严寒及寒冷地区居住与公共建筑的建筑与建筑热工节能设计

('严寒及寒冷地区居住与公共建筑的建筑与建筑热工节能设计一、建筑热工设计分区二、建筑节能途径及建筑节能50%的内涵三、建筑与建筑热工节能设计方法四、建筑与建筑热工节能设计中几个主要指标的概念五、性能性指标设计方法简述六、建筑与建筑热工设计相关规定说明七、外墙与屋面的保温隔热措施八、建筑热工设计计算实例结语严寒及寒冷地区居住与公共建筑的建筑与建筑热工节能设计一、建筑热工设计分区《建筑气候区划标准》GB50178-93将我国分为五个建筑气候区，《民用建筑热工设计规范》GB50176-93根据编制时的社会经济与建筑物采暖、空调的实际情况，提出了不同建筑气候区的建筑热工设计要求，如表1.1所列。表1.1建筑热工设计分区及设计要求分区名称分区指标设计要求主要指标辅助指标严寒地区最冷月平均温度≤–10℃日平均温度≤5℃的天数≥145天必须充分满足冬季保暖要求，一般可不考虑防热。寒冷地区最冷月平均温度0~–10℃日平均温度≤5℃的天数90～145天应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热。夏热冬冷地区最冷月平均温度0~–10℃，最热月平均温度25~30℃日平均温度≤5℃的天数0~9天，日平均温度≥25℃的天数40~110天必须充分满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。夏热冬暖地区最冷月平均温度>10℃，最热月平均温度25~29℃日平均温度≥25℃的天数100~200天必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温。温和地区最冷月平均温度0~13℃，最热月平均温度18~25℃日平均温度≤5℃的天数0~90天部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热。如图1.1所示，山西的大部分地区属寒冷地区，仅北部小部分地区属严寒地区。在《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005表4.2.1中，山西北部的小部分地区属严寒地区B区，如该《标准》表4.2.1所列大同等城市。1图1.1全国建筑热工设计分区图2二、建筑节能途径及建筑节能50%的内涵（一）建筑节能基本原理和节能途径1、采暖居住建筑的基本特点居住建筑主要为住宅建筑（约占92%），其次为集体宿舍、招待所、托幼建筑等（约占8%）。它们的共同特点是供人们居住使用，而且一般都是昼夜连续使用。因此，在这类建筑中对室温和空气质量有较高的要求，在采暖地区需设置采暖设备，室内需有适当的通风换气。冬季室内温度一般要求达到16～18℃，较高要求达到20℃。居住建筑的层高一般为2.7～3.0m，开间一般为3.3～3.9m。目前，住宅建筑中人均占有居住面积约为7～8m2、占有居住容积18.2～20.8m3；集体宿舍中人均占有居住面积约为3～4m2、占有居住容积8.1～10.8m3。城镇居住建筑以多层建筑为主，大城市有部分中高层和高层住宅。近年来，城镇新建居住建筑出现形式多样化，建筑物体形系数有变大的趋势。例如，在寒冷地区的北京市和天津市等，多层住宅的体形系数，已从原来的0.30左右变为0.35左右。但在严寒地区，这种变化较小，如沈阳、长春、哈尔滨等地，多层住宅的平面和立面仍比较规整，体形系数仍保持0.30左右。2、采暖居住建筑的耗热量构成及节能的重点部位采暖居住建筑的耗热量由通过建筑物围护结构的传热耗热量和通过门窗缝隙的空气渗透耗热量两部分构成。以北京地区80住2－4、8MD1、81试塔1等三种多层住宅为例，建筑物耗热量主要由通过围护结构的传热耗热量构成，约占73%～77%；其次为通过门窗缝隙的空气渗透耗热量，约占23%～27%。在传热耗热量所占的份额中，外墙约占23%～34%；窗户约占23%～25%；楼梯间隔墙约占6%～11%；屋顶约占7%～8%；阳台门下部约占2%～3%；户门约占2%～3%；地面约占2%。窗户的传热耗热量与空气渗透耗热量相加，约占全部耗热量的50%。哈尔滨地区80龙住1，4个单元6层楼，砖混结构住宅，在建筑物耗热量中，传热耗热量约占71%，空气渗透耗热量约占29%。在传热耗热量所占份额中，窗户约占28.7%；外墙约占27.9%；屋顶约占8.6%；地面约占3.6%；阳台门下部约占1.4%；外门约占1%。窗户的传热耗热量与空气渗透耗热量相加，约占全部耗热量的57.7%。由上可见，窗户是耗热的薄弱环节，是节能的重点部位，改善建筑物窗户（包括阳台门）的保温性能和加强窗户的气密性是节能的关键措施。但是，加强窗户的气密性以减少空气渗透耗热量是以保证室内最低限度的换气次数（或空气质量）为限度的。窗户过于密闭，一则室内空气质量达不到基本的卫生要求，二则会使窗户造价提高。因此，窗户的气密性达到3级和4级即可。从传热耗热量的构成来看，外墙所占比例最大，其次是窗户，以下是楼梯间隔墙（在有不采暖楼梯间情况下）和屋顶，阳台门下部、户门和地面所占比例较小，但这些部位的保温也是不可忽视的。3、影响建筑物耗热量指标的几个主要因素（1）体形系数。在建筑物各部分围护结构传热系数和窗墙面积比3不变条件下，耗热量指标随体形系数成直线上升（见图2.1）。低层和少单元住宅对节能不利。图2.1多层和高层住宅建筑耗热量指标随体形系数的变化（北京地区）（2）围护结构的传热系数。在建筑物轮廓尺寸和窗墙面积比不变条件下，耗热量指标随围护结构的传热系数的降低而降低。采用高效保温墙体、屋顶和门窗等，节能效果显著。（3）窗墙面积比。在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗或双玻窗条件下，加大窗墙面积比，对节能不利。（4）楼梯间开敞与否。多层住宅采用开敞式楼梯间比有门窗的楼梯间，其耗热量指标约上升10%～20%。（5）换气次数。提高门窗的气密性，换气次数由0.8次/h降至0.5次/h，耗热量指标降低10%左右。（6）朝向。多层住宅东西向比南北向耗热量指标约增加5.5%。（7）高层住宅，层数在10层以上时，耗热量指标趋于稳定。高层住宅中，带北向封闭式交通廊的板式住宅，其耗热量指标比多层板式住宅约低6%。在建筑面积相近条件下，高层塔式住宅的耗热量指标比高层板式住宅约高10%～14%。体形复杂、凹凸面过多的塔式住宅，对节能不利。（8）建筑物入口处设置门斗或采取其他避风措施，有利于节能。综上所述，为了有利于节能和改善热环境，以及降低造价，在采暖住宅建设中，应尽量避免建造单元少，特别是点式平面的低层住4宅；朝向宜采用南向和接近南向，尽量避免东、西向；寒冷地区多层住宅不应采用开敞式楼梯间，不采暖楼梯间与住户之间的隔墙应加强保温；严寒地区的采暖楼梯间应设置避风门斗；门窗应有较好的密闭性；窗墙面积比应予以控制；高层住宅宜建带封闭式交通廊的板式住宅，不宜建凹凸面过多，体形复杂的塔式住宅。4、采暖建筑节能基本途径在冬季，为了保持室内温度，建筑物必须获得热量，建筑物的总得热包括采暖设备的供热（约占70%～75%），太阳辐射得热（通过窗户和其他围护结构进入室内，约占15%～20%）和建筑物内部得热（包括炊事、照明、家电和人体散热，约占8%～12%）。这些热量再通过围护结构（包括外墙、屋顶和门窗等）传热和空气渗透向外散失。建筑物的总失热包括围护结构的传热耗热（约占70%～80%）和通过门窗缝隙的空气渗透耗热（约占20%～35%）。当建筑的总得热和总失热达到平衡时，室温得以保持。因此，对于建筑物来说，节能的主要途径是：减小建筑物外表面积和加强围护结构保温，以减少传热耗热量；提高门窗的气密性，以减少空气渗透耗热量。在减少建筑物总失热量的前提下，尽量利用太阳辐射得热和建筑内部得热，最终达到节约采暖设备供热量（即节能）的目的。锅炉在运行过程中，一般只能将燃料所含热量的55%～70%转化为有效热能（亦即锅炉的运行效率为0.55～0.70）。这些热量通过室外管网输送，沿途又将损失10%～15%（亦即室外管网的输送效率为0.85～0.90）。剩余的热量供给建筑物，成为采暖供热量。因此，对于采暖供热系统来说，节能的主要途径是：改善采暖供热系统的设计和运行管理，以提高锅炉的运行效率；加强管道的保温，以提高室外管道的输送效率。