建筑物理第6講：第5章：建筑防熱與節(jié)能

1第5章：建筑圍護結(jié)構(gòu)隔熱25.1熱氣候特征與建筑防熱途徑5.1.1熱氣候特征與我國炎熱地區(qū)的范圍5.1.2室內(nèi)過熱的原因和防熱的途徑5.2圍護結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計5.2.1圍護結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計的原則5.2.2圍護結(jié)構(gòu)隔熱措施與效果本講主要內(nèi)容35.1熱氣候特征與防熱途徑5.1.1熱氣候特征與我國炎熱地區(qū)的范圍我國炎熱地區(qū)指常年最熱月份平均氣溫高于或等于25℃的地區(qū)。其范圍主要包括長江流域的江蘇、浙江、安徽、江西、湖南、湖北和四川盆地；東南沿海的福建、廣東、海南和臺灣及廣西、云南、貴州。這些地區(qū)因受東南季風(fēng)和海洋暖氣團北上的影響，以及強烈的太陽輻射和下墊面共同作用，使得氣候炎熱，夏季時間長，如不采取防熱措施，勢必造成室內(nèi)過熱，嚴重影響人們的生活、工作，甚至人體健康。45我國炎熱地區(qū)的熱氣候特征氣溫高且持續(xù)時間長。日平均氣溫≥25℃的天數(shù)，每年約有100~200d。太陽輻射強度大，水平輻射強度最高約為930~1045W/m2.熱氣候有干熱和濕熱之分。溫度高、濕度大的熱氣候稱濕熱氣候；溫度高而濕度低的熱氣候稱干熱氣候。6濕熱區(qū)建筑特點相對濕度大（75~95%），年降水量大。季風(fēng)旺盛濕熱區(qū)建筑設(shè)計防熱措施：（1）防止日輻射：周圍環(huán)境要綠化；窗口要遮陽；外圍護結(jié)構(gòu)要隔熱；朝向要合理。（2）爭取自然通風(fēng)：房屋間距、布局要合理；建筑低層架空；設(shè)通風(fēng)屋頂、通風(fēng)幕墻。(3)防治夏季結(jié)露。7濕熱區(qū)的“干闌”建筑--西雙版納地區(qū)8濕熱區(qū)的“干闌”建筑9熱帶雨林濕熱區(qū)-----蘇門達臘島及我國黎族的船形住屋10熱帶雨林濕熱區(qū)-----蘇門達臘島及我國黎族的船形住屋11建筑低層架空—防潮、通風(fēng)12和平飯店屋頂花園設(shè)置內(nèi)庭花園或屋頂花園,減少室內(nèi)太陽輻射得熱1314建筑低層架空—防潮、通風(fēng)

---勒.柯布西耶的作品，法國薩伏伊別墅15

勒.柯布西耶的作品是哲理與詩意的融合，深含著對自然環(huán)境的弄情。選擇平整開闊建造用地和白色的建筑色彩—建筑形象清晰明確，周圍環(huán)境起到了襯托作用。他提出的“新建筑五點”中的底層架空和屋頂花園，本意就是增加綠化面積。周圍景觀與建筑造型看似毫無關(guān)聯(lián)，卻成了室內(nèi)與屋頂?shù)囊曈X景觀的延伸，從屋頂、從每一扇窗都能看到美麗的花園。16

永定土樓位于閩西龍巖地區(qū)的永定，分布著客家民居建筑群，它們被統(tǒng)稱為“永定土樓”。它起源于唐代，元末明初時慢慢被當?shù)厮邮?，并且廣泛流傳。現(xiàn)在永定土樓以歷史悠久、風(fēng)格獨特、規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)精巧等特點屹立于世界民居建筑藝術(shù)之林永定客家土樓具有通風(fēng)、采光、防水、抗震、隔熱等功能，而這些功能的形成與當?shù)氐乩憝h(huán)境有著密切的關(guān)系。

