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关键字:建筑节能 标准
我国20世纪60年代中期至70年代,由于片面的强调降低基本建设的造价和减轻结构自重,导致一再削弱维护结构的保温隔热水平,采暖和空调能耗大 ,经济和社会效益都很差。现我国建筑用能已接近全国能源消费总量的1/3。
建筑在我国分为工业建筑和民用建筑。工业建筑本身能耗不大,所以国家还未对工业建筑作节能方面的要求。民用建筑又分为两大类:居住建筑和公共建筑.在各专家编写规范之前的社会调查阶段中由电业总局与燃气公司提供的数据显示:就目前
热系数,单位是w/m .k。λ为此公式求值过程中的关键数据,也是每种材料的固有的属性。她的名词解释为:1m厚的物体,两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位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。例如:普通混凝土λ=1.74w/m .k,钢筋混凝土λ=1.51w/m .k,多孔砖λ=0.58w/m .k,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047w/m .k,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216w/m .k,(这种材料在全球范围内尤其在欧美等发达国家作为建筑绝热工程中最普遍使用的材料),而铸铁λ=49.9w/m .k。实际的工程应用中,卡特比勒办公楼的外墙部分设计采用聚异氰脲酸酯(pir),这种更新型的材料λ=0.020w/m .k,属绝热材料。这便是维护结构的传热系数k值的求解过程。
778论文在线 / 下面结合《公共建筑节能设计标准》对上海地区的各部分围护结的隔热要求构逐一探讨:
1.屋面:k≤0.70w/m2.k
我们的习惯做法一般可以满足这个要求。例如:120厚现浇混凝土楼板+20厚水泥砂浆找平层+泡沫混凝土找坡层最薄30厚+40厚的λ=0.03w/m .k挤塑板(xps)+防水层+20厚水泥砂浆保护层,这样的做法就可以达到k≤0.60w/m2.k。须注意关键的保温层一般应选用40厚挤塑板,若选用聚苯板,厚度应增加至60。
2.外墙:k≤1.0w/m2.k
不作外墙保温的习惯做法是绝对达不到这个新规范要求的。例如:20厚水泥砂浆+240厚多孔砖+20厚水泥砂浆的无外墙外保温的传统构造传热系数k=1.66w/m2.k,即便在前段时间简易的外墙保温做法-保温砂浆,也达不到规范的新要求。经计算得知:在墙体与外墙砂浆之间增加20厚的λ=0.03w/m .k挤塑板,这样的构造使得外墙整体的传热系数k=0.86w/m2.k<1.0w/m2.k。这叫做外墙外保温技术,是业界内公认的一种效果很好的做法。他的优点是技术成熟,产品寿命较长,也可使外墙的主要部分受到保护,大大降低温度应力的起伏,提高结构的耐久性。但他的缺点是在高层建筑中有安全隐患,外墙面砖的做法受到限制。外墙内保温的做法不能很好的解决建筑热桥的问题,同时房间内部使用和改造都受到很大的限制,所以现在工程上已很少用这种做法了。还有一种做法叫做中间保温,做两层墙,中间夹保温材料,这种做法效果好,是建筑保温的发展趋势,国外的工程中这种做法早已普及,在我国的发展受到限制主要是因为一造价高,二构造做法与现行的做法差别太大,影响面广,难以一时普及。
3.外窗部分
我国在80年代前,由于片面的强调降低基本建设的造价和减轻结构自重,导致一再削弱维护结构的保温隔热水平,采暖和空调能耗大,经济和社会效益都很差,形成设置费与维持使用费严重失调局面。现我国建筑用能已接近全国能源消费总量的1/3。
建筑在我国分为工业建筑和民用建筑。工业建筑本身能耗不大,所以国家还未对工业建筑作出节能方面的要求。民用建筑又分为两大类:居住建筑和公共建筑.在各专家编写规范之前的社会调查阶段中由电业总局与燃气公司提供的数据显示:就目前中国居民的消费水平和消费习惯而言,居住建筑能耗与公共建筑或国外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡节能设计,目的是提高人们生活的舒适性。而公共建筑提倡节能设计才是建立集约型社会的关键环节。公共建筑分为以下几类:办公建筑(写字楼、政府部门办公楼),商业建筑(商场、金融建筑),旅游建筑(旅馆、娱乐场所),科教文卫建筑(文化、教育、科研、医疗、卫生、体育),通信建筑(邮电、通讯、广播)以及交通运输(机场、车站等)。有数据显示:就政府部门办公楼每年所消耗能量相当于全国八亿农民全年全部的能耗:办公室里夏天穿毛衣御寒、冬天衬衣短袖解署、白天亮灯办公、热水机饮水机下班后没人关。现在全球范围内已开始能源紧张,尤以中国较为严重,随着中国经济的高速发展,对能源的使用和节约就更加迫切了。
