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华北科技学院节能材料毕业论文

华北科技学院毕业设计(论文)





1. 建筑节能的意义、检测方式…………………………………………………() 1.1 建筑节能的意义………………………………………………………………() 1.2 建筑节能检测方式……………………………………………………………() 2.国内外建筑节能概况……………………………………………………………() 2.1 外国围护结构传热系数的对比………………………………………………() 2.2 建筑能耗对比…………………………………………………………………() 3.围护结构节能设计………………………………………………………………() 3.1 墙体节能………………………………………………………………………() 3.1.1 复合外墙……………………………………………………………………() 3.1.2 单一材料外墙………………………………………………………………() 3.2 窗户节能………………………………………………………………………() 3.2.1 节能措施……………………………………………………………………() 3.2.2 对节能窗的评价……………………………………………………………() 3.3 屋面节能………………………………………………………………………() 3.3.1 屋面节能设计要点…………………………………………………………() 3.3.2 几种节能屋面………………………………………………………………() 4.建筑节能工程实例及经济技术分析……………………………………………() 4.1 建筑节能工程实例……………………………………………………………() 4.2 建筑节能技术…………………………………………………………………() 参考文献……………………………………………………………………………()

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建筑材料应用与建筑节能

建筑材料应用与建筑节能 建筑材料应用与建筑节能
摘 要:建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,也是当代建筑科学技 术的一个新的生长点。本文通过对建筑节能的意义、检测方式的阐述,对比国内 外建筑节能的诸多领域,集中介绍了我国在建筑节能方面取得的成就,特别是外 围结构节能技术。从三方面展开论述,有各部位结点构造示意图,各种作法的关键 技术优缺点,施工方法,需注意问题,技术经济社会效益等。 关键词:建筑节能;围护结构节能技术

Applications and construction of energy-efficient building materials
Abstract: Construction of energy-efficient construction is the development of the world in recent years a fundamental trend, but also contemporary construction of a new growth point of science and technology. The significance of the adoption of energy-efficient construction, testing methods described, and the construction of energy-efficient comparison in various fields and focus on the country's achievements in the construction of energy-efficient, energy-saving technologies in particular the external structure. Three started with, the body nodes tectonic activity, the key technology advantages and disadvantages of various approaches, methods of construction, attention to the issue, techno-economic social benefits. Key word: Building energy conservation; Wall structure of energy-saving technologies

1.建筑节能的意义、 1.建筑节能的意义、检测方式 建筑节能的意义
1.1 建筑节能的意义

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建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,也是当代建筑科学技术 的一个新的生长点。 抓住机遇, 不失时机地推进建筑节能, 有利于国民经济持续、 快速、健康发展,保护生态环境,实现国这发展的第二步和第三步战略目标,并 引导我国建筑业与建筑技术随同世界大潮流迅速前进。建筑节能是落实以人为 本,全面、协调、可持续的科学发展观,减轻环境污染,实现人与自然和谐发展 的重要举措. 统计数据表明,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中 所占的比例已从上世纪 70 年代末的 10%,上升到近年的 27.8%。而建筑最大的耗 能点是采暖和空调,据悉,我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的 55%。据 介绍,我国城乡既有建筑达 430 多亿平方米,数量如此之巨的建筑中,最乐观估 计,达到节能建筑标准的仅占 5%左右;即使是新建筑,也有 90%以上仍属于高能 耗。与气候条件相近的发达国家相比,我国每平方米建筑采暖能耗尽管约为发达 国家的 3 倍左右,但热舒适程度远不如人。无论从整个国际经济气候还是中国宏 观经济大势来看,中国能源问题已经日趋严峻,节约能耗势在必行,而建筑能耗 则是人们通常被忽视的重大问题。诸多有识之士,已经纷纷发起呼吁,认真重视 建筑节能问题。因此它的主要意义有: 1、有利于国民经济的发展:当前居住建筑节能效果较差,总能耗占社会总能耗 的 30%,容易导致用电高峰(夏季拉闸限电) 2、有利于环境保护 3、节约社会资源,提高生活水平 4、拉动建筑节能相关产业的发展:保温隔热性能、门窗的热工和气密性、采暖 空调系统等相关技术和产业的进步

1.2 建筑节能检测方式
现在建筑节能现场检测的主要内容是围护结构的传热系数(一般测外墙和屋 顶、架空地板),主要的检测方法有四种:一、热流计法;二、功率法;三、控 温箱-热流计法;四、温度场响应法。 一、热流计法 热流计法的本质要求是通过热流计的热流既是通过被测对象的热流,并且这 个热流平行于温度梯度方向,即通过热流计的热流为一维传导,不考虑向四周的 扩散。这样同时测出热流计冷端温度和热端温度,即可根据公式计算出被测对象
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的热阻和传热系数。如果不是这样,热流有分量,那么计算出的被测物的热阻偏 小,传热系数偏大。 这是国家检测标准首选的方法,在国际上也是公认的方法,但是这种方法的致命 缺点是必须在采暖期才能进行测试,这样就限制了它的使用。 二、功率法(就是俗称的热箱法) 热箱法作为实验室检测建筑构件热工性能的方法使用由来已久,通过检测单 位面积通过的热流量,计算出被测对象的热阻。因为要检测热流量,也要求达到 一维传热的条件,因此要把传向别处的热量剔除,这样根据剔除方式的不同又分 为不标定热箱法和防护热箱法。最近也有人用来进行现场检测,这样可以不受季 节限制都可以进行检测,但是在现场如何消除误差就是一个不容回避的问题。 三、控温箱-热流计法 控温箱-热流计法综合了上面两种方法的特点。用热流计法作为基本的检测 方法,同时用热箱来人工制造一个模拟采暖期的热工环境,这样既避免了热流计 法受季节限制的问题,又不用校准热箱法的误差,因为这是的热箱仅仅是一个控 温手段,不计量通过的功率。这种方法问世时间较短,还需要严密的理论推导和 实践检验。 四、温度场响应法 温度场响应法不记录通过被测对象的热流、功率,只记录温度及时间。当一 个物体的一侧被加热时,温度会升高,在经过一定时间后另一侧的温度也会相应 升高,记录这两个温度值和温度响应时间,就可以计算出被测对象的热阻或传热 系数。 这个对均质物质和在环境易控制的情况下是可以的,但是用来进行现场检测 恐怕要作大量的工作才行,包括设备都可能要自己开发,稳定性、重复性都要有 大量的、可靠的数据来支撑。前几年从天津某生产材料导热系数仪的厂家,就推 出过这种原理的仪器,事实上是一些不法骗子的把戏。 五、评估方法 (1)评估方法含义 一是如何评估单独构件中的热工节能性能,参数包括热阻、传热系数、热惰 性指标和内表面最高温度等;二是如何评估住宅建筑是否达到节能住宅建筑要