17濕熱地區(qū)建筑特色布置靈活、平面開敞、設(shè)置內(nèi)庭花園或屋頂花園，底層架空。設(shè)有陽臺、涼臺、遮陽板、離雨飄檐及通風(fēng)屋頂。18干熱地區(qū)建筑特色：干熱區(qū)氣候干燥、氣溫高、溫度日較差大，晴朗少云，吹熱風(fēng)并帶沙塵。19干熱區(qū)安納沙茲人的“懸崖宮殿”202122新疆民居23建筑特色：墻厚少開窗或開小窗；外圍護結(jié)構(gòu)隔熱要求高；內(nèi)庭周圍多設(shè)走廊，庭院內(nèi)種植物和設(shè)置水池以調(diào)節(jié)干熱的氣候；在干熱地區(qū)，生土建筑對調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫起的作用很大。如一晝夜室外氣溫波動在40℃~18℃之間，而室內(nèi)氣溫的波動僅在29℃~24℃之間，房間內(nèi)部溫度較為穩(wěn)定，具有一定的空調(diào)作用。干熱地區(qū)建筑特色24熱氣候特征與建筑設(shè)計原則氣候類型特點要求

濕熱氣候區(qū)

干熱氣候區(qū)

氣候特點

溫度日較差小，氣溫最高38℃以下，溫度日振幅7℃以下。濕度大，相對濕度一般在75%以上，雨量大，吹和風(fēng)，常有暴風(fēng)雨

溫度日較差大，氣溫常達到38℃上，且日振幅常在7℃以上。濕度小、于燥，降雨少，常吹熱風(fēng)并帶沙

設(shè)計

原則群體布置

爭取自然通風(fēng)好的朝向，間距稍大些，布局較自由，房屋要防西曬，環(huán)境要有綠化、水域

布局較密形成小巷道，間距較密集，便于相互遮擋；要防止熱風(fēng)，注意綠化

建筑平面

外部較開敞，亦有設(shè)內(nèi)天井，注意庭園布置。設(shè)置涼臺；平面形式多條形或竹筒形，多設(shè)外廊或底層架空，進深較大

外封閉、內(nèi)開敞，多設(shè)內(nèi)天井平面形式有方塊式、內(nèi)廊式，進深較深。防熱風(fēng)，開小窗。防曬隔熱

建筑措施

遮陽、隔熱，防潮、防霉，防雨、防蟲，并爭取自然通風(fēng)

防熱要求較高，防止熱風(fēng)和風(fēng)沙的襲擊，宜設(shè)置地下室或半地下室以避暑

建筑形式

開敞輕快，通透淡雅

嚴密厚重，外閉內(nèi)敞

材料選擇

現(xiàn)代輕質(zhì)隔熱材料、鋁箔、鋁板及其復(fù)合隔熱板

熱容量大、外隔熱、白色外表面、混凝土、磚、石、土

自然能源利用

夜間強化通風(fēng)、被動蒸發(fā)冷卻、地冷空凋

被動蒸發(fā)冷卻、長波輻射冷卻、夜間通風(fēng)、地冷空調(diào)

255.1.2室內(nèi)過熱的原因和防熱的途徑1）室內(nèi)過熱的原因：在太陽輻射和室外氣溫的作用下，使得圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及室內(nèi)空氣溫度升高。通過窗口進入室內(nèi)的太陽輻射熱，（包括建筑物墻面、地面吸收太陽輻射熱溫度升高后，又向外輻射的熱量）進入窗口，使部分地面、家具等吸熱升溫，加熱室內(nèi)空氣。自通通風(fēng)過程中帶進帶出的熱量。室內(nèi)生產(chǎn)或生活過程中產(chǎn)生的余熱，包括人體散熱。26室內(nèi)過熱的原因建筑防熱的主要任務(wù)：

