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(共26张PPT)
第四部分建筑节能的知识
模块17建筑节能
YCF
01
建筑节能的基本知识
02
建筑节能的措施
目录
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01
建筑节能的基本知识
17.1.1影响建筑节能的因素
17.1.2建筑节能的设计原则
17.1.3建筑节能的设计标准
17.1.1影响建筑节能的因素
1.宏观气候
宏观气候是指建筑物所在地的气候条件。
建筑物所在地的气候条件会通过围护结构直接影响室内的环境，为了得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。一个地区的气候是在许多因素的综合作用下形成的。跟建筑密切有关的气候要素有太阳辐射、气温、湿度、风、降水等。
2.微观气候
微观气候是指因人类营造活动而形成的局部微气候。
1）小区风场
小区内的太阳辐射会导致各建筑物表面出现温差而形成自然对流，建筑物对来流风有阻碍和聚集作用，另外人为有影响，如交通、家用电器、炊事产热等，因此建筑的布局对小区风环境有重要的影响。布局不当，易造成夏季自然通风不良，冬季热负荷增加等影响。
17.1.1影响建筑节能的因素
2）热岛效应
热岛效应是指一个地区（主要指城市内）的气温高于周边郊区的现象，可以用两个代表性测点的气温差值（城市中某地温度与郊区气象测点温度的差值）即热岛强度表示。
3）建筑布局与日照
地区的纬度不同，决定了太阳高度角和日射强度的差异。建筑的布局决定了不同建筑物相互遮挡的情况。冬季采暖地区应充分利用太阳能，争取尽量多的散射、辐射，夏季炎热地区应尽量利用建筑相互遮挡的阴影致凉。
17.1.2建筑节能的设计原则
1.设立建筑的热工分区
对建筑节能设计的要求概略地讲就是设法将能量消耗减低至最低程度、努力提高能量的利用效率、充分利用自然能源、尽可能提高综合用能水平。我国幅员辽阔，为实现上述要求所能采取的方法在各地区不尽相同。我国国家标准中心将全国划分为五个热工气候分区，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。热工分区的基本规律及设计要求见表。
根据世界各国及我国能源问题的形势和各国节能工作的经验，在建筑节能设计方面应遵循下列原则。
17.1.2建筑节能的设计原则
2.做好围护结构的热工设计
即结合建筑材料的特性，尽量减少热量的三种传热方式在建筑外围护结构中传递热量，针对材料可选择导热系数小的材料。因为某单层材料的热阻R=δ/λ，δ为该材料的厚度，单位是m，λ为该材料的导热系数，也是每种材料固有的属性。热阻R的意义为：1 m厚的物体，两侧空气温度差为1 ℃，1 h通过1 m2面积传递的热量，单位为W/(m·K)。通常把导热系数λ小于0.3 W/(m·K)并能用于绝热工程的材料叫做绝热材料。导热系数是绝热材料的最重要最基本的热物理指标。如普通混凝土λ=1.74 W/(m·K)，钢筋混凝土λ=1.51 W/(m·K)，多孔砖λ=0.58 W/(m·K)，聚乙烯泡沫塑料λ=0.047 W/(m·K)，聚氨酯硬泡沫塑料λ=0?0216 W/(m·K)。由此可知，相同厚度的材料λ值越小，其热阻R越大，意味着热量在材料里传递的速度越小,那么这种材料的隔热性能也就越好。
17.1.2建筑节能的设计原则
3.减少“热桥”对室外的面积
围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低的部位。这些部位形成传热的桥梁，故称热桥。对于有保温要求的建筑，应尽量减少热桥对室外的面积。
4.做好建筑节能的控制性规划
在建筑规划阶段,要慎重考虑建筑的朝向、间距、体形、绿化配置、风向等因素对节能的影响，而在初步设计阶段，则须审慎地对建筑本身的体形、体量等做出选择。
17.1.3建筑节能的设计标准