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求,即现阶段综合性指标达到节能设计标准。 英国建筑节能设计标准,第一个方法就是构件法,明确规定建筑外围护的屋顶、 外墙、外窗等应达到传热系数指标。第二个方法叫做目标传热系数法,把外围护 结构的平均传热系数与目标传热系数比较,小于目标传热系数的就符合节能设 计。第三个方法是碳指数法,把燃料的排碳量折算成指数,达到“8”以上就符 合节能设计,这样把燃料因素也考虑进节能设计标准中去,又进了一步。 美国的住宅建筑节能设计标准, 第一个方法也是规定了各部分构件的传热系 数,但是称作规定性指标;第二个方法是比较法,拿设计建筑同节能标准建筑进 行比较,耗能量小于标准建筑的就是合格的;第三个方法是采用 DOE-2 软件进 行计算,给出了一个性能能耗指标。设计建筑物小于该性能指标,即为合格。我 国夏热冬冷地区基本上同国际上的发达国家一致。 第一也是给出构件的规定性指 标,全部合格,不必再作繁复的计算,即为节能设计达标。第二是性能性指标, 需要计算才能确立其设计建筑是否达标。本标准根据执行节能标准的实际情况, 从可操作性和易于推广角度讲,提出前 2 种方法来评估住宅建筑节能。 (2)构件指标法 参照节能设计标准,规定窗墙比符合标准时,各单独构件的传热系数等性能 达到标准要求,即为建筑节能达标。 (3)比较法 本标准提出的比较,其理由是为了标准可操作性,同时跟上国外发达国家标 准。比较法理由在前说明里已有阐述。此条规定在窗墙比 0.25(东、南、西、 北) ,本标准评估住宅节能时各构件传热系数;窗为 4.7W/(m2K) ,屋顶传热系 数为 1.0W/(m2K) ,外墙平均传热系数 Km 为 1.5 W/(m2K)等,计算参考标准建 筑的耗能量。各传热系数是不随建筑变化的,但耗能量是一个随建筑及不同简化 计算公式、软件变化的数据。然后把设计、检测数据代入同样的计算公式软件进 行计算。只要设计、检测的建筑能耗指标小于标准建筑的数据,该住宅即为达到 节能住宅建筑。我们主张用比较法评估建筑节能综合指标达标问题,并已付之实 践。

2.国内外建筑节能概况 2.国内外建筑节能概况
2.1 外国围护结构传热系数的对比
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发达国家在经历了 1973 年 世界性石油危机后,普遍都把建筑节能作为国家 的大政方针,一方面从建筑立法和节能技术上予以保证,一方面从经济政策上加 以引导、鼓励或限制。为了推进建筑节能,各国都已颁布了若干项标准系列,组 成配套的标准系列。由于能源紧张和环境恶化的压力,随着科学技术的进步,各 国无不每隔几年就修订一次与节能有关的标准,不断提高节能要求,挖掘能源潜 力。如法国现在执行的,已是石油危机后第三个节能 25%的标准。英国标准中外 墙传热系数[单位为 W/ m2 ]限值, ( K) 1963 年为 1.6, 能源危机爆发后的 1974-1975 年即将至 1.0, 1982-1983 年又降至 0.6.1988 年再度减为 0.45.又如北欧国家 到 对建筑保温本来就比较重视,原来丹麦的建筑法规定,外墙按其自重不同,传热系 统应不大于 0.6 和 1.0,经 1977 年和 1985 年的修订逐步降低到 0.30 和 0.35, 而现在则分别降低到 0.2 和 0.3。德国节能规范中对建筑围护结构要求变动的情 况见表 1, 这些国家的标准中建筑节能的要求越来越高,而这些标准都得到认真 的遵守。其他发达国家的情况也与此类似。 我国居住建筑的保温要求,如果按 1986 年颁布的<<民用建筑热工程设计 程>>(JGJ24-86)和<<民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)>>(JGJ26-86), 以及要求 1996 年 7 月 1 日开始施行的<<民用建筑热工程设计标准(采暖居住建筑 部分)>>(JGJ26-95)对比,已有较大的提高。但问题是对 1986 年颁布的节能设计 标准大部分地区执行不力,绝大多数新建筑的保温水平仍停留在原热工规程的基 础上。
德国节能规范对建筑围护结构要求[W/(m K)]的变化 表 1 围护结构 外墙 窗户 外墙+窗户 通风屋顶 另一面为室外 空气的楼板 另一面为不采 暖的地下室的 楼板 ≤0.90 ≤0.51 ≤0.81 DLN4108 第 二部分 ≤1.39 双层玻璃 ≤3.50 ≤1.45 ≤0.45 0.45 ≤0.80 ≤3.10 ≤1.20 ≤0.30 ≤0.55 ≤0.55 ≤0.22 ≤0.22 ≤0.35 ≤0.30 ≤0.15 节能规范 77 WSVO77 节能规范 84 WSVO84 节能规范 95 WSVO95 ≤0.50 Kep≤0.70 低能耗建筑 ≤0.20 ≤1.50
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现将国内外建筑外围结构传热系数的比较列于表 2。其中北京和哈尔滨围护 结构传热系数为原热工规程和先后两个节能设计标准的限值, 几个发达国家的数
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据为现行标准对外围护结构传热系数的限值。在进行比较时,要注意不同国家、 不同地区气候条件的差别。一般情况是;气候越是寒冷,采暖度日越高,其建筑 外围护结构的传热系数的规定就应越是严格。
国内外建筑外围护结构传热系数[W/(m K)] 国别 北京 按热工规程 86 按节能标准 86 按节能标准 96 哈尔滨 按热工规程 86 按节能标准 86 按节能标准 96 瑞典南部地区 (包括斯德哥尔摩) 丹麦 外墙 1.70 1.28 1.16 0.82 1.28 0.73 0.52 0.40 0.17 0.20(重量〈100kg/m 〉 2 0.30(重量>100kg/m ) 柏林 英国 加拿 大 相当于哈尔滨采暖度日数 地区 相当于北京采暖度日数地 区 日本 北海道 东京都 0.50 0.45 0.27
2 2