5、房屋外围护结构需要的保温隔热性能要求房屋外围护结构（主要是指外墙和屋面）需要的保温隔热性能，一般是根据表2.1中三方面的要求计算确定：表2.1确定外墙与屋面保温隔热性能的要求要求冬季夏季低限要求在冬季采暖条件下，内表面温度不低于室内空气露点温度，即θi≥ti.d，应计算低热传热阻Ro.min房间在自然通风良好条件下，内表面最高温度不超过室外最高气温，即θi.max≥te.max热舒适环境要求在冬季采暖条件下，内表面温度与室内空气温度之差不低于3℃（舒适温差），即当采暖温度为18℃，内表面温度不低于15℃在夏季空调制冷条件下，内表面温度与室内空气温度之差应不超过3℃（舒适温差），当空调温度为28℃时，内表面最高温度不超过31℃，即θi.max≥te+3℃建筑节能标准要求节能30%、50%要求的传热系数K（外墙为Km）节能50%要求的传热系数K和热惰性指标D5（二）建筑节能的两条基本途径1、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95规定，为了节能50%的目标，提高围护结构的热工性能——即建筑物的节能率应达到35%（或建筑物耗热量指标应降低35%）；供热系统——即采暖设备的节能率应达到23.6%（或采暖设备的耗热量指标应降低23.%）。若在总节能50%中按比例分配，建筑物约承担30%，供热系统约承担20%。2、《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定，按本标准进行的建筑节能设计，在保证相同的室内环境参数条件下，与未采取节能措施前相比，全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。公共建筑的照明节能设计应符合国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004的有关规定。在总节能50%的目标中，建筑围护结构分担的节能率约为25%～13%；空调采暖系统分担的节能率约为20%～16%；照明设备分担的节能率约为7%～18%。若将空调、采暖与照明设备系统归为一类，相当于建筑围护结构与空调、采暖、照明设备系统的节能率各占约25%。3、由以上二个《标准》的规定可以看出：目前建筑节能的范围，主要是在确保室内热环境舒适的前提下，通过增加围护结构的保温隔热性能（即建筑途径），和提高采暖、通风、空气调节及照明设备与系统的能效比（设备途径）两条基本途径，使建筑在使用过程中的能耗，与未采取这两条节能途径前相比，至少要减少50%，并与保护生态环境和改善建筑的环境热舒适度紧密结合。尽可能利用本地区地理气候条件、自然资源情况，采用可再生能源作为采暖、空调的基础能源，不仅是建筑节能的有效措施，也是可持续发展的需要。（三）建筑节能50%的内涵提出建筑节能50%的目标，是有其比较基准的。它是以一个时期的“基准建筑”围护结构和采暖、通风空调、照明设备及系统的参数，都按当时的设计使用情况选取。在保持与目前标准中约定的室内热环境参数条件下，计算“基准建筑”全年的采暖、空调及照明能耗，并将它定为100%。然后再将该“基准建筑”按所要求的建筑节能50%标准进行节能设计，对其围护结构的热工性能和采暖、空调及照明设备与系统的参数进行调整，并计算其全年采暖、空调与照明的能耗，此能耗应不超过原“基准建筑”能耗的50%，这就是建筑节能50%的内涵。“基准建筑”的选取对象和条件是：1、居住建筑是以20世纪80年代的通用住宅设计作为比较能耗的基准，在其能耗水平上节能50%，节能投资不超过土建工程造价的10%，节能投资回收期不超过10年，节约吨标准煤的投资不超过开发吨标准煤的投资。2、公共建筑是以20世纪80年代改革开放初期设计建造的公共建筑作为比较能耗的基准，也是在其能耗水平上节能50%。以上规定的比较能耗的基准建筑称为“基准建筑”（Baseline）。“基准建筑”围护结构的构成，传热系数、遮阳系数，均按照20世纪80年代初期做法。严寒与寒冷地区的居住建筑是以《民用建筑热6工设计规范》GB50178规定的各地区的低限保温隔热性能为基准。公共建筑则是以哈尔宾和北京地区的低限保温性能为基准，即外墙K值取1.28W/(m2.K)（严寒地区）、1.70W/(m2.k)（寒冷地区）；屋顶K值取0.77W/(m2.K)（严寒地区）、1.26W/(m2.K)（寒冷地区）；外窗K值取3.26W/(m2.K)（严寒地区）、6.40W/(m2.K)（寒冷地区）；遮阳系数均取0.80；采暖热源设定燃煤锅炉，其效率为0.55；空调设定为水冷机组，离心机能效比为4.2，螺杆机能效比为3.8；照明参数取25W/m2。北方地区的居住建筑节能目标走了三个阶段，第一阶段是节能30%，第二阶段是节能50%，部分地区已开始实施65%。建筑节能50%的目标就是以20世纪80年代初期居住建筑和公共建筑通用设计图为基准，通过改善建筑围护结构的热工性能和提高采暖、空调及照明设备效率两条途径来分担。（四）建筑与建筑热工节能设计是建筑节能设计中的重要组成部分，这是因为：1、建筑与建筑热工节能设计及其节能措施，是建筑节能途径中一个主要的、首要的途径，是通过建筑的手段达到节能，是从建筑群体规划与建筑个体设计，到施工、验收和建成投入使用全过程都能主动地控制的一个途径。国外发达国家将这一建筑节能途径称之为被动式建筑节能。2、建筑与建筑热工节能设计是居住与公共建筑节能设计标准中的主要章节，如：《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ26-95中的第四章、《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中的第四章。7三、建筑与建筑热工节能设计方法在建筑节能设计标准的“建筑与建筑热工节能设计”一章中，除一般性规定外，还以强制性条文形式明确规定，有二种建筑节能设计方法。（一）规定性指标设计方法（即《标准》中的第四章）——亦称单项指标控制法1、建筑方面的控制指标（1）建筑的体形系数；（2）建筑各向的窗墙面积比及遮阳系数。2、建筑围护结构方面的控制指标（1）外墙的平均传热系数Km；（2）屋面的传热系数K；（3）外窗（含外门透明部分）及透明幕墙的传热系数K；（4）分户墙及隔墙的传热系数K；（5）楼地板及地下室外墙的传热系数K；（6）户门（含阳台门下芯板及其他外门）的传热系数K。（二）性能性指标设计方法（即《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中的第3章和《公共建筑节能设计标准》中的第4.3节）——亦称综合指标控制法或性能化的设计方法，需通过全年的能耗计算进行判断。以上二种设计方法比较：1、规定性指标设计方法直观、简明、可操作性强，易于被建筑设计及施工图审查等单位工程师所掌握；2、性能性指标设计方法是在设计的规定性指标中某一项指标不符合规定时，需要通过计算全年的采暖、空调及照明能耗进行判断，专业性强，计算较复杂，不易被建筑师所掌握，特别是受采用动态计算方法计算全年的采暖、空调能耗，计算方法尚在进一步完善之中。所以，在建筑与建筑热工节能设计中，最好是优先采用规定性指标设计方法。目前，各地区都有单位在以建筑师的施工图设计软件为基础开发相应的建筑节能计算软件，为建筑师和暖通工程师提供准确、简捷，且操作方便的建筑节能设计计算工具。8四、建筑与建筑热工节能设计中几个主要指标的概念（一）建筑的体形系数Cf/VCf/V＝1、规定建筑体形系数Cf/V不超过某一限值的目的在于减少通过建筑外围护结构的热、冷耗。为此，要求建筑的形体设计应尽可能少凹凸。2、采暖居住建筑节能设计标准中规定：建筑物体形系数Cf/V宜控制在0.30及0.30以下，若Cf/V大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，其传热系数应符合该《标准》4.3.1的规定。3、《公共建筑节能设计标准》的4.1.2条规定，严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。当超过0.40时，应按该《标准》的4.3节规定进行权衡判断。（二）建筑各向立面上的窗墙面积比及窗的遮阳系数1、窗墙面积比＝2、遮阳系数So＝窗的遮阳系数So是窗本身（含窗框及窗玻璃）的遮阳系数与内、外遮阳的遮阳系数的乘积，亦称窗的综合遮阳系数（即So）。3、严寒与寒冷地区的采暖居住建筑未对窗的遮阳系数So进行规定。4、公共建筑中的遮阳系数So是与建筑的体形系数、各朝向的窗墙面积比有关，在北方只对寒冷地区作了规定，如《公共建筑节能设计标准》中的表4.2.2-3所列，具体计算方法如附录A。5、各向窗墙面积比与窗的传热系数限值不论是居住建筑还是公共建筑，建筑节能设计中应首先严格控制窗墙面积比，否则将会以提高窗的保温隔热性能来补偿。