盡可能的減弱不利的室外熱作用的影響，使室外熱量少傳入室內(nèi)，并使室內(nèi)熱量盡快散發(fā)出去，以免室內(nèi)過熱。即：得熱少、降熱快！272）建筑防熱的途徑A)對建筑物的朝向和總體布局進行合理安排。減弱室外的熱作用。B)正確選擇外圍護結(jié)構(gòu)的材料及隔熱形式。C)房間的自然通風(fēng)，排除房間余熱。D)窗口遮陽，阻擋直射陽光進入室內(nèi)。E)利用夜間對流、被動蒸發(fā)冷卻、地冷空調(diào)等自然能防熱降溫。要綜合考慮隔熱、自然通風(fēng)、窗口遮陽和環(huán)境綠化281）外圍護結(jié)構(gòu)隔熱的重點在屋面，其次是西墻與東墻。2）降低室外綜合溫度：結(jié)構(gòu)外表面采用淺色飾面，減少對太陽輻射吸收；屋頂或外墻采用遮陽結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)外表面選用特殊材料（對太陽短波輻射的吸收率少而對長波發(fā)射率大），降低表面溫度。3）在外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置通風(fēng)間層。（特適合要求白天隔熱好，夜間散熱快的房間）4）依據(jù)氣候特點和房屋使用情況合理選擇外圍護結(jié)構(gòu)的材料要求和衰減延遲能力。5）利用水的蒸發(fā)和植被對太陽能的轉(zhuǎn)化作用降溫。6）屋頂和東、西墻應(yīng)當進行隔熱計算，使內(nèi)表面最高溫度滿足隔熱設(shè)計指標。7）充分利用自然能源8）對空調(diào)建筑來講，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)符合國標。5.2.1圍護結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計的原則：5.2圍護結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計29

5.2.2圍護結(jié)構(gòu)的隔熱措施與效果1）實體材料層+封閉空氣層的隔熱屋頂2）通風(fēng)間層隔熱屋頂3)樓閣屋頂4）利用水的蒸發(fā)和植被對太陽能的轉(zhuǎn)化作用降溫一、屋頂隔熱3031四類屋頂隔熱1類）：實體材料層和帶有封閉空氣層的隔熱屋頂。

應(yīng)用隔熱材料（隔熱層）提高圍護結(jié)構(gòu)的熱阻（R）和熱惰性指標（D）值，從而加大對波動熱作用的阻尼作用，使圍護結(jié)構(gòu)具有較大的衰減倍數(shù)和延遲時間值，可以降低圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的平均溫度和最高溫度。

32在炎熱多雨地區(qū)，應(yīng)用隔熱層+蓄熱系數(shù)較大的粘土磚或混凝土板，可增強熱穩(wěn)定性，特別是雨后,粘土方磚吸水，水分蒸發(fā)散熱，從而可提高隔熱效果。

33應(yīng)用封閉空氣間層隔熱，特別是在間層內(nèi)加鋪反射系數(shù)大、輻射系數(shù)小的材料如鋁箔，隔熱效果顯著。

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應(yīng)用白色或淺色光滑的材料如光滑的無水石膏做成屋頂?shù)拿鎸?，減少屋頂外表面太陽的輻射吸收，增加了面層的熱穩(wěn)定性，從而使屋頂內(nèi)表面溫度降低。

實驗證明白色表面的最高溫度可比黑色表面低25~30度。353637實體材料層+封閉空氣間層的隔熱屋頂內(nèi)表面溫度比（a）低7.6度適合炎熱多雨地區(qū)，內(nèi)表面溫度比（a）低20度左右比(d)內(nèi)表面溫度低7度b比a的內(nèi)表面最高溫低19.8度加鋪鋁箔后，結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度降低7度白色外表面內(nèi)表面溫度比方案d降低了12度382類）：通風(fēng)屋頂（適合炎熱多雨地區(qū)）四類屋頂隔熱