目前进行建筑节能设计参照的是住建部2018年12月18日颁布施行的标准——《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2018）的基本内容。该标准的制定目的是贯彻国家节能的政策，扭转我国严寒和寒冷地区居住建筑采暖能耗大、热环境质量差的状况，通过在建筑设计和采暖设计中采用有效的技术措施，将采暖能耗控制在规定的水平内。
02
建筑节能的措施
17.2.1建筑的基地规划
17.2.2建筑的单体设计
17.2.3围护结构的节能构造
17.2.1建筑的基地规划
针对基地条件的小区布局，既要考虑满足建筑各外表面受到的日照要求，又要满足建筑冬季采暖和夏季致凉两个工况要求。考虑建筑节能的小区布局要避免建筑物由于布局不当而造成冬季强劲的风压差导致的冷风渗透；同时必须兼顾夏季室内有自然通风的前提。
1.向阳原则
阳光（日照）是最经济、最合理有效的能够保证人类生存、健康和卫生的必须条件，因此节能建筑首先要遵循“向阳”要求。对于冬季有采暖要求的建筑，其基地应选择在向阳的平地或山坡上，合理确定建筑最小间距，满足最佳朝向范围，保证建筑规范的日照要求。建筑位置要有效避免西北寒风，以降低建筑围护结构（墙和窗）的热能渗透。
17.2.1建筑的基地规划
2.通风原则
即利用自然提供的条件达到室内夏季致凉的目的。基地环境条件不影响夏季主导风吹向未来建筑物，并考虑冬季主导风向尽量少地影响建筑；对一些基地内的物质因素加以组织、利用，以最简洁、最廉价的方式改造室外环境，以创造良好的风环境，为建筑物内部通风提供条件。
3.遮阴原则
遮阴是建筑物防止过多的夏季太阳辐射达到致凉目的的有效措施。基地规划时可采取绿化遮阴、建筑遮阴、地貌遮阴等手段。
4.减少能量需求原则
尊重气候条件，使未来建筑避免因一些外来因素而增加冷（热）负荷，尽量少地受自然的“不良”干扰，并通过设计、改造以降低建筑对能量的需求。
17.2.1建筑的基地规划
4.减少能量需求原则
尊重气候条件，使未来建筑避免因一些外来因素而增加冷（热）负荷，尽量少地受自然的“不良”干扰，并通过设计、改造以降低建筑对能量的需求。
尊重气候条件，使未来建筑避免因一些外来因素而增加冷（热）负荷，尽量少地受自然的“不良”干扰，并通过设计、改造以降低建筑对能量的需求。
（1）避免“霜洞”。由于冬季冷气流在凹形基地会形成冷空气沉积，建筑如布置在山谷、洼地、沟底等凹形地域，会产生“霜洞效应”。建筑底层或半地下室若需保持所需温度，所消耗的能量将会增加。
（2）避免辐射干扰。玻璃幕墙的阳光辐射之热，过多的光洁硬地使阳光反射加剧。
（3）避免不利风向。通过各种风玫瑰图，建筑选址时考虑封闭寒流主导风向，利用穿堂风改善夏季热环境。
17.2.2建筑的单体设计
为了明确节能建筑单体设计的方法，首先应选择有利于节能的形体。形体控制主要通过体形系数进行。体形系数是指被围合的建筑物室内单位体积所需建筑围护结构的表面积，以比值=/描述。对建筑节能概念来讲，要求用尽量小的建筑外表面围合尽量大的内部空间，/越小则意味着外面积越少，即能量的流失途径越少。我国的建筑节能规范对体形系数提出了控制界线：居住建筑或类似建筑以此为依据，当/＜0.3时，体型对节能有利，当/＞0.3时表明外表面积偏大对节能带来负影响。
以下通过建筑单体设计时为满足冬季采暖、夏季致凉、降温措施等方面的规律和原理，找到相应的设计方法，来指导节能建筑的设计与研究。
17.2.2建筑的单体设计
1.满足冬季采暖的设计
节能建筑的冬季采暖将首先运用阳光提供的热能，利用技术手段和设计方法将此热能引纳入室，并通过建筑措施保留、贮存这些热能，改善室内热环境。
（1）加大日照面积。尽量增加南向日照面积，缩小东、西和北的立面面积，可以争取较多的采热量，同时可使能量流失的量最小。要求在平面组合中，注意运用本原则，尤其对复杂平面更应考虑增强“采热量”的意识。
（2）墙面平直。为了减少外墙长度，要求建筑避免不必要的凹凸，节能建筑以采集热量为目的，尤其注重建筑南侧墙面要平直，避免建筑自身阴影对建筑“采热”带来的影响。