表2 屋顶 1.26 0.91 0.80 0.60 0.77 0.64 0.50 0.30 0.12 0.15

外窗 6.40 6.40 4.00 3.26 3.26 2.50 2.0 2.9

德国

1.50 (双玻璃) 2.22

0.22 0.45 (1)0.17(可燃) (2)0.31 不可燃) (1)0.23(可燃) (2)0.40 不可燃) 0.23 0.66

0.36 0.42 0.87

2.86 2.33 5.51

由表 2 可见,目前我国建筑保温隔热水平与气候条件接近的发达国家相比, 差距相当大。大体上外墙差 4-5 倍,屋顶差 2.5-5.5 倍,外窗差 1.5-2.2 倍,门 窗气密性差 3-6 倍。

2.2 建筑能耗对比
欧美发达国家能耗量往往按工业、农业、交通运输、商业等行业及住宅领域 分别统计。建筑用能多归于住宅和商业范围,而工业建筑、农业建筑中的能耗当 然分别纳入工农业生产范围。各发达国家在其经济增长较快的发展阶段,随着人 民生活水平的提高,住宅能耗所占的比例也逐步增长。到了近期,其住宅能耗占 全国能源消耗总量的比例都相当高。在居住生活能耗中,各种用途能耗的比例, 由于各国国情的不同,也有相当的差别。对于天气寒冷期间较长的一些国家和地

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区,如西北欧国家、加拿大,采暖及供热水能耗均占住宅能耗中的大部分。 发达国家城市及乡村建筑到了冷天普遍采暖,在气温低于舒适温度时就开启 采暖设备。采暖系统也颇有不同,有的是自家安设小型锅炉的独户系统,有的是 一个小区、一个城市的区域系统,还有的是一个很大区域的联合系统。采暖系统 所用的能源主要不是用煤,而多是用煤气、燃料油或者电力,采用固体燃料的很 少,其采暖室温一般为 20-22℃,多设恒温控制,室温低(高)于所要求的温度 时即自行启动(停止)采暖。与我国相比,在相近的气候条件下,发达国家一年 内采暖时间较长,并常年供应家用热水;炎热地区建筑则安有空调设备。 发达国家认为, 已有建筑比每年新建筑多得多, 要使建筑节能取得大的成效, 就必须大力推进既有建筑的改造工作。 北欧和中欧国家的旧房按照新的节能要求 进行改造工作,在 1980 年前即已形成高潮,到了 80 年代中期即已基本完成。西 欧、北美的已有房屋,也早已逐渐组织节能改造,到现在仍在大规模地成片地进 行。 因此, 有些国家尽管建筑面积逐年增加, 但整个国家建筑能耗却大幅度下降。 如丹麦 1992 年比 1972 年的采暖建筑面积增加了 39%,但同时采暖总能耗却由 1992 年的 322PJ 减少到 222PJ,即减少了 31.1%;采暖总消耗占全国能源总消耗 的比例,也由 39%下降为 27%;每平方米建筑面积采暖能耗由 1.29GJ 减少到 0.64GJ,即减少了 50%。 多年以来,我国按规定只有采暖区中的城镇才可设采暖设施。所谓采暖区, 是指一年内日平均气温稳定低于 5℃的时间超过 90d 的地区。这条采暖区与非采 暖区间的界线大体上与陇海线东、中段接近,但略靠南,至西安附近斜向西南。 也就是说,尽管非采暖区很多地方冬天寒冷的时间也相当漫长。实际上采暖区南 部的一些建筑有的也无采暖设施,更何况广大北方农村。过去,供应非采暖区及 北方、南方农村的采暖用商品能源甚少,其结果一是亿万人们受寒冬折磨,二是 广大山林田野的柴草受灭顶之灾。总之,我国采暖地区所占比例还较小。当然, 在市场经济条件下,所谓采暖区的界线是限制不了的,也不该进行限制,还应指 出的是,我国采暖建筑室温很不均匀,极少数房屋采暖室温过高,大多数房屋偏 低,有些甚至很低。总的情况是,采暖温度较低。 从多方面情况综合分析,与气候条件接近的发达国家相比,我国建筑围护结 构的保温隔热水平差得很远, 采暖系统的热效率相当低, 也缺乏控制调节。 但是,