窗墙面积比过大会带来噪声干挠、眩光、热（冷）能耗大、私密性差、安全性弱及造价增加等弊病。目前，建筑中的窗是越开越大，而可开启部分则是越来越小，这是一个不好的设计倾向。所以，在《公共建筑节能设计标准》中规定：外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%；透明幕墙应具有可开启部分或设有通风换气装置。（1）采暖居住建筑不同朝向的窗墙面积比如《标准》中表4.3.2，窗户是包括阳台门上部透明部分。即北向不超过0.25，南向不超过0.35，东、西向不超过0.30。同时还说明，如窗墙面积比超过以上限值，则应调整外墙和屋顶等围护结构的传热系数，使建筑物耗热量指标达到规定要求。（注：采暖居住建筑节能设计标准中的窗墙面积比定义是单个房间的窗墙面积比。）9（2）公共建筑中的窗（含阳台门的透明部分）及玻璃幕墙的保温隔热性能在《标准》中都是同时对应考虑窗墙（或幕墙）面积比及窗（或幕墙）的传热系数。如该《标准》中表4.2.2–2和表4.2.2–3所列。6、常用玻璃与建筑窗的热工性能如表4.1、表4.2所列。表4.1常用玻璃的热工性能参数玻璃类型普通单层玻璃9mm厚空气层的普通中空玻璃12mm厚空气层的普通中空玻璃12mm厚空气层的中空低辐射玻璃传热系数w/(m2.k)5.8~6.43.2~3.52.8~3.21.6~1.8遮阳系数0.90.80.80.6表4.2常用建筑窗的保温性能窗类型传热系数K，w/(m2.k)备注铝合金窗6.0~6.7单层玻璃塑料窗4.3~5.7单层玻璃铝合金窗3.8~4.5普通中空玻璃塑料窗2.5~3.2普通中空玻璃铝合金隔热窗3.0~3.4普通中空玻璃；隔热型材塑料窗1.7~2.0中空低辐射玻璃铝合金隔热窗2.1~2.6中空低辐射玻璃；隔热型材7、关于建筑窗与玻璃幕墙的热工性能，在建筑节能设计时需注意：（1）同种玻璃配置的塑钢窗的保温性能优于断热桥铝合金窗，但是，断热桥铝合金窗经优化设计后，保温性能有较大的提高。（2）由于玻璃配置、空气间层厚度、结构工艺、生产厂商等的不同，同种类型窗的传热系数会有较大差异。（3）玻璃的传热系数不能作为玻璃幕墙的传热系数，玻璃幕墙的传热系数应综合考虑玻璃幕墙类型（如明框、隐框）以及明框的连接方式等等。如为明框玻璃幕墙，明框的连接方式对玻璃幕墙整体的传热系数会有较大的影响。（4）当采用隐框玻璃幕墙时，可近似参照玻璃的传热系数来确定玻璃幕墙的热工性能。如采用12mm厚空气层的中空低辐射玻璃的隐框幕墙，其传热系数一般在2.0w/(m2.k)。（5）当采用中空低辐射玻璃还不能满足标准要求时，可采用在中空低辐射玻璃的空气层中充惰性气体。充惰性气体的中空低辐射玻璃的传热系数可降低0.2w/(m2.k)左右。（6）对热工性能要求较高的玻璃幕墙，可采用通风式双层低辐射玻璃幕墙。如北京某工程，经国家建筑工程质量监督检验中心检测，该类玻璃幕墙的传热系数达到1.0w/(m2.k)。（7）寒冷地区的建筑玻璃幕墙应采用隐框幕墙，明框幕墙应采用断热桥铝合金型材或采取其他有效的断热措施；其他地区的建筑玻10璃幕墙宜采用隐框幕墙，明框幕墙宜采用断热桥铝合金型材或采取其他有效的断热措施。（8）寒冷地区的透明幕墙应采用空气层厚度不小于9mm的中空玻璃或其他类型的相同保温性能的节能玻璃。（三）传热系数K1、传热系数K的概念传热系数K是评价围护结构保温性能的一个指标，它是表明在冬季稳定传热条件下，围护结构两侧的空气温度相差为1K（或1℃）时，单位时间内通过单位平方米面积传递的热量。K值小说明围护结构的保温性能好。单位是w/(m2.k)。2、传热系数K的计算K＝1/Ro，Ro——传热阻，单位为(m2.k)/wRo＝Ri+R+ReRi——结构内表面换热阻，(m2.k)/w，取Ri＝1/8.7＝0.11(m2.k)/w；Re——结构外表面换热阻，(m2.k)/w，取Re＝1/23＝0.04(m2.k)/w；R——结构本身的热阻，(m2.k)/w，R＝ΣRj（即各层材料热阻之和）Rj＝（详见计算实例六）3、热阻的计算关键各层材料的热阻计算关键是导热系数的取值，应取考虑使用位置及湿度影响修正后的计算导热系数λc，即：λc＝kλλ为实验室干燥状态下的测定值，k为大于1的修正系数。（四）平均传热系数Km1、平均传热系数Km的概念由于外墙上的钢筋混凝土结构性冷（热）桥较多，钢筋混凝土的导热系数大（λ＝1.74w/m.k），是粘土砖砌体导热系数的2倍以上。为此，《标准》规定：应考虑冷（热）桥部位对外墙热工性能的影响取平均传热系数Km。2、平均传热系数Km的计算平均传热系数Km由外墙上主体部位的传热系数Kp与面积Fp和结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb与面积Fb用加权平均方法计算求得，即Km＝Km的计算也可根据Fp和Fb在外墙中所占的比例进行计算。一般砖混结构体系建筑的结构性冷（热）桥部位面积占外墙面积的20%～25%；框架结构体系建筑的结构性冷（热）桥部位面积占外墙面积的30%～35%；框剪结构体系建筑的结构性冷（热）桥部位面积占外墙面积的45%～50%。11（五）关于围护结构传热系数的修正系数1、围护结构传热系数修正系数的意义在《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定，通过围护结构的传热耗热量是采用“有效传热系数法”进行计算。该《标准》的第四章第二节式（4.2.2）中，围护结构传热系数的修正系数εi与围护结构传热系数Ki的乘积，即为围护结构的有效传热系数Ki·eff，亦即：Ki·eff＝εi·Ki因此：εi＝Ki·eff/Ki可见，围护结构有效传热系数与围护结构传热系数的比值，即为围护结构传热系数的修正系数，它实质上是考虑太阳辐射和天空辐射对围护结构传热产生的影响而采取的修正系数。2、围护结构传热系数与围护结构有效传热系数的区别围护结构传热系数系指在两侧空气温差为1K，单位面积在单位时间内的传热量。在此，认为传热仅仅是由两侧空气温差引起的。但在实际的围护结构中，不仅存在两侧空气温差引起的热损失（qaa），而且还存在由太阳辐射引起的得热（qsol），以及由天空辐射引起的热损失（qs）。这三部分传热的代数和即为围护结构的净热损失：qnet＝qaa+qs–qsol净热损失除以两侧空气温差即为有效传热系数：Ki·eff＝因此，有效传热系数的定义是：在两侧空气温差为1K时，单位面积在单位时间内的净热损失。3、有效传热系数的计算窗户和外墙通常要受到邻近建筑物和树木的遮挡，屋顶则不然，因此在计算有效传热系数时，前者不考虑天空辐射的影响，后者则予以考虑。窗户的有效传热系数按下式计算：KG·eff＝式中：KG——窗户通常传热系数，W/(m2.K)；ti——室内计算温度，取18℃；te——室外计算温度，取采暖期各月的平均温度，℃；qτ——透过窗户进入室内的太阳辐射热，W/m2；qα——窗户吸收太阳辐射热后向室内的传热，W/m2。qτ＝（τD·ID+τF·IF）μ·β·式中：τD——玻璃的直射辐射透过系数；τF——玻璃的散射辐射透过系数；ID、IF——分别为垂直面上的直射和散射辐射照度，W/m2；μ——窗户的太阳辐射通过系数（考虑窗框和阳台等遮挡的影响）；12β——太阳热利用系数（考虑采暖期末因室外气温较高，太阳辐射强度较大，向阳房间可能超过室内设计温度而采取的修正系数）；——窗户结霜影响系数。qα为窗户吸收太阳热后向室内的传热（W/m2），可按下式计算：单层窗：qα＝（αD·ID+αF·IF）μ·β·双层窗：qα＝（αD2·ID+αF2·IF）+（αD1·ID+αF1·IF）μ·β·式中：Re——窗户外表面换热阻，m2·K/W；Ro——窗户总热阻，m2·K/W；Ra——空气层热阻，m2·K/W；αD2、αF2——分别为外层玻璃的直射和散射辐射吸收系数；αD2、αF2——分别为内层玻璃的直射和散射辐射吸收系数。其余符号同前。外墙的有效传热系数按下式计算：KW·eff＝式中：KW·eff——外墙的有效传热系数，W/(m2.K)；KR——屋顶原传热系数，W/(m2.K)；ts·eq——天空辐射当量温度，℃，按下式计算：ts·eq＝（te–ts）（1–Cn）式中：αer——外表面与天空的辐射换热系数，按下式计算：αer＝ε·Co·θ式中：ε——表面黑度；Co——辐射常数，取5.67W/(m2.K4)；θ——温度系数；C——云量减弱系数；n——冬季计算云量；αe——外表面换热系数，W/(m2.K)；13te——室外计算温度，℃；ts——当量天空温度，℃，按下式计算：ts＝0.552（te+273）1.5–273有效传热系数可按地区、围护结构类型及朝向等，对采暖期各月（包括采暖期两端不足一个月的那几天）分别进行计算，然后按每月的天数求加权平均值。