外墻平均傳熱系數(shù)外墻包括主體部位和周邊熱橋（構(gòu)造柱、圈梁以及樓板伸入外墻部分等）部位在內(nèi)的傳熱系數(shù)平均值。按外墻各部位（不包括門窗）的傳熱系數(shù)對(duì)其面積的加權(quán)平均計(jì)算求得。式中KP—外墻主體部位的傳熱系數(shù);FP—外墻主體部位的面積(m2)；KB1,KB2,KB3—外墻周邊熱橋部位的傳熱系數(shù);FB1,FB2,FB3—外墻周邊熱橋部位的面積(m2)例2：現(xiàn)假設(shè)以杭州地區(qū)370mm厚黏土實(shí)心磚墻外貼60mm厚EPS板的住宅外墻為例，計(jì)算其外墻的平均傳熱系數(shù)。已知：房間開(kāi)間3.6m，層高2.8m，窗戶2.lm×1.5m;樓板厚度為120mm，伸入墻內(nèi)240mm，L形過(guò)梁長(zhǎng)2.34m，高180mm，其中，高60mm部分寬度為370mm，高120mm部分寬度為240mm。伸入墻內(nèi)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ(W/m.K):磚墻λ=0.81,鋼筋混凝土λ=1.74，EPS板λ=0.050，內(nèi)抹灰λ=0.87，外抹灰λ=0.93，Ri=0.11，Re=0.04。如圖四、圖五所示圖四保溫墻體結(jié)構(gòu)圖圖五

外墻熱橋部位（1）主體部位：=1/(0.11+0.02/0.87+0.37/0.81+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1/(0.11+0.023+0.457+0.022+1.2+0.04)=1/1.852=0.54<0.56Fp=[(3.6-0.24)×(2.8-0.12)]—[(2.1×1.5)+(0.18×2.34)]=3.36×2.68—(3.15+0.421)=9.005—3.571=5.434（2）熱橋部位：KB1=KB2=KB3=1/(0.11+0.02/0.87+0.24/1.74+0.13/0.81+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1/(0.11+0.023+0.138+0.160+0.022+1.2+0.04)=1/1.671=0.598>0.56FB1+FB2+FB3=0.24×2.8+(3.6-0.24)×0.12+2.34×0.12=0.672+0.403+0.281=1.356KB4=1/(0.11+0.02/0.87+0.37/1.74+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1(0.11+0.022+0.213+0.023+1.2+0.04)=1/1.608