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发达国家独户住宅和联户住宅多,其建筑体型系数较大,欧洲国家冬季通过太阳 辐射热较少。因此,从总体上看,我国单位建筑面积采暖能耗为同等条件下发达 国家的 3 倍左右。

3.围护结构节能设计 3.围护结构节能设计
1973 年国际石油危机以后,在建筑领域出现了建筑节能这个世界的大潮流。 这个大潮流, 首先席卷了所有的发达国家, 它带动着多方面的建筑技术蓬勃发展, 使许多建筑用产品不断更新换代,甚至使建筑业的组织结构也产生种种变化,其 表现主要是:建筑围护结构的变化。 传统的建筑外围护结构往往是承重功能与保温隔热功能相结合,构造较为简 单,单纯用砖石、混凝土或木材筑成,外窗、外门也相当单薄。这种材料的保温 热效能很差。例如,传统的普通粘土砖砌体的导热系数高达 0.81W/(m2k) 。而近 期迅速发展、能够工业化大生产的泡沫聚苯乙板、岩棉板、玻璃棉板等高效保温 材料,则可低到 0.035-0.04W/(m2k)左右,也就是说,其保温效能可以高出 20 倍。于是,人们了解到,用高效保温材料、隔汽材料和覆面加强材料组合而成的 复合墙体,可以以薄得多的结构,取得高许多倍的保温热效果。与此同时,建筑 外窗也发生巨大变化,玻璃品种多种多样,保温性能也大为改善。

3.1 墙体节能
墙体材料是我国建材工业的重要组成部分,其产值接近建材工业总产值的 1/3,能耗占建材工业总能耗的一半左右。我国墙体材料生产每年能耗超过 5000 万吨标准煤,建筑采暖能耗近 1 亿吨标准煤,合计占全国能源消耗总量的 15%; 砖瓦企业占地 450 万亩,达全国建材企业占地的 67%,每年烧砖毁田 7—8 万亩; 墙体材料年运输量达 200 亿公里以上,占全国短途运输量的 1/6 以上。 另一方面,新型墙体材料节能、节土、利废的效果十分明显。我国现有的空 心砖、混凝土砌块、多种利废砖、加气混凝土等新型墙体材料的生产平均能耗每 万块为 0.7 吨标准煤,比实心粘土砖每万块约低 47%;建造达到《民用建筑节能 设计标准》的建筑,采暖能耗节能率达 30%—50%。 因此,我国正在大力开发和推广节土、节能、利废、多功能、利于环保并符 合可持续发展要求的各类新型墙体材料。 3.1.1 复合外墙
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(一)内保温复合外墙 1. 内保温复合外墙的构成:内保温复合外墙有主体结构与保温结构两部分, 保温结构是由保温板和空气间层所组成。对于复合材料保温板来说,是 有保温层和面层,而单一材料保温板则兼有保温和面层的功能,见图 1

图 1 复合材料保温板和单一材料保温板

主体结构一般为砖砌体、混凝土墙或其他承重墙体。保温结构中空气间层作 用,一是防止保温材料受潮,二是提高外墙的热阻,但空气间层的设置主要是防 止保温层吸湿受潮。 外墙内保温做法由于施工为干作业,保温材料避免了施工水分的入侵而受 潮,但是采暖房间,外墙内外两侧存在温度差,便形成了内外水蒸气分压力差, 水蒸气逐渐由室内通过外墙向室外扩散。 内保温复合外墙无论是哪种主体结构都 较其内侧的保温结构密实,因此,为了保证保温层在采暖期内不受潮(使其重量 湿度增量不超过《民用建筑热工设计规范》的规定值) ,必须采取有效措施加以 解决。在内保温复合外墙的构造中,没有采取在保温层靠近室内一侧加设隔汽层 的办法来处理, 而是在保温层与主体结构之间设置一个空气间层来解决保温材料 受潮问题。这种处理方法的优点是:防潮效果可靠(传统的隔汽层安设中,如果 不够严密,会造成水蒸气乘隙而入的后果,于春、夏,秋三季时,由于隔汽层的 设置,湿汽反而不易向室内一侧排放) ,空气间层还可增加一定的热阻,也较设 置隔汽层的造价低。

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1990 年 4 月 19 日,于三幢住宅建筑中,从内保温复合外墙复合保温内分别 取出三种保温材料进行测湿,结果是:在这种设有空气间层的构造中,投入使用 两冬后,其重量湿度增值均未超过《民用建筑热设计规范》GB50176-93 规定的 允许增值,可以防止保温层在采暖期内受潮。见表 3
三种保温材料经过采暖期后重量温度增值 表3

2.内保温复合外墙构造的热工要求:内保温复合外墙的构造上不可避免地 形成一些热工薄弱的节点,必须加强保温措施。 (1) 龙骨部位:龙骨一般设置在板缝处。以石膏板为面层的现场拼装保温板必 须采用聚苯石膏板复合保温龙骨。在一个工程内,非保温龙骨与保温在板 缝处的表面温度将低率如表 4。
表面温度降低率 表4

(2) 丁字墙部位:在此处形成的热桥不可避免,但必须采取措施保证此处不结 露。解决的办法是保持有足够的热桥长度,并在热桥两侧加强保温。根据
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图 2 和表 5 所列,以“Ra”和隔墙宽度“S”来确定必要的热桥长度“L”, 如果“L”不能满足表列要求,则应加强此部位的保温做法。

图2

确定热桥长度示意

根据 R,S 选择 L 值计算表

表5

在一个工程内, a”为 1.12 ㎡ K/W,“S”没有达到 250 ㎜,L 没有达到 330 “R ㎜,丁字角处只有 10.15℃(接近室温 18℃、相对湿度 60%状况的露点温度)降 低率为 35.4﹪,从构造上对此处加强保温后,降低率可减少到 17.9﹪(见表 6) (2)(3) 拐角部位:拐角部位温度与板面温度相比较,其降低率是很大,加 强此处的保温后,降低率减少很多,见表 7。