4、建筑物耗热量指标计算中εi的取值注意事项（1）关于围护结构传热系数的修正系数εi的取值，在该《标准》附录三附表3.1中已有的8个地区可以直接采用；其他地区可根据采暖期室外平均温度就近采用。必要时，也可按上述方法进行计算。（2）南、北、东、西4个朝向和水平面，可按附录三附表3.1直接采用。东南和西南向可按南向采用，东北和西北向可按北向采用。其他朝向可按就近朝向采用。必要时，可根据不同朝向的太阳辐射照度（见附录九附表9.1）并按上述方法进行计算。（3）不采暖楼梯间隔墙和户门，以及不采暖地下室上面的楼板等的εi应以温差修正系数n代替。温差修正系数n的取值见表4.3。（4）封闭阳台内的窗户和阳台门上部按双层窗考虑。封闭阳台内的外墙和阳台门下部；南向阳台，取εi＝0.5；北向取台，取εi＝0.9；东、西向阳台，取εi＝0.7；其他朝向阳台按就近朝向采用。（5）接触土壤的地面，取εi＝1。表4.3温差修正系数n值围护结构及其所处情况n值带通风间层的平屋顶、坡屋顶顶棚、与室外空气相通的不采暖地下室上面的楼板等0.90与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙：1～6层建筑7～30层建筑0.600.50不采暖地下室上面的楼板：外墙上有窗户时外墙上无窗户且位于室外地坪以上时外墙上无窗户且位于室外地坪以下时0.750.600.40注：表中数值依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93。14五、性能性指标设计方法简述——综合指标控制法或性能化的设计方法不论是居住建筑或公共建筑，当设计建筑的建筑与建筑热工节能设计单项控制指标均符合或优于《标准》规定的限值时，可以不进行建筑物耗热量指标计算，直接判定该建筑设计为采暖、空调节能建筑设计。若设计建筑物的某项控制指标大于《标准》规定限值，则应采用“参照建筑对比法”进行采暖、空调节能建筑设计判定。（一）在《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95中，没有明确这样的规定，只是在该标准的第三章中提出不同地区居住建筑耗热量指标规定限值，并规定了“建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标计算方法”。在北京地区2004年7月1日实施的《居住建筑节能设计标准》DBJ01-602-2004中也引入了“参照建筑对比法”，该方法与“公共建筑节能设计标准”第4章中4.3规定的“围护结构热工性能权衡判断”方法类似。（二）《公共建筑节能设计标准》第4章中的4.1.2、4.2.2和4.2.6条分别规定：当设计的公共建筑的“体形系数”、“围护结构的热工性能”、“每个朝向的窗墙面积比及可见光透射比”和“屋顶透明部分的面积”不能满足该条文的规定时，须按本《标准》第4.3节的规定进行权衡判断。该《标准》第4.3节规定了围护结构热工性能权衡判断的依据、条件、相关的计算参数和能耗计算方法。依据：即4.3.1条；条件：即4.3.2条；相关计算参数：即4.3.3条；计算方法：即4.3.4条。以上条文可以归纳为：1、“权衡判断”是采用与参考建筑对比的办法。“权衡”是在相同的计算输入参数情况下（内部冷、热源情况、室内设计参数），同时计算参考建筑的全年耗热量、耗冷量和所设计建筑的年耗热量、耗冷量，通过参考建筑与设计建筑的年耗热量和耗冷量之和的比值，判断确定设计建筑的节能设计是否符合标准的规定。2、参考建筑应符合以下规定：（1）建筑的几何形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能与所设计建筑完全一致。（2）建筑围护结构的热工性能指标完全符合《标准》中规定节能50%的要求。（3）全年采暖和空气调节能耗的计算条件、计算温度和电器设备的功率与工况制度完全与所设计建筑相同。3、参考建筑计算原则：（1）围护结构参数、遮阳措施、窗墙比、通风换气按以上参考建筑的规定设定。15（2）空调采暖控制温度、湿度、人员新风量根据不同使用功能，按照设计建筑的采暖、通风空调设计参数设定，或者按照相应的规定设定。（3）室内灯光设备发热量、人员密度及其作息制度均按设计建筑的要求设定。（4）室外气象计算参数均采用典型气象年气象数据。（5）全年耗热量、耗冷量计算中均计入新风负荷。4、设计建筑（即所判断建筑）的计算原则：（1）围护结构参数、窗墙比、遮阳系数、通风换气按照设计建筑的设计参数输入。（2）其他与参考建筑的计算条件完全相同。（三）性能性指标设计的实质从以上4方面可以明显看出：1、公共建筑节能设计时，由于某项规定性指标不能满足要求，为使所设计的公共建筑能够符合节能设计标准的规定，《标准》引入了“建筑围护结构的总体热工性能是否达到要求的权衡判断”。2、性能性指标设计的实质是“不检查各个控制参数是否都满足要求，但要求总体性能必须满足要求。3、性能性指标设计的实质表明，完全可以用一个综合性的围护结构平均传热系数作为建筑节能综合性节能的控制指标。国外有这种综合性指标控制法。（四）尽可能采用规定性指标设计方法进行建筑节能设计公共建筑的“围护结构热工性能的权衡判断”是采用动态方法计算建筑物的采暖和空调能耗，是一个非常复杂的过程，很多细节都会影响能耗的计算结果。为了保证计算的准确性，必须作出许多具体的规定。而且实施权衡判断时，计算结果并非是实际的采暖和空调能耗，而是某种“标准”工况下的能耗，这个工况也只能是尽可能的接近实际工况。可以说，性能性指标设计方法尽管灵活，但较复杂，计算结果也只是一个相对的比较值而以，特别是计算过程中的部分主要计算参数的选择还很不切合实际。所以，最好是采用规定性指标设计方法进行建筑的建筑与建筑热工节能设计，虽然是“死板”一些，但是“简单”，可操作性强。16六、建筑与建筑热工设计相关规定说明居住建筑与公共建筑的建筑与建筑热工节能设计相关规定基本相同，现以居住建筑部分中的主要规定予以说明。（一）关于建筑的朝向、体形系数及楼梯间与外廊和出入口的规定1、建筑物的朝向建筑物朝向对太阳辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响。在其他条件相同情况下，东西向板式多层住宅建筑的传热耗热量要比南北向的高5%左右。建筑物的主立面朝向冬季主导风向，会使空气渗透耗热量增加。建筑物的朝向是由多种因素决定的，并不仅仅取决于采暖能耗。因此，在规定的用词上用“宜”。2、建筑的体形系数在其他条件相同情况下，建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长。从有利于节能出发，体形系数应尽可能地小。对于绝大多数的多层板式住宅建筑，当层数达到6层，单元数达到4个以上，体形系数控制在0.30以下是不难做到的，中高层和高层住宅建筑更容易做到。但是，由于近年来要求住宅建筑多样化和房间尽量多争取对外窗口等原因，建筑物的体形变得复杂，平、立面出现过多的凹凸面。这样的多层建筑，其体形系数容易超过0.30。在用词上采用“宜”，表示在条件许可时首先应这样做，但并非硬性规定都要达到。对于体形系数超过0.30的住宅建筑，采取表4.3.1的规定，加强屋顶和外墙保温的做法，以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平，总体上实现节能50%的目标。《公共建筑节能设计标准》将建筑的体形系数作为强条规定。3、采暖居住建筑的楼梯间、外廊和出入口在寒冷地区，住宅建筑的楼梯间一般都不采暖，入口处也不设门斗。在北京以南地区，住宅建筑的楼梯间不但不采暖，有些没有单元门，有些甚至是开敞式的，有些居住建筑的外廊也不设门窗，对节能很不利。计算表明，一栋多层住宅，楼梯间采暖比不采暖，耗热量要减少5%左右；楼梯间开敞比设置门窗，耗热量要增加10%左右，因此，从有利于节能并从实际情况出发，采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设置门窗；在采暖期室外平均温度为–0.1～–6.0℃的地区，楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应采取保温措施；在–6.0℃以下地区，楼梯间应采暖，入口处应设置门斗等避风设施。