（3）建筑的朝向正确。建筑朝向布局是采热的基础，保证房间有好的朝向，才能使墙体和窗发挥采热的功能和作用。
17.2.2建筑的单体设计
（4）调整窗面积。窗是采热和散热的主要途径。应正确确定窗的面积，根据使用情况和立面要求，调整窗面积，加大向阳窗面积，减小北窗面积。
（5）有效利用天窗。玻璃天窗是阳光进入室内的途径，应确定有利于冬季射入阳光的天窗位置，做好遮阳工作，防止天窗带来的过热影响。
2.满足夏季致凉的设计
节能建筑夏季致凉采用不消耗常规能源，通过对室外微气候的改造和组织，运用建筑设计的方法及与建筑密切相关的技术手段，创造凉爽的室内舒适环境。
（1）通风致凉。使建筑洞口正确地朝向当地夏季主导风向，并应通过窗扇形式的合理应用以利于将风引入室内。南方地区常要考虑“穿堂风”，已达到好的通风效果。
17.2.2建筑的单体设计
（2）昼夜温差致凉。夏季白天的室外气温远高于室内气温，故采取隔绝空气流通、有效遮阳的办法少得热；到了夜间按辐射传热原理，室外气温远低于室内气温，此时开窗，内外温差使室外的凉风自然吹入室内，起到致凉作用。
（3）遮阳。夏季为了白天少得热，采取一定的遮阳措施，以减少墙体的太阳辐射，达到降温目的。
（4）墙体色彩与质地。墙表面宜选用光洁、色彩淡雅的材料，以利反射太阳辐射，减少墙体吸热。
（5）蒸发散热。利用外墙或周围空间的绿化，或者大面积水体的蒸发达到降温的目的。
17.2.3围护结构的节能构造
1.屋面的节能构造
太阳辐射及室外气温影响着屋面板各层温度的变化。目前，建筑的屋面板大多用的是钢筋混凝土屋面板，由于混凝土的热容量较大，受到外部温度变化的影响会产生“热延迟”现象，这种现象在夏季最为明显，白天屋面板受热便将热蓄积于内部，到了夜里，又把热释放出来，从而对人体进行热辐射，使人感到如似“烘烤”一般。为了防止这种“烘烤”现象，可以设法通风换气，即设架空通风屋面、设通风坡屋顶。另外还可以设法力求减少混凝土受太阳辐射后的蓄热量，即设屋顶保温层、设蓄水屋面、设植被屋面等。其具体构造方式可参见本书模块11。
2.墙体的节能构造
节能建筑要求围护结构有良好的保温隔热、轻质高强、经济合理的特性。墙体节能的主要措施之一是外墙外保温。它是将保温隔热体系置于外墙外侧，使建筑达到保温的效果。
17.2.3围护结构的节能构造
由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，因此它的优越性是十分明显的：它能避免建筑热桥，避免墙面冬季结露；可以保护主体结构，减少温度应力，增加结构寿命；比内保温增多建筑使用面积；在既有房屋节能改造时不致干扰原有住户生活；使建筑物更为美观。
建筑的外保温应该是整个建筑全部的外保温。因此，为避免裂缝的产生，我们应该对建筑进行全面的保温，包括女儿墙、雨篷等构件。另外，建筑外表面的色彩也将导致对阳光的吸收不同，从而影响室内热环境。浅色外墙热反射性较深色外墙要强。
目前运用于建筑节能的墙体材料有以下几种。
（1）加气混凝土砌块。多用来作多层建筑承重墙和填充墙，内隔墙等。它容重轻、保温性能好、强度高、易加工、施工简便。
17.2.3围护结构的节能构造
（2）混凝土空心砌块。利用工业废渣，具有节土、节能的特点。还可将苯板插入砌块的孔洞中提高保温性能。
（3）黏土空心砖和多孔砖。目前是普通黏土砖的过渡材料。抗腐蚀、耐久、容重小、保温性能好，但防潮层以下的墙体不能使用。
3.地面的节能构造
地面的节能构造，根据不同的热工分区的地区气候特点，主要从绝热和防潮两方面考虑。在严寒和寒冷地区，为防止当地面的温度高于地下土壤温度时热流由室内传入土壤中去，建筑底层室内如果采用实铺地面构造，则对于直接接触土壤的周边地区，也就是从外墙内侧算起2 m的范围之内，应当作保温处理；如果底层地面之下还有不采暖的地下室，则地下室以上的底层地面应该全部作保温处理。保温层除了放在底层地面的结构面板与地面的饰面层之间，还可以考虑放在底层地面的结构面板，即地下室的顶板之下。
17.2.3围护结构的节能构造
