建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì).ppt

1、我國(guó)約有60個(gè)地區(qū)的建筑熱環(huán)境、建筑保溫的空氣濕度、防潮圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隔熱建筑以及建筑的日照和遮陽(yáng)設(shè)計(jì)都要求冬季室內(nèi)采暖。在這些地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中，既要保證良好的室內(nèi)熱環(huán)境，又要注意節(jié)約能耗和建筑供暖成本，即注意建筑保溫。建筑保溫設(shè)計(jì)中考慮的不利情況是冬季多云。建筑保溫主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫建筑設(shè)計(jì)中的保溫綜合處理。建筑保溫設(shè)計(jì)考慮的不利條件是冬季陰天，室外溫度穩(wěn)定低，晝夜溫差小。室內(nèi)溫度由供暖設(shè)備維持，熱量繼續(xù)從室內(nèi)流向室外。因此，冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱可以根據(jù)穩(wěn)定傳熱進(jìn)行粗略計(jì)算?；緜鳠徇^(guò)程和各過(guò)程的主要傳熱方式表面熱封套的內(nèi)表面主要通過(guò)對(duì)流和輻射從房間獲得熱量，從房間每單位時(shí)間每單位面積內(nèi)表面獲得

2、的熱量Qi=I(Ti-I)I=Riciri=1/I(MK/W)Qi=(Ti-I)/RI組分傳熱qi=n/dn*(n-n 1)熱導(dǎo)率G=/d熱阻R=D/組分熱阻表示封套中各材料層的熱流熱阻越大表面散熱量qe=e(e- te)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程和傳熱量，內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的定義為：當(dāng)內(nèi)表面與室內(nèi)空氣的溫差為IK(IC)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)單位表面積的傳熱量。內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)應(yīng)該是內(nèi)表面輻射傳熱系數(shù)(ri)和內(nèi)表面對(duì)流傳熱系數(shù)(ci)的總和。外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(e)的倒數(shù)稱為外表面?zhèn)鳠嶙枇Α鳠嵯禂?shù)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻力。在穩(wěn)定傳熱的條件下，三個(gè)傳熱過(guò)程中單位時(shí)間和圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的傳熱相等。Qi=qe=q

3、n=q根據(jù)穩(wěn)定傳熱的計(jì)算，單位時(shí)間和單位面積內(nèi)平壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)中各材料層的傳熱量分別為1d1、2d2和3d3，分別代表圍護(hù)結(jié)構(gòu)各材料層的傳熱能力，也稱為材料層的“導(dǎo)熱系數(shù)”。導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)稱為“構(gòu)件熱阻”，k稱為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，它可以解釋圍護(hù)結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱條件下的保溫性能、傳熱系數(shù)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻力，而一般結(jié)構(gòu)內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的倒數(shù)稱為內(nèi)表面?zhèn)鳠嶙枇?Ri)。Ri1/i或。i1R構(gòu)件的熱阻(R)表示外殼中的材料層對(duì)熱流的阻擋能力，熱阻越大，通過(guò)熱流密度(Q)越小。組合結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、傳熱阻力和熱阻在實(shí)際應(yīng)用中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)有時(shí)是由兩種或兩種以上材料組成的組合結(jié)構(gòu)，如空心連接板或帶肋填充墻等。由于元件的

4、熱阻不同，局部存在二維傳熱。封閉空氣夾層的熱阻空氣夾層中的傳熱不受熱傳導(dǎo)的支配。傳熱阻力窗包括三種類型的窗，是保溫能力最低的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。一般情況下，單層窗的傳熱是相同面積外墻傳熱的3-5倍。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)，室內(nèi)供暖在實(shí)際使用中經(jīng)常波動(dòng)，室外氣溫在一天之內(nèi)會(huì)發(fā)生變化。各種材料和包殼對(duì)熱波動(dòng)的抵抗能力可用以下指標(biāo)表示：材料蓄熱系數(shù)s包殼內(nèi)表面蓄熱系數(shù)y熱慣性指數(shù)d、熱穩(wěn)定性蓄熱系數(shù)和包殼熱慣性指數(shù)、材料蓄熱系數(shù)s:當(dāng)一種材料的厚度是半無(wú)限的，并且在一側(cè)受到周期性波動(dòng)的熱時(shí)，材料的熱穩(wěn)定性和熱慣性指數(shù)d、材料蓄熱系數(shù)s圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)，材料的蓄熱系數(shù)(s):作為材