（二）关于围护结构的热工设计规定1、不同地区采暖居住建筑各部分围护结构的传热系数限值本条规定的基本出发点是保证绝大多数的采暖住宅建筑，其耗热量指标小于或等于标准规定的数值（即图4.2.1标准要求）；允许占极少数的采暖住宅建筑，其耗热量指标大于标准规定的数值。这样，就能从总体上保证实现节能50%这一目标。目前，我国城市新建的多层和中高层住宅建筑，其体形系数一般小于或等于0.30，但近年来有些地区和住宅建筑的体形系数有增大的趋势，多层住宅建筑的体形系数突破0.30，达到0.35左右，在制定各部分围护结构传热系数限值时，考虑了这种情况，表4.3.1各部分围护结构传热系数限值，17是分别针对体形系数等于0.30和0.35的住宅建筑，其耗热量指标均满足标准规定要求，并按标准规定的计算方法确定的。表中，外墙列有两列数据，一列数据适用于体形系数小于或等于0.30的建筑物，另一列数据适用于体形系数大于0.30的建筑物。实际上，按表4.3.1执行，当体形系数小于或等于0.30时，耗热量指标将小于或等于标准规定的数值；当体形系数大于0.30，小于或等于0.35时，耗热量指标也将小于或等于标准规定的数值；当体形系数大于0.35时，耗热量指标将大于标准规定的数值。由于在体形系数小于或等于0.35的建筑物中，有相当大一部分的耗热量指标小于标准规定的数值，因此，虽然有一小部分体形系数大于0.35的建筑物，其耗热量指标大于标准规定的数值，但就总体而言，耗热量指标是不会超过标准规定数值的。由于标准要求集体宿舍等采暖居住建筑围护结构保温达到当地采暖住宅建筑相同的水平，因此，表4.3.1不仅适用于采暖住宅建筑，同时也适用于其他采暖居住建筑。2、在满足标准耗热量指标条件下，对窗户、外墙和屋顶传热系数做出适当调整。表4.3.1中规定了窗户传热系数限值，但实际采用的窗户传热系数可能比规定限值要低得多。例如，在采暖期室外平均温度te≥–4.0℃地区，表中规定的窗户传热系数为4.0（单框双玻钢窗）和4.7（单层塑料窗），但实际采用的窗户传热系数可能为3.5（单框双玻钢塑复合窗）和2.6（单框双玻塑料窗），在这种情况下，允许对窗户、外墙和屋顶的传热系数做出调整。调整的方法是，在满足标准规定的耗热量指标条件下，按标准规定的方法，重新计算确定外墙和屋顶所需的传热系数。3、对外墙传热系数应考虑周边热桥影响的规定建筑物因构造和抗震的需要，在外墙上有不少钢筋混凝土贯穿构件，周边往往需要设置钢筋混凝土圈梁和抗震柱。这些部位与主体部位构造不同，形成热流密集的通道，故称为“结构性冷（热）桥”部位。冷（热）桥部位必然增加传热损失，如不加考虑，则耗热量的计算结果将会偏小，或是所设计的建筑物将达不到预期的节能效果。近年来，国外一些国家已开始考虑这一影响，做法主要有两种：一种是，考虑周边冷（热）桥的影响，用外墙的平均传热系数来代替主体部位的传热系数；另一种是，将周边冷（热）桥部位与主体部位分开考虑，周边冷（热）桥部位另行确定其传热系数。根据我国的实际情况和原有工作基础，普遍采用前一种。具体做法是，外墙因受结构性冷（热）桥影响，其平均传热系数按面积加权平均法求得（参见附录四）。表4.3.1中规定的外墙传热系数实际上系指外墙平均传热系数。也就是说，按面积加权平均法求得的外墙传热系数值，应小于或等于表4.3.1中规定的外墙传热系数限值。采取这种做法，将使通过外墙的传热热损失的计算结果与实际接近一步。考虑到平屋顶等一般都是外保温结构，受混凝土圈梁等周边热桥的影响较小，故不予考虑。4、窗墙面积比18与节能30%目标相比，节能50%目标时，东、西向和南向的窗墙面积比保持不变。北向的窗墙面积比由节能50%时的0.20改变为0.25。主要原因是，对于开间为3.3m，层高2.7m的墙面，窗墙面积比为0.20时，窗户面积约为1.2m×1.4m，这种大小的窗户，对于北向稍大面积的房间来说常嫌太小，在实践中容易突破；此外，由于围护结构的保温性能已有较大辐度的提高，寒冷地区一般也将采用双玻窗，因此，北向窗户稍稍开大一些也是合理的。5、窗户的气密性过去常采用的普通钢窗，其气密性较差，窗户每米缝长的空气渗透量，单层钢窗一般都在5.0m3/(m.h)以上；双层钢窗一般都在3.5m3/(m.h)以上。近年来，由于改善居住环境和保温节能的需要，在主管部门，门窗质量监督检测机构以及有关科研、设计、厂家和施工单位的共同努力下，各种类型的保温节能门窗开始大量涌现，门窗的保温和气密性质量得到显著提高，因此，在节能建筑中采用气密性较好的门窗，已经具备了物质基础。对窗户气密性等级的要求，按建筑层数分两档来规定：在1～6层建筑中，不应低于国标《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》（GB/T7109-2002）规定的3级，相当于窗户每米缝长的空气渗透量：qL≤2.5m3/(m.h)；在7～30层建筑中，不应低于上述标准规定的4级，相当于窗户每米缝长的空气渗透量：qL≤1.5m3/(m.h)。6、房间应具备适当的通风换气条件在建筑物采用气密窗或窗户加设密封条的情况下，从卫生要求出发，房间设置可以调节的换气装置或其他可行的换气设施（如设在窗户上的换气小窗或换气孔，设在墙上的换气设施等）是必要的。7、冷（热）桥部位应采取保温措施从防止冷（热）桥部位内表面结露出发，该部位应采取适宜的保温措施，且冷（热）桥部位采取保温措施也有利于减少附加传热损失。《公共建筑节能设计标准》的第4.2.3条也作了这样的规定。8、在严寒地区，建筑物周边直接接触土壤的外墙和地面应采取保温措施在采暖期室外平均温度低于–5.0℃的严寒地区，建筑物外墙在室内地坪以下的垂直墙面，以及周边直接接触土壤的地面，如不采取保温措施，则外墙内侧墙面，以及室内墙角部位易出现结露，墙角附近地面有冻脚现象，并使地面传热热损失增加。鉴于卫生和节能的需要，采暖期室外平均温度低于–5.0℃的地区，建筑物外墙在室内地坪以下的垂直墙面，以及周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。在室内地坪以下的垂直墙面，其传热系数不应超过表4.3.1规定的周边地面传热系数限值。在外墙周边从外墙内侧算起2.0m范围内，地面的传热系数不应超过0.30W/(m2.K)。按照本条规定，相当于在垂直墙面外侧或内侧加50～70mm厚，以及从外墙内侧算起2.0m范围内，地面下部加铺70mm厚聚苯乙烯泡沫塑料等具有一定抗压强度，吸湿性较小的保温层。《公共建筑节能设计标准》的表4.2.2–6，对严寒地区（A、B）、寒19冷地区的地面和地下室外墙的热阻限值也作了明确的规定，其目的仍在满足卫生和节能标准的需要。20七、外墙与屋面的保温隔热措施（一）外墙的保温隔热措施1、外墙保温系统有：（1）外墙外保温系统及外墙外保温装饰复合系统（2）外墙内保温系统及外墙内保温装饰复合系统（3）外墙（主体部位）自保温系统以上三种外墙保温系统各有其特点，也各有其优缺点。如表7.1所列，综合以性价比论，以外保温系统和外墙主体部位自保温系统为最佳，应优先采用外保温系统。表7.1保温隔热系统位置的特性比较分类评价项目热负荷(采暖费用)冷负荷(供冷费用)室温变动舒适感(环境热作用温度)初投资墙体的变化(裂缝的产生或填补)内表面结露的难易壁内结露的难易施工的难易改建施工的难易无保温隔热大大大不良小大易稍难－－内保温隔热小小中良中大难易易难~易外保温隔热小~极小①小~极小小最良~良中~大小难难难易①由于内侧材料的热容量，使环境温度较适宜。所以，和内保温隔热相比，外保温隔热的运行时间可以缩短。因此热负荷的减轻程度很大。外墙主体部位自保温系统适宜于框架结构体系建筑，如外墙主体部位的保温隔热性能优异，可采用外墙自保温系统，框架梁、柱等钢筋混凝土结构性冷（热）桥部位可采用外墙外保温系统。外墙内保温系统，由于外墙的结构性冷（热）桥部位处理困难，且当保温系统的厚度超过20毫米时，会减少房间的使用面积而导致物业管理纠纷。加上二次装修时的损坏或外墙外侧开裂进水，也会致使其保温隔热性能显著降低。所以，最好是不采用外墙内保温技术。浆体保温材料由于其抗压强度低，施工质量不易保证，已被建设部在2004年的218号技术公告中列入禁止和限止使用的内保温技术。218号技术公告特别指出在大城市不得用浆体保温材料作外墙内保温。部分地区的工程实践也充分证明了建设部218号技术公告的正确性。为此，设计部门应首先按218号技术公告的要求，不采用形形色色的所谓浆体保温材料作外墙内保温。2、可采用的外墙保温隔热系统技术（1）外墙外保温技术A、发泡聚苯板（EPS）薄抹灰外墙外保温系统，干作业，是成熟的国外外保温系统，有建设部行业标准作依据。EPS的计算导热系数21λc＝0.045~0.05w/(m2.k)。