对于江南的许多地方，考虑到高温高湿气候的特点，因为高温高湿的天气容易引起夏季地面的结露，所以其节能构造是对地面进行全面绝热，另外，为了防止土中湿气侵入室内，还要加设防潮层。
4.窗的节能构造
据统计，通过窗流失的热量占建筑能耗的46％，因此控制窗墙比是个有效的节能手段。
窗墙比是指窗口面积与房间立面单元面积（即房间层高与开间定位线围成的面积）的比值。
因为玻璃的传热系数大，所以即使把一般墙体部分的传热系数控制得再小，而从窗户流出入的热量较多，同样会减弱建筑的绝热效果。只有从减少表面的换热阻方面多采取措施，才能减少热流量。故应尽量采取使窗户传热系数减少的措施，但同时不能忽视了窗户的采光作用。
利用双层窗或双层玻璃可有效减少传热系数，在寒冷地区可设置三层窗。
17.2.3围护结构的节能构造
（1）一般具有空气间层的双层玻璃窗的内外表面间的温度差近于10℃。采用双层窗，可以减少房间的热损失，谋求节能。
（2）利用能反射红外线的玻璃或利用贴有能放射红外线的合成树脂薄膜玻璃。
（3）普通玻璃贴反射膜能使一部分太阳辐射热反射回去，所以夏季能比普通玻璃吸收的热量少，起到降温的作用。但要有针对性，如在寒冷地区使用，由于阻碍可用于辅助供暖的太阳辐射热进入，这样会使房间更冷。
利用（1）与（2）的复合形式。
（4）加强门窗缝的气密性以及选择具有良好热工性能的门窗材料。
（5）在夏热冬冷地区设置外遮阳措施。
遮阳系数是指对太阳光的遮挡程度。遮阳系数越小，阻止阳光进入室内的效果就越好。
应用案例
一、案例引入
读懂素材中的施工图，假设该建筑建于我国冬冷夏热地区，试为其设计一套建筑节能方案。
二、案例分析
素材图纸当中的建筑建于我国冬冷夏热地区，即考虑建筑节能措施时需考虑满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。由此，其节能构造方案可考虑如下。
（1）地面部分的节能构造方案。首先考虑到建筑有不需保温的地下室，因此地面结构层可采用空心板，另外，还可考虑在防潮层之上设30 mm厚挤塑型聚苯板。考虑地面装修按室内使用功能不同而有不同区别，地面装修构造另行设计。
（2）外墙部分的节能构造方案。外墙可采用外墙外保温方式，其做法是在外墙外表面做一道界面砂浆后，粉胶粉聚苯颗粒保温浆料等保温砂浆20 mm厚。保护层及饰面用聚合物砂浆加耐碱玻纤布，最后用柔性耐水腻子嵌平，涂表面涂料。
应用案例
由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，因此它的优越性是十分明显的。它能避免建筑热桥，避免墙面冬季结露；可以保护主体结构，减少温度应力，增加结构寿命；它比内保温的建筑使用面积多；在既有房屋节能改造时不致干扰原有住户生活；能保持建筑外观美观。
（3）屋面部分的节能构造方案。该图纸显示其屋面有两种形式。
一边是平屋顶部分，可采用外侧绝热屋面，即采用轻质高强、吸水率极低的挤塑型聚苯板作为保温层置于屋面防水层外侧，既可防止阳光直接辐射其表面，又可延缓防水层老化。其构造示意图如图所示。
应用案例
另一边是坡屋顶部分，由剖面图可见，是利用阁楼做通风隔热屋面，对于斜屋顶的阁楼，因其内部的空气容积较大，热流由顶棚向阁楼内部传递，再通过阁楼经屋顶传向室外。在阁楼上设换气口（老虎窗），可通过换气向外传出热量，达到通风隔热的作用。这种坡屋面适合于冬季需要采暖、夏季需要隔热的地区的建筑节能。
（4）门窗部分的节能构造方案。门窗部分最大的传热部分是玻璃，为了提高热阻，所有玻璃采用双层中空玻璃，窗框、门框选择使用空腹铝型材，并在框料中嵌入聚酰胺断热装置。
思考与练习
1.什么叫建筑节能？
2.影响建筑节能的因素有哪些？
3.建筑节能的措施有哪些？
4.建筑的围护结构的节能做法有哪些？
一、思考题
二、实训练习
参观当地房屋建筑，了解其有无采取节能措施，针对已有的节能构造了解其构造特点。

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