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加强保温后降低率比较

表6

拐角加强保温后降低率比较

表7

(二)外保温复合外墙 外保温复合外墙构造:在主体结构的外侧贴以保温层。 3.1.2 单一材料外墙 (一)空心砖外墙 粘土空心砖外墙的构造及热工性能见表 8。

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粘土空心砖外墙构造及热工性质 构造 非承重、三排孔、24cm 厚,内侧无面层 非承重、三排孔、24cm 厚,内侧 2cm 普通砂浆 非承重、三排孔,内侧抹 3.5cm 石膏珍珠岩保温砂浆

表8 墙体传热系数 K0[W/(m k)] 2.403 2.335 1.806
2

(二)空心砌块外墙 1.普通性。热工性能不低于表 9。
普通型热工性能 墙厚(mm) 290 240 300 组合厚 名称 空心砌块(两面抹灰) 空心砌块(两面抹灰) 空心砌块(两面抹灰) 表9 热阻[W/(m k)] 0.75 0.605 0.766
2

砌块外墙热工性能见表 10。

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华北科技学院毕业设计(论文) 砌块外墙热工性能 表 10

2.盲孔复合保温性。这种制品是采用炉渣混凝土与高效保温材料聚苯板复合,其 构造图见图 3。

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图 3 盲孔复合保温型构造示意

3.2 窗户节能
窗户也许是建筑物外围护结构中最复杂、最有趣的基本要素。从居住者的角 度来看, 窗户提供的基本功能除采光、 景观、 通风之外, 还要使使用者感到舒适。 玻璃占整个窗户面积最高可达 80%以上,在满足窗户的基本功能之外,还直接影 响建筑整体的节能效果。 3.2.1 节能措施 (一)减少渗透量 1.密闭条的设置:设置密闭条是达到气密、隔声的必要措施之一。采用这 种措施,有的往往不能达到较佳效果,其原因:①密闭条采用注模法生产,断面 尺寸不准确,且不稳定,橡胶质硬度超过要求。②型材断面较小,刚度不够,致 使执手部位缝隙严密,而在窗扇两端部位形成较大的缝隙。因此,随着钢窗型材 的改进,必须生产、采用具有断面准确、质地柔软、压缩性比较大、耐火性较好 等特点的密闭条。 2、密闭系数的确定和应用:建筑物由门窗缝隙渗入的冷空气量是由门窗两侧所 承受的风压差和热压差所决定的,而影响因素是很复杂的,一般来说,风压差和 热压差与建筑物的形势、门窗所处的高度、朝向及室内外温差等因素有关。

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然而,我们可以把采取密闭措施的各种窗型测出的气密性数据与未加密闭处 理的窗型(一般窗缝构造)气密性数据相比,求密闭系数,然后在工程计算处不 同朝向、 高度等条件下的窗户渗透量乘以密闭性能不同的密闭系数来解决窗户渗 透量计算问题。规定的空气渗透性见表 11
GB7107-86 规定的空气渗透量 等级 m /mh (压差=10Pa)
3

表 11 Ⅳ ≤4.0
3

Ⅰ ≤0.5

Ⅱ ≤1.5

Ⅲ ≤2.5

Ⅴ ≤6.0

根据国家规定的检测方法,测的一般的窗缝构造渗透量,约为 4.5 m /mh,在 密闭系数测算中取 4.5 m3/mh,为了趋于安全和计算方便,在测算中各级采用其下 限值,建议密闭系数取值如表 12
密闭系数取值 空气渗透性分级 Ⅲ级 Ⅱ级 Ⅰ级 密闭系数测算 2.5/4.5=0.555 1.5/4.5=0.333 0.5/4.5=0.111 表 12 密闭系数建议取值 0.6 0.4 0.2