B、胶粉聚苯颗粒浆料（EPG）外墙外保温系统，湿作业，是成熟的国内外保温系统，有建设部的行业标准作依据。保温材料的计算导热系数应取λc＝0.075w/(m2.k)。C、复合硅酸盐板外墙外保温系统，干作业，是无机材料，是个别省市推荐的外保温系统，保温材料的计算导热系数λc＝0.075w/(m2.k)，只有省的标准设计图作依据。以上三种外墙外保温系统已成功地在成都的建设部建筑节能试点示范工程“锦西民园”居住小区中应用，均外贴饰面砖和文化石。冬夏采暖、空调时的实测结果表明，EPS薄抹灰外墙外保温系统工程的保温隔热性能实测结果与计算结果基本稳合，而其他两种系统工程的实测结果与计算结果有较大的差异，反推计算的导热系数应在0.08w/(m.k)以上，原因是这两种系统的保温材料吸水率较大，特别是胶粉聚苯颗粒（EPG），完全是湿作业，受水分的影响最大。所以，综合地从性价比（即单位平方米、单位传热系数等性能需多少成本）考虑，EPS薄抹灰外墙外保温系统优于其他两种，也能适应建筑节能标准提高到65%的要求。D、保温装饰复合板外墙外保温系统这是集保温装饰为一体的外墙外保温系统技术，可采取粘结、粘钉及挂接方式固定在墙体基层上。目前可采用的复合板材有：铝塑－挤塑聚苯板复合保温装饰板和聚苯板－薄抹灰保温装饰复合板。聚苯板－薄抹灰保温装饰复合板外墙外保温系统已应用在“成都建筑节能中心”的幕墙和外墙外保温工程中，保温隔热与装饰效果都很好。（2）外墙内保温技术A、骨架内置保温隔热材料外墙内保温系统相当于墙裙的作法。B、保温板（块）薄抹灰外墙内保温系统相当于保温板（块）薄抹灰外墙外保温系统。以上两种系统都是干作业，可与室内装饰装修工程结合为一体来完成。但是，正如前所述，此种内保温系统的外墙冷（热）桥部位的保温问题很难解决，且厚度亦较大。如需要与外墙交接的横墙、楼地板500宽度内作保温处理，将会出现与交接部位的墙体及楼地面抹面砂浆如何形成一连续整体的问题。而且，目前以上两种外墙内保温系统尚无相应的施工与验收标准作依据，只能参考《建筑装饰装修工程质量验收规范》中的相关章节予以检测和验收。综上所述，综合性价比等因素评价，外墙内保温与外墙外保温系统比较，应优先采用外墙外保温系统技术为最佳。（3）外墙（主体部位）自保温系统外墙主体部位自保温系统是适宜于框架结构体系建筑外墙的一种保温技术。由于外墙的主体部位是采用保温隔热性能好的加气混凝土砌块、混凝土保温砌块等轻质墙体材料砌筑，主体部位的传热系数22Kp<1.0w/(m2.k)，只要对框架梁、柱及构造柱等结构性冷（热）桥部位采用适宜的外墙外保温系统作（如EPS薄抹灰外墙外保温系统）处理，不仅平均传热系数能满足要求，而且造价也不会增加很多。成都“锦西民园”居住小区二期工程，有二幢框架结构体系住宅的外墙主体部位采用240厚的加气混凝土砌块，梁、柱等结构性冷（热）桥部位采用25厚EPS外墙外保温系统，施工前专门作了相互之间连接部位的构造节点设计，施工质量及现场检测结果都非常好。外墙主体部位自保温技术的要点是：A、冷（热）桥部位的低限传热阻Ro.min必须满足该部位内表面不结露的要求；B、框架梁、柱及构造柱等部位的外保温系统应与外墙主体部位形成一连续整体，相互之间应连接平整、不开裂。最好是外墙主体部位的外表面采用与外保温系统相同的薄抹灰护面层。3、应推广应用外保温技术鉴于上述情况，根本的出路还在于发展高效保温节能的外保温墙体。外保温墙体的主体墙可采用各种混凝土空心砌块、非粘土砖、粘土空心砖墙体，以及现浇混凝土墙体等，外侧可采用轻质高效保温隔热层和耐候饰面层。在达到同样节能效果的条件下，采用外保温墙体，由于基本消除冷（热）桥的影响，北京、沈阳、哈尔滨三地区，保温材料用量可分别节省44%、48%、58%；由于保温材料贴在外侧，墙体减薄，每户使用面积可分别增加1.2、2.4、4.2m2（主体墙为砖墙时），或分别增加1.6、2.5、4.6m2（主体墙为混凝土空心砌块墙体时），其经济价值是十分可观的（参见图7.1），而且避免了墙体外侧表面受温度应力影响产生裂缝的可能性。图7.1内保温和外保温墙体的比较几种可供选择的保温节能墙见图7.2。23图7.2几种可供选择的保温节能墙体（二）屋面的保温隔热措施屋面有坡屋面及平屋面，构造作法上有防水层在保温层上的内置式传统作法屋面和防水层在保温层下的倒置式屋面。传统的架空通风屋面、蓄水屋面和绿色植被屋面均属倒置式屋面。其特点是：1、保温层保护了防水层，显著地降低了防水层直接受气候变化引起破坏的可能性。2、由于保温材料有较好的憎水性，不用湿作业，施工时受气候变化的影响较小。3、保温层上面的保护层不受防水层的性能制约，可用浅色的涂层或地面砖，有效地减少屋面吸收的日辐射热。4、保护层不是封闭的防水层，与外环境之间可进行湿热交换，特别有利于屋面在夏季炎热期间，通过外表面向外蒸发散热，减少通过屋面进入室内的热量。目前，由于憎水型轻质保温隔热材料（如XPS、复合硅酸盐板等）在屋面中的应用，倒置式屋面已被广大设计、施工及开发商所认可。XPS等轻质保温隔热材料在倒置式坡屋面和平屋面中应用，已有较成熟的方案。用在坡屋面及平屋面中的实测结果表明，保温隔热效果好，特别是不用设置排汽、排湿管，构造作法和施工都比内置式屋面简单易行。值得注意的是，在目前的居住建筑节能设计中，采用最小厚度为60厚的憎水膨胀珍珠岩板作屋面保温层且兼作找坡层的较多。憎水24膨胀珍珠岩应是用沥青等憎水胶结材料混合珍珠岩作的保温材料，其计算导热系数一般都在0.12w/(m.k)以上，采用最小厚度为60的保温层屋面的传热系数K根本不能满足节能设计标准规定的要求。据了解，在实际应用中大多仍是采用水泥作胶结材料混合成的水泥膨胀珍珠岩作保温层，这是建设部218号技术公告中限制和禁止使用的屋面保温材料。设计、施工部门应慎重选择。绿色植被屋面是最佳的集生态、环保、节能为一体的倒置式屋面，应该在平屋面（或平改坡）中大面积推广应用。“成都建筑节能中心”的部分平屋面采用了日本的集防水、保温、栽培为一体的屋面技术，保温层为30厚的自粘聚氨酯发泡板，保温防水及栽培效果都非常好。屋面绝大多数为外保温构造，为了提高屋面的保温性能，以满足标准的要求，主要应从采用轻质高效、吸水率低或不吸水的可长期使用、性能稳定的保温材料作为保温隔热层，以及改进屋面构造，使之有利于排除湿气等措施入手。采用轻质高强、吸水率极低的挤塑型聚苯板作为保温隔热层的倒铺屋面（见图7.3、图7.4），能取得优良的保温隔热和保护防水层的效果。图7.3倒铺屋面构造（a）新建屋面保温；（b）原有屋面提高保温25图7.4倒铺屋面与女儿墙连接构造（a）沥青防水处理；（b）沥青玛帝脂防水处理；（c）塑料防水膜防水处理26八、建筑热工设计计算实例（一）已知建筑物布局、尺寸、朝向和构造，求建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标实例1：试求北方某寒冷地区80住2-4住宅建筑耗热量指标。已知该住宅为砖混结构，4个单元6层楼，层高2.7m，南北向，单层钢窗，楼梯间不采暖；采暖期Z＝125d，采暖期室外平均温度e＝–1.6℃；建筑面积Ao＝3258.8m2，建筑体积Vo＝8749.4m3，外表面积Fo＝2459.9m2，体形系数S＝0.281，换气体积V＝0.6Vo＝5249.6m3。各部分围护结构的传热系数和传热面积见表8.1。建筑物耗热量指标计算见表8.2。表8.1各部分围护结构的传热系数和传热面积名称构造传热系数K[W/(m2.K)]传热面积F（m2）屋顶二毡三油防水层；20厚水泥砂浆找平层；100厚加气混凝土保温层；70厚水泥焦渣找坡层；120厚钢筋混凝土圆孔板1.26492.6（已扣除楼梯间面积）外墙20厚石灰砂浆抹灰；370厚粘土砖墙1.57南521.3，北469.7东146.2，西172.7楼梯间隔墙20厚石灰砂浆内外抹灰；240厚粘土砖墙1.83644.5户门50厚夹板门2.91105.8窗户单层钢窗6.40南，有阳台151.2无阳台63.0北，无阳台131.0东，有阳台12.6无阳台20.2西，无阳台10.1阳台门下部单层钢板6.40南40.2，东3.8地面20厚水泥砂浆抹面；100厚混凝土周边0.52非周边0.30196.1（已扣除楼梯间面积）27257.9表8.2建筑物耗热量指标的计算项目计算式及计算结果占总耗热的百分比(%)传热耗热量QH.T＝（ti–e）（）屋顶QR＝17.6×0.94×1.26×492.6＝9940.78.6外墙QW.S＝17.6×0.70×1.57×521.3＝10083.2QW.N＝17.6×0.92×1.57×469.7＝11940.5QW.E＝17.6×0.86×1.57×146.2＝