淺議建筑外圍護節(jié)能設計和計算

1、淺議建筑外圍護節(jié)能設計和計算摘要：本文圍繞建筑外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設計就設計中一些重要參數(shù)值的計算方法進行了介紹和分析，并通過一些計算實例進行了驗證。同時對在建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能計算中的一些留意事項進行了說明。關(guān)鍵詞：建筑外圍護；節(jié)能設計；計算建筑節(jié)能設計涉及面很廣，主要的有兩個方面。一是建筑物在發(fā)揮其正常功能過程中的能耗問題。二是建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫、隔熱問題。也就是高效保溫隔熱材料的合理運用和正確布置，以削減外界環(huán)境對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。即圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)節(jié)能。建筑外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱措施主要包括屋頂、外墻、架空或外挑樓板以及室內(nèi)地面的保溫隔熱構(gòu)造的確定、材料的選用以及采納保溫門窗等措施。體形系數(shù)和建筑

2、外圍護面積有干脆關(guān)系，從降低建筑能耗的角度動身，應當將體形系數(shù)限制在一個較低的水平1。一般來說，限制體形系數(shù)大小的方法一是通過削減建筑的面寬，加大建筑的進深，面寬和進深之比不宜過大，長寬比應相宜。二是增加建筑的層數(shù)，多分攤屋面或架空樓板面積。三是建筑體型不宜改變過多，立面不宜太困難，造型宜簡練。我們可以通過規(guī)范中對建筑設計在節(jié)能方面所需限制并達到的各項規(guī)定性指標及要求來歸納出節(jié)能設計應熟識并駕馭的有關(guān)熱工參數(shù)及計算內(nèi)容！ 一、窗墻比和遮陽系數(shù)計算分析在建筑的外窗（含透亮幕墻下同）、墻體、屋面三大圍護部件中，外窗的熱工性能最差，是影響室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和建筑能耗的最主要因素之一。它的能耗約為墻體的3

3、倍，屋面的4倍，約占建筑圍護結(jié)構(gòu)總能耗的40%50%。因此，加強外窗的保溫隔熱性能，削減窗的熱量損失，是改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和提高建筑節(jié)能水平的特別重要環(huán)節(jié)。（一）窗墻面積比和傳熱系數(shù)一般窗戶的保溫隔熱性能差，夏季白天通過窗戶進入室內(nèi)的太陽幅射熱也多。窗墻面積比越大，采暖、空調(diào)的能耗也越大。因此從節(jié)能角度動身，必需限制窗墻面積比。一般狀況，應以滿意室內(nèi)采光要求作為窗墻面積比的確定原則。 1、窗墻面積比計算： 計算公式是：，Ac同一朝向的外窗（含透亮幕墻）及陽臺門透亮部分洞口總面積（m2）。Aw同一朝向外墻總面積（含該外墻上的窗面積） 這里還要明白的是要明白平均窗墻比的計算。整棟建筑某一相同朝向的

4、外墻面上的窗及陽臺門的透亮部分的總面積和該朝向的外墻面的總面積（包括外墻中窗和門的面積）之比。（二）外窗遮陽夏熱冬冷地區(qū)，通過外窗進入室內(nèi)的太陽輻射熱幾乎不經(jīng)過時間延遲就會對房間產(chǎn)生熱效應。因此，實行有效的遮陽措施，降低外窗太陽輻射形成的空調(diào)負荷，是實現(xiàn)居住建筑節(jié)能的有效方法。由于一般公共建筑的窗墻面積比較大，因而太陽輻射對建筑能耗的影響很大2。為了節(jié)約能源，應對窗口和透亮幕墻實行外遮陽措施。遮陽系數(shù)的定義為在法向入射條件下，通過玻璃構(gòu)件（包括窗的透亮部分和不透亮部分）的太陽輻射得熱率，和相同入射條件下的標準玻璃（3mm厚）的太陽輻射得熱率的比值，也可認為是太陽輻射能透過指數(shù)，一般狀況下是越小

5、越好。 例：某辦公建筑南面為（4米，8開間）32m，層高3米，四層，每層設窗（3米寬×1.5米高）各8個 ，每扇窗頂均設0.6m水平遮陽，求其水平外遮陽系數(shù)。按上海公共建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011，水平遮陽板的外遮陽系數(shù)應按下列公式計算確定：水平遮陽板： （-1）遮陽板外挑系數(shù)： PFAB （A.0.1.3）式中SDH水平遮陽板夏季外遮陽系數(shù)； ah、bh、計算系數(shù)，按表A.0.1取定； PF遮陽板外挑系數(shù)，當計算出的PF1時，取PF1； A遮陽板外挑長度（圖A.0.1）； B遮陽板根部到窗對邊距離（圖A.0.1）。圖 遮陽板外挑系數(shù)（PF）計算示意圖外遮陽系數(shù)查P3