根据建议的密闭系数进行计算, 采用Ⅲ级窗可以减少房间冷风渗透量的能耗 40%; 采用Ⅱ

级窗可以减少该项能耗 60%;采用Ⅰ级窗则可以减少该项能耗达 80%之多。 (二)减少传热量 1.保温措施:改善窗户的保温性能需要解决镶嵌材料玻璃和窗框,扇型材 两部分。 (1)镶嵌材料总分保温性能的提高主要是利用两层玻璃中间的空气间层热 阻较大的原理, 双层窗和单层玻璃都是这一道理, 只是空气间层的厚度有所不同, 一般来说,空气间层厚些,热阻较大,但在单层双玻璃中的空气间层不取得较大 厚度。目前我国采取的是双玻璃构造绝大部分是简易型,双玻璃形成的空气间并 非是绝对严密的。而且一般不作干燥处理,窗户在冬季使用时,很难保证外层玻 璃的内侧表面在任何阶段都不形成冷凝。同时,在窗型的设计中应该在构造上提 供容易擦玻璃内侧表面和下方框部位的条件。 密封中空双层玻璃构件是国际上流行的第二代产品。国内目前已引进并建成 了为数不少的生产线。这种产品由于密封空间内装有一定量的干燥剂,在寒冷的 季节时,空气内的玻璃表面温度虽然较低,但仍然可不低于其中干燥空气的露点 温度。这样就避免了玻璃表面结露,并保证了窗户的洁净和透明度。因其中是密
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闭,静止的空气层,使热工性能处于较佳而又稳定的状态。由于工艺复杂、材料 昂贵,造价很高,因此,目前国内一般建筑还无法采用,仅在一些标准较高的公 共建筑,民用建筑中应用。 (2)框扇型材部分保温的加强采用如下办法:采用导热系数小的材料截断金属 框扇型材的热桥, 这在一些窗型中试用, 效果很好, 利用空气层截断钢框的热桥。 目前应用的双樘串联钢窗即以此作为断热的一种有效措施; 采用复合型框扇如钢 塑型、钢木型、木塑型等;采用低导热材料的框扇材料如塑料等。 2.通过双玻间距、框扇百分比与传热系数的关系曲线进行能耗分析。不论 是那种节能窗型,空气间层的薄厚与传热系系数的高低有一定的规律性,在同样 的材质、构造中,空气间层愈大,传热系数愈小。但是在钢料型中空气间层厚度 达到一定程度,传热系数的降低率就很小了。例如,空气间层由至 9mm 至 15mm, 传热系数降低 10%;15mm 至 20mm,降低 2%。因此,超过 20mm 厚的空气间层厚度 再加大效果并不明显。另外,由于塑料导热系数较小,较钢料型的传热系数要小 很多。 钢木型较钢塑型的传热系数要小些。 尽管塑料 (PVC) 的导热系数为 0.16W/M C 小于木材的导热系数 0.23W/mc,但从复合型框构件来看,木质配件的热阻大 塑料配件(木质配件厚度大于塑料配件厚度) ,因此,钢木型略小于钢塑型的传 热系数是符合规律的。 木塑型主要是木质窗,部分附有塑料配件,其传热系数小于在主料中设有金 属衬筋的塑料型的传热系数。 除了空气间层的厚薄对这一窗型的传热系数有较大影响外,窗的框扇面积占 窗面积的百分率也有一定的影响。一般来说,窗框面积比重较大,窗的传热系数 则有所提高。然而,在低导热的塑料框及钢塑框型中,其面积比例的变化,则是 相反的情况。 3。高层外窗传热系数附加率。由于日照影响,外窗在不同方向的修正系数 已在《细则》中规定。因高层风速增加,对外窗传热系数应给予附加,表 13 所 示为单玻璃窗与双玻璃窗位于不同时传热系数的附加率

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华北科技学院毕业设计(论文) 不同高度传热系数的附加率 气象条件 楼层 7~10 层 室外风速 3m/s (迎风面) 11~13 层 14~19 层 20 层以上(含 20 层) 单玻璃 K0 附加率 1% 2% 3% 4% 楼层 8~15 层 16~22 层 23 层以上(含 23 层) 表 13 双玻璃 K0 附加率 1% 2% 3%

4、节能窗型在工程中应用的实际效果。1989 年底,北京市节能示范小区安苑北里北区建成了采用节能双玻窗的小学工程。1990 年 1 月,北京市建筑设 计研究所该校三层北向教室的这种节能窗(保温性能 ko=3.41w/㎡c 空气渗透 性Ⅱ级)进行了温度实测在同一教室内,把另一套双玻璃的子扇打开固定,形成 单玻璃窗同时测试。从 24h 平均温度看:①双玻窗的内侧玻璃内表面温度高达 13.7℃,已经高于此教室外墙内表面温度 0.7℃,且仅低于室内温度 3.2℃,远 远小于室温与外墙内表面温度不得大于 6℃规定。②两层玻璃内外表温差达 9。 65℃,而单玻璃内外表面温差只有 2。45℃。 ,③两玻璃之间有四根导线出入, 使两玻璃空气间层的密闭受到一定影响。 因此, 认为在非测试阶段 (正常使用时) 的实际热阻将较大。效果会更好些,说明双玻璃窗的节能效果是很显著的。 3.2.2 对节能窗的评价 当前,国家已经先后制定了建筑外窗物理性能的各项国家标准,并由国家建 筑工程质量监督检测中心负责检测, 建设部和北京市也先后制定了 《标准》 《细 和 则》 。这样,就为了节能窗型的研制、评价和应用研究提供了理论上和技术的依 据。 (一)物理性能 国家标准在建筑外窗物理性能方面有隔声性能、采光性能、雨水渗漏性能、 抗风压性能、空气渗透性能和保温性能等,充分说明窗户作为建筑的一部分围护 结构的重要性。对节能评价,目前多采用雨水渗漏,抗风压,空气渗透和保温四 性。 《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》 在 (GB8484-87) 5.2.1 条中明确: 第 “目前的计算中, 通常将通过窗户缝隙空气渗透热损失与通过窗户的传热损失分 开考虑。因此在测定窗户传系数时,窗户缝隙应作密封处理,以消除空气渗透的 影响。 ”这一点是非常重要的,在试验冷室一侧模拟室外气候条件,除了气温稳 定在-20℃左右,还使被除数测窗户处于 3m/s 风速的条件下(平行于窗户,相当
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于东向)这一渗透耗量随密封到Ⅰ级窗的密闭水平(密闭系数 0.2) ,由渗透产 生的耗热量约为传热量的 10%左右,假如某窗提供的传热系数为 3.5w/㎡℃,在 室内外温差 38℃, 传热面积 2.16 ㎡条件下, 其实际传热量应为 287-28.5=258.5w, 而实际传系数应为 258.5÷(2.16×38)=3.15W/㎡℃,如果渗透耗热量再小一 些,为Ⅰ级窗密闭系数 0.2 有/1/2 的其实际传热系数则为 3.32w/㎡℃,可见, 在检测时究竟采娶什么样的密封处理才可消除空气渗透给予的影响, 并使这种处 理方法在各种窗型的检测中保持稳定和一致性, 我认为在密封的做法上应加以规 定,并提出误差范围。 (二)使用功能 1. 窗户的使用过程中,当玻璃破损、更换是否方便;双层玻璃中间内表面