3474.2QW.W＝17.6×0.86×1.57×172.7＝4104.0ΣQW＝29601.98.710.33.03.525.5楼梯间隔墙户门QW.S＝17.6×0.60×1.83×644.5＝12454.8QD.S＝17.6×0.60×2.91×105.8＝3251.2ΣQS＝15706.010.72.813.5窗户(含阳台门上部)有：QG.S＝17.6×0.57×6.40×151.2＝9707.8无：QG.S＝17.6×0.34×6.40×63.0＝2412.7无：QG.N＝17.6×0.81×6.40×131.0＝11952.2有：QG.E＝17.6×0.78×6.40×12.6＝1107.0无：QG.E＝17.6×0.66×6.40×20.2＝1501.7无：QG.W＝17.6×0.66×6.40×10.1＝750.9ΣQG＝27432.38.42.110.31.01.30.623.7阳台门下部QB.S＝17.6×0.70×6.40×40.2＝3169.7QB.E＝17.6×0.86×6.40×3.8＝368.1ΣQB＝3537.82.70.33.0地面周边：QF1＝17.6×0.52×196.1＝1794.7非周边：QF2＝17.6×0.30×257.9＝1361.7ΣQF＝3156.41.51.22.7传热耗热量QH.T＝QR+ΣQW+ΣQS+ΣQG+ΣQB+ΣQF＝89375.1W77.0空气渗透耗热量QINF＝（ti–e）cp·N·V＝17.6×0.28×1.29×0.8×5249.6＝26697.9W23.0传热耗热量指标qH.T＝QH.T/Ao＝89375.1/3258.8＝27.43空气渗透耗热量指标qINF＝QINF/Ao＝26697.9/3258.8＝8.19内部得热指标qI.H＝3.8028建筑物耗热量指标qH＝qH.T+qNIF–qI.H＝27.43+8.19–3.80=31.82W/m2计算结果表明：该地区80住2-4住宅，采取节能措施前，其建筑物耗热量指标为31.82W/m2。实例2：根据实例1求得的北方某寒冷地区80住2-4住宅建筑耗热量指标qH＝31.82W/m2，试求采暖耗煤量指标。根据第四章第二节式（4.2.4），采暖耗煤量指标：qc＝24·Z·qH/Hc·1·2＝24×125×31.82/（8.14×103×0.85×0.55）＝25.09kg/m2标准煤计算结果表明：该地区80住2-4住宅，采取节能措施前，其采暖耗煤量指标为25.09kg/m2标准煤。（二）根据规定的建筑物耗热量指标，求外墙或窗户所需传热系数实例3：试求北方某寒冷地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝20.6W/m2时外墙所需传热系数。已知建筑物平面、朝向、建筑面积、体积、窗墙面积比、楼梯间隔墙、地面均同实例1。屋顶传热系数KR＝0.80，双玻钢窗KG＝4.0，阳台门下部KB＝1.7，户门KD.S＝2.7。外墙所需传热系数的计算见表8.3。表8.3外墙所需传热系数的计算项目计算式及计算结果传热耗热量QH.T＝（ti–e）（）式中：ti–e＝16+1.6＝17.6屋顶QR＝17.6×0.91×0.80×492.6＝6311.6外墙QW.S＝17.6×0.70×KW×521.3＝6422.4KWQW.N＝17.6×0.92×KW×469.7＝7605.4KWQW.E＝17.6×0.86×KW×146.2＝2212.9KWQW.W＝17.6×0.86×KW×172.7＝2614.0KWΣQW＝18854.7KW楼梯间隔墙户门QW.S＝17.6×0.60×1.83×644.5＝12454.8QD.S＝17.6×0.60×2.70×105.8＝3016.6ΣQS＝15471.4窗户(含阳台门上部)有：QG.S＝17.6×0.50×4.0×151.2＝5322.2无：QG.S＝17.6×0.18×4.0×63.0＝798.3无：QG.N＝17.6×0.78×4.0×131.0＝7009.0有：QG.E＝17.6×0.74×4.0×12.6＝656.4无：QG.E＝17.6×0.57×4.0×20.2＝810.6无：QG.W＝17.6×0.57×4.0×10.1＝405.3ΣQG＝15001.8阳台门下部QB.S＝17.6×0.70×1.70×40.2＝841.9QB.E＝17.6×0.86×1.70×3.8＝97.8ΣQB＝939.729地面ΣQF＝3156.4（同实例1）传热耗热量QH.T＝QR+ΣQW+ΣQS+ΣQG+ΣQB+ΣQF＝40880.9+18854.7KW空气渗透耗热量qINF＝17.6×0.28×1.29×0.5×5249.6/3258.8＝5.12内部得热指标qI.H＝3.80建筑物耗热量指标qH＝qH.T+qNIF–qI.H＝12.54+5.79KW+5.12–3.80=20.6外墙所需传热系数KW＝（20.6–12.54–5.12+3.80）/5.79＝1.16W/(m2.K)计算结果表明：该地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝20.6W/m2时，外墙所需传热系数为1.16W/(m2.K)，但建筑物体形系数应小于或等于0.30，窗户采用双玻金属窗。实例4：试求北方某地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝20.6W/m2时窗户所需传热系数。已知建筑平面、朝向、建筑面积、体积、窗墙面积比、楼梯间隔墙、地面均同实例1。屋顶传热系数KR＝0.80，外墙传热系数KW＝0.90，阳台门下部KB＝1.7，户门KD.S＝2.7。窗户所需传热系数的计算见表8.4。表8.4窗户所需传热系数的计算项目计算式及计算结果传热耗热量QH.T＝（ti–e）（）式中：ti–e＝16+1.6＝17.6屋顶QR＝17.6×0.91×0.80×492.6＝6311.6外墙QW.S＝17.6×0.70×0.90×521.3＝5780.2QW.N＝17.6×0.92×0.90×469.7＝6844.8QW.E＝17.6×0.86×0.90×146.2＝1991.6QW.W＝17.6×0.86×0.90×172.7＝2352.6ΣQW＝16969.2楼梯间隔墙户门ΣQS＝15471.4（同实例3）窗户(含阳台门上部)有：QG.S＝17.6×0.50×KG×151.2＝1330.6KG无：QG.S＝17.6×0.18×KG×63.0＝199.6KG无：QG.N＝17.6×0.78×KG×131.0＝1752.3KG有：QG.E＝17.6×0.74×KG×12.6＝164.1KG无：QG.E＝17.6×0.57×KG×20.2＝202.6KG无：QG.W＝17.6×0.57×KG×10.1＝101.3KGΣQG＝3750.5KG阳台门下部ΣQB＝939.7（同实例3）地面ΣQF＝3156.4（同实例1）传热耗热量QH.T＝QR+ΣQW+ΣQS+ΣQG+ΣQB+ΣQF30＝42848.3+3750.5KG传热耗热量指标qH.T＝（42848.3+3750.5KG）/3258.8＝13.15+1.15KG空气渗透耗热量qINF＝17.6×0.28×1.29×0.5×5249.6/3258.8＝6.12内部得热指标qI.H＝3.80建筑物耗热量指标qH＝qH.T+qNIF–qI.H＝13.15+1.15KG+5.12–3.80=20.6外墙所需传热系数KW＝（20.6–13.15–5.12+3.80）/1.15＝5.33W/(m2.K)计算结果表明：该地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝20.6W/m2时，外墙所需传热系数为5.33W/(m2.K)，但建筑物体形系数应小于或等于0.30，外墙传热系数应小于或等于0.90W/(m2.K)。实例5：试求某严寒地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝21.9W/m2时外墙所需传热系数。已知该住宅平面采用80住1，4个单元6层楼，层高2.7m，南北向，单框双玻塑料窗，楼梯间采暖；采暖期Z＝176d，采暖期室外平均温度te＝–10℃；建筑面积Ao＝3409.4m2，建筑体积Vo＝9546.3m3，外表面积Fo＝2854.3m2，体形系数S＝0.299，换气体积V＝0.65，Vo＝6205.1m3；已知屋顶的传热系数KR＝0.50，窗户KG＝2.5，阳台门下部KB＝1.5，外门KD＝2.5，周边地面保温KF1＝0.30。