5、料的一個(gè)基本性質(zhì)，它的值取決于材料的導(dǎo)熱系數(shù)和材料a的體積熱容量(即比熱和密度的乘積)，也隨熱作用的波動(dòng)周期而變化。計(jì)算公式為：當(dāng)熱流波動(dòng)周期為24小時(shí)時(shí)，將24代入Z，可得到周期為24小時(shí)的材料蓄熱系數(shù)s 24、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)。當(dāng)某一材料層由多種材料組成時(shí)，則復(fù)合材料層的蓄熱系數(shù)應(yīng)由各材料的加權(quán)平均按下式計(jì)算：包殼內(nèi)表面熱流波動(dòng)幅度Aq與內(nèi)表面溫度波動(dòng)幅度A之比稱為包殼內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)Yi， 并且內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)Yi表示在周期性熱作用下直接受熱影響的表面對(duì)周期性熱作用的敏感性指數(shù)。 Yi越大，內(nèi)表面溫度波動(dòng)越小，即溫度越穩(wěn)定。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面蓄熱系數(shù)的Yi值反映了圍護(hù)結(jié)

6、構(gòu)內(nèi)表面的熱穩(wěn)定性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)以及內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)值與圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的性質(zhì)和厚度有關(guān)，大致可以考慮兩種情況：(1)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面由較厚的材料制成時(shí)，內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)可以用該層材料的材料蓄熱系數(shù)來(lái)表示。(2)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)材料層不是很厚時(shí)，如由多層材料組成的屋頂或外墻，內(nèi)表面溫度的波動(dòng)幅度不僅與表面材料的物理性質(zhì)有關(guān)，還與它后面的材料性質(zhì)有關(guān)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱慣性指數(shù)(d)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面受到周期性的熱作用時(shí)，溫度波將傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并不斷衰減直至背波面。熱慣性指數(shù)是反映溫度波在背波面上衰減程度的主要數(shù)值，它反映了包絡(luò)線抵抗周期性溫度波動(dòng)的能力。

7、對(duì)于單一材料外殼，熱慣性指數(shù)是材料熱阻和蓄熱系數(shù)的乘積。它表示為：熱穩(wěn)定度、蓄熱系數(shù)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱慣性指數(shù)；對(duì)于多層封套，熱慣性指數(shù)是制備材料層的熱慣性指數(shù)之和；dr1s1r2s23s3d1d2dnr和s分別是各材料層的熱阻和蓄熱系數(shù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中空氣層的蓄熱系數(shù)為0，該層的熱慣性指數(shù)為0。例如，如果包層中的某一層由幾種材料組成，則應(yīng)先計(jì)算材料層的平均熱阻R和平均蓄熱系數(shù)S，然后計(jì)算包層結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)，材料層的熱慣性指數(shù)越大，溫度波的衰減越大。溫度波的衰減與材料層的熱慣性指數(shù)成指數(shù)關(guān)系。當(dāng)振幅衰減因子達(dá)到2時(shí)，該材料被稱為“厚”層或“劇烈波動(dòng)層”。如果衰減因子為2，D值應(yīng)等于

8、1，因此熱慣性指數(shù)是否大于1可作為判斷材料是否為“厚”層的依據(jù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)和熱慣性指數(shù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層的設(shè)置方式，單一結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)。它能充分發(fā)揮材料的特性，用高強(qiáng)度材料來(lái)承重和輕質(zhì)材料(如巖棉、膨脹珍珠巖制品或發(fā)泡聚苯乙烯等)。)作為隔熱材料。外部絕緣有許多優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)部絕緣便于施工。中間絕緣有利于使用松散材料作為絕緣層。圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫能力的選擇主要根據(jù)氣候條件和房間使用要求，并符合作業(yè)指導(dǎo)書三種保溫設(shè)置內(nèi)表面溫度穩(wěn)定性的比較；熱橋問(wèn)題；保溫材料中冷凝水對(duì)承重結(jié)構(gòu)的保護(hù)；舊房改造的外部裝修處理；三種絕緣設(shè)置的比較；內(nèi)表面溫度的穩(wěn)定性：外絕緣和中間絕緣；內(nèi)表面溫度相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于一天中只使用很