出现污染,擦抹是否便利等。 2. 窗户使用的耐久性,例如:金属框扇的耐腐蚀性,特别是在某些表面不

易作处理的部位;塑料框扇的耐老化和木质框扇胀缩形等到问题。 3. 窗户的外观:在建设立面围护结构中除了墙体之体,就是窗门,因此,窗户 在满足各项物理性能和使用要求的前提下,应具有与整个建筑谐调的外观, 外观在构造上有框扇的尺度问题,框扇过宽除了不美观之外,在采光方面和 保温方面都是不利的,在表面的处理上主要是色彩的选择,它直接影响外观。 (三)节能经济评价 节能窗型在建筑中应用,有一个很重的问题:节能窗与 1980 年住宅通用设 计中采用的窗户对比,节约多少耗煤量,每个供暖期可节省多少采暖费用,以及 因采用节能窗多投资部分在很多长时间内可以回收。

屋面节能
建筑能耗在我国总能耗中所占的比例是很大的,约为 25%-40%。与世界发达 国家相比还有相当大的差距,例如,我国绝大多数采暖地区围护结构的热功能性 都比气候相近的发达国家要差许多,外墙传热系数为他们的 3.5-4.5 倍,外窗为 2-3 倍,屋面为 3-6 倍;而且单位建筑面积的能耗还很高,能源利用率还很低, 仅为 28%,欧美平均近 50%,日本为 57%。但是我国的可利用能源是极为有限 的,这已经引起了我国的高度重视。提高围护结构的保温性能是降低建筑能耗的 关键。屋顶作为一种建筑物外围护结构所造成的室内外温差传热耗热量,大于任
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何一面外墙或地面的耗热量。因此,加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大,节 能效益却很明显。 3.3.1 屋面节能设计要点 1.屋面保温屋不宜选用容重较大、导热系数较高的保温材为,以防止屋面重 量、厚度过大。 2.层面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防止屋面湿作业时,保温 层大量吸水,降低保温效果。如果选用了吸水率较高的保温材料,屋面上应设置 排气孔以排除保温层内不易排出的水分。用加气混凝土块作保温层的屋面,每 100 ㎡左右应设置排气孔一个。如图 4

图 4 排气孔设置

3.3.2 几种节能屋面 以下几种做法及其热工、节能指标,均为不上人屋面构造,多层或高层建筑 均可选用,防水层可采用各种冷作业施工。 (一)高效保温材产保温屋面 1.节能复合屋面 1-A,聚苯板保温屋面,见图 5

图 5 聚苯板保温屋面

2.节能复合层面 1-B,再生聚苯板保温屋面,见图 6
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建筑材料应用与建筑节能

图6

再生聚苯板保温屋面

(二)架空型保温面层 1.节能复合屋面 2-A,架空型岩棉板保温屋面,见图 7

图7

架空型岩棉板保温屋面

2.节能复合屋面 2-B,架空型聚苯板保温屋面,见图 8

图 8 架空型聚苯板保温屋面

3.节能复合屋面 2-C,架空型玻璃棉板保温屋面,见图 9

图 9 架空型玻璃棉板保温屋面

(三)保温、找坡结合型保温屋面(浮石砂保温屋面) 节能复合屋面保温、找坡结合型保温屋面,见图 10
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图 10 保温、找坡结合型保温屋面

(四)倒置型保温屋面(外保温屋面) 倒置式屋面是与传统屋面相对而言的。所谓倒置式屋面,就是将传统屋面构 造中的保温层与防水层颠倒,把保温层放在防水层的上面。 倒置式屋面的定义中, 特别强调了“憎水性”保温材料,工程中常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水 泥蛭石、矿棉岩棉等都是非憎水性的,这类保温材料如果吸湿后,其导热系数将 陡增,所以才出现了普通保温屋面中需在保温层上做防水层,在保温层下做隔气 层,从而增加了造价,使构造复杂化。其次,防水材料暴露于最上层,加速其老 化,缩短了防水层的使用寿命,故应在防水层上加做保护层,这又将增加额外的 投资。再次,对于封闭式保温层而言,施工中因受天气、工期等影响,很难做到 其含水率相当于自然风干状态下的含水率: 如因保温层和找平层干燥困难而采用 排汽屋面的话,则由于屋面上伸出大量排汽孔,不仅影响屋面使用和观瞻,而且 人为地破坏了防水层的整体性,排汽孔上防雨盖又常常容易碰踢脱落,反而使雨 水灌入孔内。倒置式屋面与普通保温屋面的比较如下表,由表 14 可知,倒置式 屋面的优越性显而易见。

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建筑材料应用与建筑节能 节能屋面优劣比较表 性能工法 保温隔热性 施工方便性 USD 屋面(XPS) 极佳 施工简易、质轻好 搬、易切割、施工 期短、成本无形中 降低 极小(40kg/m3) 几乎不老化,可以 说与建筑物同寿无 翻修问题 不需要 屋顶可再利用,如 花园 无特别要求甚至雨 天也可施工 不需专业训练施工 极为简易人人都会 方便只要移开 XPS 即可 BUR 屋面 视选用材料 需考虑防水层的施 工与防水材料的选 用,要配合绝热材 增加施工麻烦 视选用材料 防水层一旦破裂, 绝热材可能也会老 化分解 某些情况需要,如 室内是潮湿环境 高 需晴天 因在防水层下方先 选用材料决定施工 难易 一旦修补可能连绝 热层都一齐伤损 表 14 水泥珍珠岩屋面 高厚度才能达到 XPS 的标准 施工困难、搬运慢且需要做 隔气层与排气孔,施工期长, 成本无形中增加 极大(400kg/m3) 一旦受潮就开始有老化分解 现象,时候一到就要翻修 一旦受潮就开始有老化分解 现象,时候一到就要翻修 因有隔气层再利用性低与不 便 需好天气 施工人员需训练过