通風(fēng)屋頂?shù)拈g層與室外相通，利用熱壓和風(fēng)壓作用使間層的空氣流動，從而帶走大部分進入間層的輻射熱，減少了向室內(nèi)傳熱，可有效的降低圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度。3940通風(fēng)屋頂適合濕熱地區(qū)要求圍護結(jié)構(gòu)白天隔熱好而夜間又散熱快的建筑通風(fēng)口要面向夏季的主導(dǎo)風(fēng)向垂直41利用風(fēng)壓、熱壓相結(jié)合的方式和隔熱措施，組織好屋頂通風(fēng)。方法：采用兜風(fēng)檐口的做法；在水平的通風(fēng)層中間，增設(shè)排風(fēng)口并涂黑，形成進出風(fēng)口高度差和溫度差。其特點是：隔熱好，散熱快。通風(fēng)間層的高度：以20~24cm左右為好。通風(fēng)間層內(nèi)空氣的阻力要小。間層內(nèi)表面不宜粗糙，進出風(fēng)口面積應(yīng)盡量加大。42通風(fēng)屋頂4344吊頂隔熱屋頂利用隔熱紙板、鋁箔或纖維板等輕薄材料，在屋頂和天棚之間形成空氣間層。適合于臨時性或半永久性建筑45影響通風(fēng)屋面隔熱效果的因素：1、增大空氣間層進出口之間的風(fēng)壓2、空氣間層的高度3、通風(fēng)間層內(nèi)的空氣阻力4、通風(fēng)間層內(nèi)氣流的組織方式46室內(nèi)高度有所增加，人們頭頂富裕的空間，可以保證熱空氣的上升和聚集在遠離人體的位置；屋頂?shù)谋砻娣e有所增加，太陽輻射作用在擴大的面積上，平均的輻射強度相對降低，屋頂吸收的平均熱量下降，因此對室內(nèi)的輻射強度有所減少；在一天的多數(shù)時間內(nèi)，一部分屋頂處于陰影區(qū)，可以吸收室內(nèi)和相對較熱的屋頂部分的熱量，將其輻射到陰影區(qū)內(nèi)溫度較低的空氣中。拱頂和穹頂?shù)膬?yōu)點在于：47483類）：樓閣屋頂四類屋頂隔熱樓閣屋頂是建筑上常用的屋頂形式之一。這種屋頂常在檐口、屋脊、山墻等處開通氣孔，有助于透氣、排濕和散熱。在提高樓閣屋頂隔熱能力的措施中，加強樓閣空間的通風(fēng)是一種經(jīng)濟而有效的辦法。通風(fēng)口可做成開閉式的，夏季開啟，便于通風(fēng)，冬季關(guān)閉，以利保溫。49通風(fēng)閣樓的通風(fēng)形式加大通風(fēng)口的面積，合理布置通風(fēng)口的位置。加強樓閣的通風(fēng)是提高隔熱能力的有效措施。50四類屋頂隔熱設(shè)計利用水蒸發(fā),大量消耗達到屋面的太陽輻射熱515253二、外墻隔熱外墻的室外綜合溫度較屋頂?shù)停虼嗽谝话憬ㄖ型鈮Ω魺崤c屋頂比較是次要的。但對采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的外墻或在空調(diào)建筑中，外墻隔熱仍十分重要。傳統(tǒng)的墻體材料如生土、粘土磚，其隔熱效果較好。目前，北京、上海等大城市粘土磚早已禁用，河南鄭州自2003年7月1日起禁用。傳統(tǒng)建房用的“秦磚漢瓦”，每年至少“吃掉”河南6萬畝耕地。取而代之的新墻體如空心砌塊、大型板材、各種輕板結(jié)構(gòu)等。54外墻隔熱-----新型墻體5556

早在20年代，前蘇聯(lián)就開始研制陶粒，美國、丹麥、芬蘭、英國等許多國家建筑工程中就已大量應(yīng)用。我國在50年代初開始研制陶粒，60年代開始應(yīng)用于裝配式大板建筑，公路橋梁、煙囪、南京長江大橋橋面板等構(gòu)筑中，70年代應(yīng)用于樓板、予制墻板體系，內(nèi)澆外掛板體系，無砂帶框體系的工程，80-90年代，已能配制低、中、高強度的陶粒混凝土和高性能輕質(zhì)混凝土，對我國目前節(jié)能標準要求來說，是一種較廉價的、可行的節(jié)能材料。

57從熱工性能來看，兩面抹灰各2cm的19cm厚雙排孔空心砌塊，其效果相當于兩面抹灰各2cm的24cm厚粘土實心磚墻的熱工性能，是效果較好的一