9、短時(shí)間的房間，使用內(nèi)部隔熱材料會(huì)使室內(nèi)溫度迅速上升。熱橋問(wèn)題的內(nèi)保溫方法往往在內(nèi)外墻連接和外墻與樓板連接處產(chǎn)生熱橋。帶有中間隔熱層的外墻也增加了熱橋的熱量消耗，因?yàn)閮?nèi)部和外部結(jié)構(gòu)需要拉在一起。外部絕緣在減少熱橋方面更有優(yōu)勢(shì)。三種保溫層設(shè)置的比較，外保溫和中間保溫防止保溫材料凝結(jié)，可以防止保溫材料因蒸汽的滲透和積聚而受潮。內(nèi)保溫的原理是保溫材料可以在冬季保護(hù)承重結(jié)構(gòu)：外保溫可以防止主承重結(jié)構(gòu)受到室外溫度劇烈波動(dòng)的影響，從而提高其耐久性。比較三種保溫設(shè)置，舊住宅改造時(shí)為了節(jié)能和增加舊住宅的保溫能力，采用外保溫不會(huì)影響房間的使用和占用室內(nèi)面積，但施工工藝要求高。外裝飾處理和外保溫對(duì)外表面的保護(hù)層有較

10、高的要求，而外表面由高強(qiáng)度的致密材料制成，因此裝飾層的處理相對(duì)簡(jiǎn)單。地面與人的腳直接接觸并傳遞熱量。由于地下土壤溫度的年變化遠(yuǎn)小于室外空氣溫度的年變化，冬季地面散熱量最大的部分是靠近外墻的地面，寬度約為0。地面的舒適條件約為5 - 2M，取決于地面的吸熱指數(shù)B值，該值由地面使用的結(jié)構(gòu)和材料決定。根據(jù)B值，地面分為木質(zhì)地面和塑料地面三種類型，屬于一類；水泥砂漿地面屬于二類；水磨石地面和其他石材地面屬于三級(jí)。建筑保溫設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻力(下限熱阻)R0min圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響主要通過(guò)內(nèi)表面溫度來(lái)反映。如果內(nèi)表面溫度過(guò)低，不僅會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生冷輻射，影響人體健康，而且如果溫度低

11、于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，還會(huì)造成內(nèi)表面結(jié)露，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)受潮，嚴(yán)重影響室內(nèi)熱環(huán)境，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性。最小傳熱阻力，在穩(wěn)定傳熱的條件下，內(nèi)表面溫度取決于室內(nèi)外溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻力。確保外殼的內(nèi)表面溫度接近室內(nèi)空氣溫度?？刂菩欧鈨?nèi)表面不結(jié)露，考慮人體保健的基本需求。并將通過(guò)封套的熱損失控制在一定范圍內(nèi)，封套的傳熱阻力不能小于某個(gè)最小值，而這個(gè)最小傳熱阻力稱為最小傳熱阻力R0min。最小傳熱阻力并不意味著外殼的實(shí)際傳熱阻力必須恰好等于最小傳熱阻力。這只是最低標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足熱舒適和建筑節(jié)能的需要，實(shí)際傳熱阻力可以高于它，但不能低于它。R0min=(ti-te)n*Ri/t對(duì)熱穩(wěn)定性要求高的建筑采用輕型結(jié)

12、構(gòu)公式時(shí)，R0min應(yīng)進(jìn)行附加修正，經(jīng)濟(jì)熱阻、經(jīng)濟(jì)熱阻和建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及住宅建筑熱耗指標(biāo)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)熱阻，即建筑成本和采暖成本之和最低。誰(shuí)的信封經(jīng)濟(jì)熱阻的計(jì)算值不僅與當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩赜嘘P(guān)，還取決于建筑物的使用壽命。建筑材料和取暖燃料的價(jià)格以及銀行利率等因素造成的經(jīng)濟(jì)熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于根據(jù)最小傳熱阻力計(jì)算的結(jié)果。對(duì)于建筑保溫的綜合措施，建筑師手中至少有40%的節(jié)能效果。建筑造型定位、隔熱和節(jié)能減少了冷空氣滲透窗的設(shè)置和熱橋處理。采用太陽(yáng)能加熱，建筑造型定向，保溫節(jié)能。一般來(lái)說(shuō)，低層復(fù)雜建筑的熱耗指標(biāo)較大；東西方向建筑的耗熱量指數(shù)大于南北方向；對(duì)于寒冷地區(qū)的建筑，從造型上考慮節(jié)能主要包括