外墙所需传热系数的计算见表8.5。表8.5窗户所需传热系数的计算项目计算式及计算结果传热耗热量QH.T＝（ti–e）（）式中：ti–e＝16+10＝26屋顶QR＝26×0.96×0.5×568.2＝7091.1外墙QW.S＝26×0.80KW×708.0＝14726.4KWQW.N＝26×0.95KW×742.5＝18339.8KWQW.E＝26×0.90KW×153.6＝3594.2KWQW.W＝26×0.90KW×153.6＝3594.2KWΣQW＝40254.6KW窗户(含阳台门上部)有：QG.S＝26×0.67×2.5×60.5＝2634.8无：QG.S＝26×0.45×2.5×211.7＝6192.2无：QG.N＝26×0.91×2.5×80.6＝4767.5有：QG.E＝26×0.85×2.5×157.0＝8674.3无：QG.E＝26×0.71×2.5×10.1＝466.1无：QG.W＝26×0.71×2.5×10.1＝466.1ΣQG＝23201.1阳台门下部QB.S＝26×0.80×1.5×15.1＝471.1QB.N＝26×0.95×1.5×30.2＝1118.9ΣQB＝1590.031地面QF1＝26×0.30×252.4＝1968.7QF2＝26×0.30×193.3＝1507.7ΣQF＝3476.4传热耗热量QH.T＝QR+ΣQW+ΣQG+ΣQB+ΣQD+ΣQF＝10.62+40254.6KW传热耗热量指标qH.T＝（36210.7+40254.6KW）/3409.4＝10.62+11.8KW空气渗透耗热量qINF＝26×0.28×1.35×0.5×6205.1/3409.4＝8.94内部得热指标qI.H＝3.80建筑物耗热量指标qH＝qH.T+qNIF–qI.H＝10.62+11.8KW+8.94–3.80=21.9外墙所需传热系数KW＝（21.9–10.62–8.94+3.80）/11.8＝0.52计算结果表明：该地区住宅建筑满足耗热量指标qH＝21.9W/m2时，外墙所需传热系数为0.52W/(m2.K)，但建筑物体形系数应小于或等于0.30，窗户传热系数应小于或等于2.50W/(m2.K)。如果该住宅采用本例同一平面，相同朝向，同样窗户、阳台门、外门、地面，但为4个单元3层楼，建筑物体形系数为0.359，屋顶传热系数为0.30W/(m2.K)。在这些条件下，要满足耗热量指标qH＝21.9W/(m2.K)，按本例同样的方法可求得外墙所需的传热系数为0.40W/(m2.K)。（三）根据外墙的材料和构造，求外墙的平均传热系数实例6：外墙为240厚砖墙，带钢筋混凝土圈梁和抗震柱。房间开间3.3m，层高2.7m，窗户1.5m×1.5m。采用饰面石膏聚苯板（δ＝50）内保温。空气间层厚20。外墙构造见图8.1。所用材料的导热系数λ[W/(m.K)]：砖墙0.81，钢筋混凝土1.74，聚苯板0.045（按附录六附表6.1和附表6.2采用）。空气间层热阻R＝0.16(m2.K)/W。试分析这种墙体的保温效果。主体部位：Kp＝＝＝＝0.58Fp＝[（3.3–0.24）（2.7–0.3）]–（1.5×1.5）＝3.06×2.4–2.25＝5.09热桥部位：KB1＝＝＝2.7032FB1＝2.7×0.24＝0.65KB2＝＝＝3.03FB2＝3.06×0.14＝0.43KB3＝＝＝0.64FB3＝3.06×0.16＝0.49图8.1内保温墙体构造外墙平均传热系数：Km＝＝＝＝0.95计算结果表明：这一内保温墙体的平均传热系数为0.95W/(m2.K)，要比主体部位的传热系数0.58高出64%。由于热桥部位缺乏保温，故这种墙体的总体保温效果较差。实例7：外墙基本构造同实例6。但采用纤维增强聚苯板（δ＝3350）外保温。外墙构造见图8.2。所用材料导热系数同实例6。试分析这种墙体的保温效果。图8.2外保温墙体构造主体部位：Kp＝＝＝0.64Fp＝5.09热桥部位：KB1＝＝＝0.71FB1＝0.65KB2＝＝＝0.71FB2＝3.06×0.30＝0.92外墙平均传热系数：Km＝＝＝＝0.6634计算结果表明：这一外保温墙体的平均传热系数为0.66W/(m2.K)，比主体部位的传热系数0.64高出3%。由于热桥部位和主体部位均已保温，故这种墙体的总体保温效果较差。（四）根据断面构造、尺寸和材料的导热系数等，求空心砌块的平均热阻值实例8：试求图8.3所示的浮石混凝土三排孔空心砌块的平均热阻值。已知浮石混凝土的密度为1300kg/m3，导热系数λ1＝0.53W/(m.K)；45及50mm厚空气间层的当量导热系数分别为：λ2＝0.25，λ3＝0.28（按附录七附表7.4空气间层热阻求得）；Ri+Re＝0.11+0.04＝0.15(m2.K)/W。图8.3空专砌块断面构造为便于计算，先将中间一排孔与两侧孔排齐，然后按平行于热流方向将砌块划分成5段：F1＝2×0.025+1×0.06＝0.11F2＝2×0.19＝0.38Fo＝0.49R01＝+0.15＝0.45+0.15＝0.60R02＝4×+2×+1×+0.15＝0.19+0.36+0.18+0.15＝0.88＝＝0.50查附录七附表7.3，φ＝0.96，空心砌块的平均热阻：＝φ35＝×0.96＝[0.80–0.15]×0.96＝0.62(m2.K)/W（五）根据围护结构的构造，求内表面和内部温度，并进行内部冷凝受潮验算实例9：试求粘土砖、岩棉板、石膏板复合墙体，在北京地区采暖室外计算温度条件下的内表面温度和各层温度分布。该墙体构造见图8.4，各层材料的热工性能指标见表8.5。室内温度ti＝18℃，室外温度te＝–9℃。图8.4复合墙体的温度分布36θ2＝18–（0.11+0.02）＝14.9θ3＝18–（0.11+0.02+0.53）＝2.5θe＝18–（0.11+0.02+0.52+0.13）＝–0.6（2）求相应的饱和水蒸气分压力，作分布线。查附录八附表8.2，PS.1＝PS.i＝1749.2PS.2＝1693.2PS.3＝730.6PS.4＝PS.c＝581.3（3）求各界面实际的水蒸气分压力，作分布线。ti＝18℃，φi＝60%，查附录八附表8.2，PS.1＝2062.5P1＝Pi＝2062.5×0.6＝1237.5c＝–1.6℃，φi＝50%，查附录八附表8.1，PS.c＝534.6Pc＝534.6×0.5＝267.3P2＝1204.2P3＝1121.0（4）由图可见，P线与Ps线相交。在冷凝界面（加气混凝土与混凝土交界面）处可能出现冷凝。据计算，小时冷凝量ω＝0.28g/m2，采暖期冷凝量ω＝544.3g/m2。加气混凝土重量湿度增量△ω＝1.34%，小于附录七附表7.7中的允许值4%，故内侧不需设隔汽层。实例11：试验算图8.6所示传统屋顶在te＝–5.7℃，φe＝58%地区是否需要设置隔汽层。图8.6传统屋顶构造（1）钢筋混凝土：λ1＝1.74，R1＝0.02，μ1＝0.0000158（2）空气间层：λ1＝0.91，R2＝0.07，μ2＝∞（3）钢筋混凝土：同（1）（4）干铺炉渣：λ4＝0.29，R4＝0.24，μ4＝0.000193（5）加气混凝土：λ5＝0.29，R5＝0.52，μ5＝0.000111（6）水泥砂浆：λ6＝0.93，R6＝0.02，μ6＝0.000021（7）二毡三油：λ7＝0.17，R7＝0.06H7＝2×1107+267+480＝2961.0(m2.h.Pa)/g（附录六附表6.5）室内：ti＝18℃，φi＝60%，Pi＝1237.5Pa室外：te＝–5.7℃，φi＝58%，Pe＝219.6Pa（附录八附表8.1、附表8.2）冷凝界面温度：θc＝ti–（Ri+Ro.i）＝18–（0.11+0.02+0.07+0.02+0.24+0.52）＝18–21.1＝–3.1℃PS.C＝476.0PaHo.e＝H6+H7=+H7＝+2961.0＝3913.4(m2.h.Pa)/g加气混凝土（＝500）的重量湿度允许增量[△ω]＝4%（附录七附表7.7）。内侧所需的蒸汽渗透阻：Ho.i＝＝＝＝857.5(m2.h.Pa)/g内侧实际有的蒸汽渗透阻：Ho.i＝++++＝++++＝1898.7+0+1898.7+362.7+1351.4＝5511.5≥857.2(m2.h.Pa)/g验算结果表明：这种传统屋顶内侧实际有的蒸汽渗透阻已远远大于内侧计算所需的蒸汽渗秀阻。如果钢筋混凝土屋面板本身密实，且接缝处水泥砂浆填充密实并作良好的隔汽处理，则在整个采暖期内，加气混凝土保温层内的湿度增量不会超过允许增量。因此，在该地区1这种传统屋顶可不设隔汽层。2',)