屋顶结构负荷 老化性

排气孔隔气层 屋顶使用性 施工气候性 施工队专业性

防水层日后维修 性

不易

外保温屋是把保温层置于防水层的外侧,而不是传统采用的屋面构造防水层 置于整个屋面的最外层,此种屋面的防水屋设在保温层的下面,可取得不直接被 太阳辐射的条件,其表面温度升降幅度大为减小,从而延缓了防水层老化进程。 延长其使用年限。其构造见图 11

图 11 外保温屋面构造

4.建筑节能工程实例及经济技术分析 4.建筑节能工程实例及经济技术分析
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4.1 建筑节能工程实例
2005 年 6 月 29 日, 备受瞩目的世界首座整栋采用真空玻璃幕墙的写字楼—— 天恒大厦隆重落成。作为科技引领地产的杰出代表,天恒大厦首次引进真空玻璃 幕墙技术,并因其“高舒适度低能耗”的建筑物理技术与建筑艺术的完美结合, 赢得市场一致赞誉。据专家介绍,天恒大厦采用的新型环保真空玻璃幕墙具有保 温隔热隔声的功能,也是现代办公环境的温度控制专家。其保温隔热性相当于 370mm 厚度实心粘土墙砖,是普通中空玻璃的两倍,是单片玻璃的 4 倍;其隔声 性能达到五星级酒店静音标准,可将室内噪音有效降至 45 分贝以下,从而营造 出超静音的 OFFICE。另外,真空玻璃可有效防止冬天窗户结露,使空间通透明 亮,并可有效减小室内外温差,防止冬天窗边引起的“冷吹风”和“冷辐射”, 使环境更加舒适。同时,真空玻璃的抗风压性能是中空玻璃的 1.5 倍,给人以超 强的安全感。为了完美呈现出健康环保的产品精神,天恒大厦还采用了分层分户 独立控温的中央空调系统,充分体贴考虑业主的不同需求,独立调控室内温度, 自由创造独立鲜风。健康、节能、环保、高效的特点完全遵循国际 Class A 顶级 写字楼标准,有效避免空气污染。在产品设计上,天恒大厦彰显了办公环境的全 面进化:独有 3.6 米超高层高,8 米超短进深,灵活实用,开放自主,任由国际 化企业随意发挥,塑造合理的商务空间。同时实现双向或多向采光,保证每一个 角落最大限度地享受自然光,充分展示了建筑对使用者舒适度要求的最大满足。 天恒大厦引入超 5A 智能系统,实现楼宇自控系统(BAS)、信息自动化系统(CAS)、 办公自动化系统(OAS)、安保监控系统(SAS)、消防自动化系统(FAS)等国际标准 5A 智能,科技独领,方便数字化办公。 天恒大厦发展商——北京万亨房地产

开发公司副总经理褚宏亮先生表示:天恒大厦位于东直门立交桥东南角,紧邻第 二使馆区,并与中石油、中石化、中海油、中人保、中国电信、中青旅等 12 家 超大型企业总部为邻,地理位置非常优越。天恒大厦是北京唯一汇集三条地铁的 写字楼,坐拥环线地铁、地铁 13 号线及建设中的机场磁悬浮铁路;同时,天恒 大厦又是二环路、东直门外大街和机场高速路的交汇处。如此便捷的交通极大提 高了商务办公的工作效率,节省了时间成本,也使投资天恒大厦的客户获得巨大 的升值空间。 对于区域价值的深刻理解使得发展商倾力打造一个气度非凡的写字 楼产品。此外,天恒大厦率先采用套内面积来计算价格,这就避免了面积缩水,
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建筑材料应用与建筑节能

也让客户能够更直观地进行检测。秉承“科技服务于人”的理念,天恒大厦采用 了一系列高科技成果,开创了写字楼生态办公新纪元,必将为京城写字楼市场带 来一股宜人的“科技”之风。

4.2 建筑节能技术
建筑节能是一门综合性学科,它涉及到建筑、施工、采暖、通风、空调、照 明、电器、建材、热工、能源、环境、检测、计算机应用等许多专业内容,是在 许多学科边缘的交叉和结合后形成的,因此建筑节能技术也是一门综合性的技 术,包含了多个领域。 建筑节能发展的重点领域为研究新型低能耗的围护结构(包括墙体、门窗、 屋面)体系成套节能技术及产品;新型能源的开发和能源的综合利用,包括太阳 能、地下能源开发利用和能源综合利用,室内环境控制成套节能技术的研究和设 备开发;利用计算机模拟仿真技术分析制冷空调系统,对制冷空调系统进行智能 控制,最大限度减低运行能源现有建筑的节能改造成套技术,特别是围护结构和 采暖空调系统改造; 建筑物室内温度和湿度控制技术和冷热量计量收费技术及产 品。 建筑节能的关键技术:围护结构的热传递机理;节能指标体系优化方法以及 建筑低能耗围护结构组合优化设计方法,冷热源的优化运行方式,包括制冷采暖 系统运行情况优化调控,冷热负荷的预测技术,开发调节控制软件等;建筑室内 温度控制和冷热量计量控制成套技术,包括适合中国国情的控制产品,冷热量计 量装置的研制,计量收费系统的数学模型和软件,自动计量及收费网络系统的开 发;新能源供热制冷成套技术的研究开发,包括地热能、太阳能、地下和地面水 体蓄能等的开发利用,低能耗建筑的综合设计体系研究,建筑设计、环境控制和 节能设计的优化匹配,节能建筑和节能设备优选和集成,以及相应优化节能设计 软件的开发等。

参考文献:
[1]涂逢祥.建筑节能技术.1996 [2]吴之乃.建筑业十项新技术及其应用.北京:中国建筑出版社,2001 [3]筑能网. [4]建筑节能信息网.
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