13、兩個(gè)方面：一是盡量節(jié)省圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，盡可能用盡可能小的表面積覆蓋盡可能多的空間，并盡量減少散熱面積；第二，建筑在冬季可以充分獲得日輻射熱量。一、建筑體形朝向及保溫節(jié)能，體形系數(shù)(S)是建筑外部面積F0與其封閉體積V0的比值，即SF0V0建筑的長(zhǎng)寬比越大，體形系數(shù)越大，多層住宅建筑的S應(yīng)小于0.3。隨著形狀系數(shù)的增加，單位體積的傳熱也相應(yīng)增加。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)建筑總面積較大時(shí)，要求建筑層數(shù)相應(yīng)增加，這有利于節(jié)能。一、建筑外形朝向和保溫節(jié)能，如果一個(gè)建筑的高度相同，當(dāng)其平面形狀為圓形時(shí)，形狀系數(shù)最小，其次是正方形和長(zhǎng)方形，而其他組合形式的形狀系數(shù)反映了建筑的形狀(球體、立方體、長(zhǎng)方體、多面體等)。)

14、，也是對(duì)建筑規(guī)模的準(zhǔn)確描述。建筑造型定位與保溫節(jié)能。對(duì)于不同尺寸和規(guī)模的建筑(建筑面積)，形狀系數(shù)是完全不可比擬的。僅從形狀系數(shù)來(lái)判斷建筑節(jié)能的優(yōu)劣是非常片面和不準(zhǔn)確的，尤其是對(duì)于小型建筑。在保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的前提下，通過(guò)生態(tài)技術(shù)減小建筑的巨大尺寸(增加體形系數(shù))來(lái)獲得自然采光和通風(fēng)是一個(gè)重要的策略。建筑造型朝向、保溫節(jié)能、造型朝向?qū)μ?yáng)輻射得熱量的影響。建筑的長(zhǎng)寬比在南面越大，太陽(yáng)輻射得熱量越多。屋頂簡(jiǎn)單而獨(dú)特的氣候策略是：北半球最大限度的保溫，冬季南窗獲得的日輻射量遠(yuǎn)大于其他朝向，保溫設(shè)計(jì)的綜合措施是最佳的節(jié)能形式?？傮w而言，建筑的最佳節(jié)能形態(tài)與室內(nèi)外空氣溫度、太陽(yáng)輻射量、風(fēng)向風(fēng)速以及

15、圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積及其熱工有關(guān)，但在特定情況下，上述因素的影響是不同的。同體積建筑的最佳節(jié)能形狀應(yīng)該是“平均有效傳熱系數(shù)”與其各方向面積的乘積相等，窗戶是保溫能力最低的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在正常情況下，通過(guò)單一窗口的熱傳遞是相同面積的外壁的35倍。措施：適當(dāng)降低窗墻比，提高窗縫密封性能，減少空氣滲透量。由于窗戶的設(shè)置和隔熱窗與墻體的比例，建筑窗戶的熱阻遠(yuǎn)小于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般住宅建筑通過(guò)窗戶散熱約占總散熱量的13%。窗戶的冷輻射冬季，由于窗戶內(nèi)表面溫度低，低溫內(nèi)表面通過(guò)輻射傳熱帶走窗戶附近人體的熱量，使人感到不舒服。尤其是單層窗戶，在窗戶附近形成一個(gè)不舒適的區(qū)域。窗戶的設(shè)置和窗墻比。盡管玻璃仍然是在民用建筑(采暖居住建筑)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GJG2695)中，除了根據(jù)區(qū)域氣候條件限制窗戶的傳熱系數(shù)外，還規(guī)定居住建筑的北向、東西向和南向窗戶的傳熱系數(shù)分別控制在25%、30%和35%以下。窗戶減少了冷空氣的滲透，冷空氣的滲透主要是指空氣無(wú)組織地穿過(guò)封閉結(jié)構(gòu)的縫隙，如門和窗戶。冷空氣的滲透往往大大超過(guò)通風(fēng)的需要，導(dǎo)致巨大的熱量損失。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，冷空氣滲透不應(yīng)作為一種通風(fēng)方式，而應(yīng)盡可能避免或減少。窗戶減少冷空氣滲