6、8公式1 ，水平遮陽板查表A.0.1 南向，ah=0.47，bh=0.79，按公式及題目所給數(shù)據(jù)計算，其水平外遮陽系數(shù)為0.759。 例題中其他條件不變，現(xiàn)按節(jié)能要求選擇6+12+6一般中空玻璃斷熱鋁合金窗，請計算此方向窗是否能滿意公共建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011中規(guī)定性遮陽系數(shù)要求。依據(jù)公共建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011，查表乙類建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)限值得乙類建筑窗墻比為0.375，則K3.0 ；南側(cè)遮陽系數(shù)O.50；查表-3，6+12+6一般中空玻璃，K=2.8 ，SC（玻璃)=0.86，按上題所求：水平外遮陽系數(shù)SDh0.759；綜合遮陽系數(shù) 。

7、按規(guī)范要求南側(cè)遮陽0.50，計算結(jié)果為0.653大于0.5限值，故不滿意遮陽系數(shù)要求。若將題中的水平遮陽改為室外卷簾百葉，同樣玻璃規(guī)格，則當其為甲類建筑時，此方向可達到最大的窗墻比為多少? 查表上標公共建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011，室外卷簾百葉遮陽系數(shù)為0.3，則此建筑的綜合遮陽系數(shù)為SC=0.86×0.3=0.258，查P9表.1，得到當其為甲類建筑時此方向窗墻比為0.5-0.7。 從上述的計算中我們可知，固定水平外遮陽所達到的遮陽效果遠不如室外卷簾百葉的遮陽效果。設計時應綜合考慮造型、經(jīng)濟、美觀、好用要求。為滿意節(jié)能要求應優(yōu)先采納活動式外遮陽。二、維護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設

8、計和計算這里首先要知道幾個重要的計算公式。（一）熱阻計算：1、單一材料層的熱阻計算 j材料層厚度（m）cj材料計算導熱系數(shù)w/ (m·k) 。計算導熱系數(shù)為材料導熱系數(shù)和其修正系數(shù)之積按GB50176-93規(guī)范63頁附表4.1可得到各材料的 值。2、多層圍護結(jié)構(gòu)熱阻計算Rn-圍護結(jié)構(gòu)各層的單一熱阻3、圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻（R0）計算 R0=Ri+R+Re Ri內(nèi)表面換熱阻。按GB50176-93規(guī)范27頁附表2.2。 Re外表面換熱阻。按GB50176-93規(guī)范28頁附表2.3。內(nèi)表面換熱阻（Ri）、外表面換熱阻（Re）圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)表面空氣邊界層阻抗傳熱實力的物理量。一般狀況下Ri =0.

9、11（m2·k）/w。 Re=0.04（m2·k）/w（冬季）或0.05（m2·k）/w（夏季）。（二）傳熱系數(shù)（K）計算R0-圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻1、外墻平均傳熱系數(shù)（Km）計算(特別重要）： K p外墻主體部位的傳熱系數(shù)。KB1、KB2、KB3外墻周邊熱橋部位的傳熱系數(shù)。F p外墻主體部位的面積（m2）。FB1、FB2、FB3外墻周邊熱橋部位的面積（m2）。2、主體部位（墻體）傳熱系數(shù)計算：3、周邊熱橋（鋼筋砼梁、板、柱）傳熱系數(shù)計算4、主體部分面積Fp=房間開間×層高梁、板、柱和外門窗積。5、周邊熱橋部分面積FB1、FB2、FB3=鋼筋砼梁、板、柱各自的

10、面積。某居住建筑其結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，其外墻主體為240厚P型燒結(jié)多孔磚，保溫層為35厚膠粉聚苯顆粒漿料；其外墻主體部位構(gòu)造及主要熱工值分別為： 20厚混合砂漿R=0.023 240厚P型燒結(jié)多孔磚R=0.414 35厚膠粉聚苯顆粒漿料R=0.486 5厚抗裂砂漿(玻纖網(wǎng))R=0.005 彈性底涂、柔性膩子，外墻涂料；熱阻不計計算此外墻主體部位的傳熱系數(shù)。查閱全國民用建筑工程設計技術(shù)措施節(jié)能專篇建筑P68頁公式(-1)查得傳熱系數(shù)K計算，其中Ri內(nèi)表面換熱阻=0.11；Re一外表面換熱阻=0.04，可計算得K為0.93。同一建筑其熱橋部分構(gòu)造和主體相同主要熱工值分別為： 20厚混合砂漿R=0.

11、023 240厚鋼筋混凝土梁、柱(墻)R=0.115 （為簡化計算將熱橋部分的計算厚度和外墻主體的計算厚度取值相同） 35厚膠粉聚苯顆粒漿料R=0.486 5厚抗裂砂漿(玻纖網(wǎng))R=0.005 彈性底涂、柔性膩子，外墻涂料；熱阻不計 框架結(jié)構(gòu)體系，外墻主體和結(jié)構(gòu)性熱橋的面積比例為A=0.65， B=0.35，試計算此建筑外墻的平均傳熱系數(shù)。若此建筑的熱惰性指標D大于3.0，采納這種節(jié)能構(gòu)造能否滿意居住建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011中外墻規(guī)定性指標要求? 查閱全國民用建筑工程設計技術(shù)措施節(jié)能專篇建筑P68頁公式(-1)查得傳熱系數(shù)K計算，熱橋部分K=1.346，外墻平均傳熱系數(shù)。結(jié)

12、論：采納這種節(jié)能構(gòu)造因其熱惰性指標D大于3.0，所以能滿意居住建筑節(jié)能設計標準DGJ08-205-2011中外墻規(guī)定性指標K1.5的要求。通常狀況下，維護結(jié)構(gòu)主體和熱橋部位用相同厚度保溫材料，即可滿意規(guī)定性指標的要求。不同結(jié)構(gòu)體系的建筑，可通過簡化的手法估算出主體結(jié)構(gòu)和熱橋部分的面積比例，依據(jù)各構(gòu)造材料的熱工值，計算出其平均傳熱系數(shù)。 三、屋面的保溫隔熱屋面在整個建筑圍護結(jié)構(gòu)面積中所占的比例雖遠低于外墻，但對頂層房間而言，卻是比例最大的外圍護結(jié)構(gòu)，相當于五個面被室外氣候所包圍。屋面保溫隔熱性能太差，對頂層房間的室內(nèi)熱環(huán)境和建筑采暖空調(diào)能耗的影響是比較嚴峻的。 因此各節(jié)能規(guī)范對屋面的熱工性能均做

13、了嚴格的規(guī)定。 為了提高屋面的保溫隔熱性能，設計應遵循以下原則：1、應選用導熱系數(shù)（）小，蓄熱系數(shù)（S）大的保溫隔熱材料。 2、宜采納倒置式屋面保溫隔熱系統(tǒng)，防水層設置在結(jié)構(gòu)層以上、絕熱材料之下，兼作隔氣層。由于絕熱材料的愛護作用，使防水材料避開受到室外空氣溫度的猛烈波動改變和紫外線輻射影響及施工緣由，造成防水層的損壞。 3、保溫隔熱材料不宜選用吸水率較高的絕熱材料，以防屋面濕作業(yè)時，保溫隔熱層大量吸水，降低熱工性能。否則應設排水孔3。一般采納：聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS板）、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）、聚氨酯泡沫塑料等。 屋頂透亮部分（玻璃頂）設計：公共建筑屋頂透亮部分（玻璃頂）的面

14、積不應大于屋頂總面積的4%。居住建筑屋頂天窗必需實行節(jié)能設計。（上海市標準公共建筑建筑節(jié)能設計標準（DGJ08-205-2011）第規(guī)定。）屋面的熱工計算遵循維護結(jié)構(gòu)各項計算公式如：傳熱系數(shù)、熱惰性指標等，其中一個比較好用的用來計算保溫層厚度的公式為：-保溫層厚度(m)；-保溫材料的計算導熱系數(shù)w(m·k)；-規(guī)定的傳熱系數(shù)限值W(m·k)（依據(jù)所要計算的維護結(jié)構(gòu)部位確定）；-構(gòu)造層中除保溫層外的各層材料熱阻之和 (·KW) 分別查閱居住建筑節(jié)能設計標準DB3310152003中的兩種；K1=1.0；K2=0.8，用公式 ，=0.03X1.1=0.033，K1=1.0時：即約21mm厚。K2=0.8時：即約29mm厚；同理可計算各類公共建筑的屋面保溫層厚度的經(jīng)濟值。至此，我們可得出結(jié)論，不同性質(zhì)建筑由于規(guī)范對其節(jié)能的規(guī)定性指標要求不一樣，即使采納相同的屋面構(gòu)造做法，其保溫層厚度可有所不同。不需采納一刀切的手法。由于大部分屋面其構(gòu)造做法相對統(tǒng)一，因此利用公式及各層材料的熱工參數(shù)，可便利地計算出保溫層厚度。此外，值得留意的是，通常狀況下，居住建筑的樓板如不作保溫處理，則其傳熱系數(shù)是不能滿意規(guī)定性指標的要求的。各類建筑中底部接觸室外空氣的架空或外挑樓板作為外維護結(jié)構(gòu)的一部分，應進行保溫構(gòu)造設計。公共建筑建筑節(jié)能設計標準（DGJ08-205-