以下着重介绍《公共建筑节能设计标准》对有关建筑部分的要求。《标准》比刚才提到以往的有关规范要严格些,按照本标准设计,与未采取节能措施前相比,全年能耗应减少50%。《标准》的章节不多,共7页17条,但简明扼要,省去了复杂的热工公式,归纳总结出来几点要点,强调了规范的实用性。涉及到的基础知识及术语结合规范本身展开叙述:
1 热工设计的分区:
按照我国的气候条件,划分为五个分区:严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区。
热工分区的基本规律是:严寒地区和寒冷地区基本是我国的三北地区:东北,华北,西北。这些地区的地域辽阔,面积大,建筑节能设计起步也比较早,经验相对来说比较丰富,主要考虑的是冬季保温。夏热冬冷地区大体上是长江中下游地区,如:成都、武汉、南京、上海等,这些地区的建筑的节能设计由于历史原因起步较晚,面积虽然不是最大,但人口密度高,也是我国经济最发达地区,可以说这一地区的节能潜力最大,效果也会最明显。设计考虑的是冬季保温与夏季防热兼顾。夏热冬暖地区大体上是华南地区:福州、广州、南宁、台北等。这些地区的建筑设计主要考虑的是夏季防热。温和地区,冬暖夏凉,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考虑夏季防热,部分地区注意冬季保温。《公共建筑节能设计标准》在这五个分区的基础上根据公共建筑节能的设计特点作了些调整:把严寒地区细分为严寒A区与严寒B区,而温和地区不强制执行节能设计标准。
2 热传导系数:
这个概念是本标准的核心名词.所有的围护结构:门、窗、外墙、屋顶以及地面都围绕这个概念展开的。图纸审查或政府检查部门的抽查也是这个数据。她的名词解释为:围护结构两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位W/m2.k 。简单的说便是热量在某种材料里传递的速度,速度越小,那么这种材料的隔热性能也就越好。怎样求得这个数据呢? 传热系数K0=1/ R0 。
R0 ,传热阻 :R0 = Ri + ∑R + Re 单位:m2/K .W
Ri 与Re 分别是材料内外表面的换热阻。他们是固定数据,可由表差得:0.11m2/K .W 0.04m2/K .W 。
∑R是各层材料的热阻之和。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,单位是W/m .K。λ为此公式求值过程中的关键数据,也是每种材料的固有的属性。她的名词解释为:1m厚的物体,两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位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。例如:普通混凝土λ=1.74W/m .K,钢筋混凝土λ=1.51W/m .K,多孔砖λ=0.58W/m .K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m .K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m .K,(这种材料在全球范围内尤其在欧美等发达国家作为建筑绝热工程中最普遍使用的材料),而铸铁λ=49.9W/m .K。实际的工程应用中,卡特比勒办公楼的外墙部分设计采用聚异氰脲酸酯(PIR),这种更新型的材料λ=0.020W/m .K,属绝热材料。这便是维护结构的传热系数K值的求解过程。
下面结合《公共建筑节能设计标准》对上海地区的各部分围护结的隔热要求构逐一探讨:
2.1 屋面:K≤0.70W/m2.k
我们的习惯做法一般可以满足这个要求。例如:120厚现浇混凝土楼板+20厚水泥砂浆找平层+泡沫混凝土找坡层最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m .K挤塑板(XPS)+防水层+20厚水泥砂浆保护层,这样的做法就可以达到K≤0.60W/m2.k。须注意关键的保温层一般应选用40厚挤塑板,若选用聚苯板,厚度应增加至60。
2.2 外窗部分
日常实际设计工作中,常常在按暖规计算出建筑冬季采暖通风系统的热负荷后,计算采暖设计热负荷指标q(W/)。采暖设计热负荷指标是指在采暖室外计算温度条件下,为保持室内计算温度,单位建筑面积在单位时间内需由锅炉房或其它供热设施供给的热量。采暖设计热负荷指标q计算公式如下:
q=Q/Ao (1)
式中Q、Ao分别为冬季采暖通风系统的热负荷(W)和建筑面积(),且Q值应根据建筑物下列散失和获得的热量确定:
1)围护结构的耗热量,包括基本耗热量和附加耗热量,且围护结构的基本耗热量应按下式计算:
Q1=αFK(tn-twn) (2)
式中Q1、α、F、K、tn、twn分别表示围护结构的基本耗热量(W)、温差修正系数、面积()、传热系数[W/(・K)]、冬季采暖室内设计温度(℃)及采暖室外计算温度(℃)。
围护结构的附加耗热量应按其占基本耗热量的百分率确定,包括朝向附加、风力附加、外门附加、高度附加和间歇附加。
2)加热由外门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量,计算公式为:
Q2=0.28cpρwnL(tn-twn) (3)
式中Q2表示由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量(W)、cp表示空气的定压比热容[kJ/(kg・K)]、ρwn表示采暖室外计算温度下的空气密度(kg/m3)、tn和twn与上同,L表示渗透冷空气量(m3/h)、其计算公式如下:
L=L0l1mb (4)
式中L0表示在单纯风压作用下,不考虑朝向修正和建筑物内部隔断情况时,通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量[m3/(m・h)] 、l1表示外门窗缝隙的长度(m)、m表示在风压与热压共同作用下,考虑建筑体型、内部隔断和空气流通等因素后,不同朝向、不同高度的门窗冷风渗透压差综合修正系数、b表示门窗缝隙渗风指数,当无实测数据时,取b=0.67。
3)加热由外门开启时经外门进入室内的冷空气耗热量;
4)通风耗热量;
5)通过其他途径散失或获得的热量;
2.2 节能标准建筑物耗热量指标计算方法
建筑物耗热量指标qH(W/)。建筑物耗热量指标是指在计算采暖期室外平均温度条件下,为保持室内设计计算温度,单位建筑面积在单位时间内消耗的需由室内采暖设备供给的热量。其计算公式如下:
qH = qHT + qINF-qIH (5)
1)qHT为折合到单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量,应分别按折合到单位建筑面积上单位时间内通过外墙、屋面、地面、门窗、非采暖封闭阳台等的传热量分项计算后汇总,且计算公式如下:
qHT = qHq+ qHw+ qHd+ qHmc+ qHy (6)
式中,qHq、 qHw、 qHd、 qHmc、 qHy分别表示折合到单位建筑面积上单位时间内通过外墙、屋面、地面、门窗、非采暖封闭阳台的传热量,其计算公式及含义在此就不再一一列举。
2)qINF为折合到单位建筑面积上单位时间内建筑物空气渗透耗热量(W/),且计算公式如下:
qINF =(tn-te)(CpρNV)/A0 (7)
式中CP、ρ、N、V分别是空气的比热容(取0.28Wh/kg.K)、空气的密度(kg/m3)、换气次数(取0.5h-1)和换气体积(m3)。
3)qIH为折合到单位建筑面积上单位时间内建筑物内部得热量(W/),包括炊事、照明、家电和人体等的散热所得热量,本标准居住建筑取3.8 W/。
3 暖规与节能标准差异比较及分析
3.1 概念差异
1)采暖设计热负荷指标和建筑物耗热量指标是不完全相同的两个概念。前者是在建筑物室内外设计计算温度条件下的能耗量,其值是按暖规计算得到的为确定最不利工况时达到室内温度所必须选型、设计的采暖设备的依据,中华人民共和国地方标准《采暖居住建筑节能设计标准》DB62/T25-3033-2006规定,甘肃兰州地区其值不应超过32.6 W/、白银地区不应超过33.4 W/;后者是在采暖期内、在建筑物室外平均温度条件下的耗热量,是全部采暖期间内耗热量的平均值,其值按节能标准计算得到,可用以计算全年采暖能耗量,节能标准规定甘肃兰州地区(4~8)层建筑不应超过14.4 W/、≤3层不应超过16.5 W/。
2)在计算围护结构的耗热量、冷风渗透耗热量和建筑物耗热量时,暖规中都用到了室内外最大温差(tn-twn),而节能标准中都用到了平均温差(tn-te),二者的差异是很大的。如在甘肃兰州地区,前者一般为27℃(采暖室内设计温度取主要房间18℃),后者为18.6℃(室内计算温度取18℃),前者约为后者的1.452倍。
3)暖规是从纯渗透的角度出发(卫生间除外)计算确定由门窗缝隙渗入室内的冷空气渗透耗热量,而节能标准是从空气换气的角度出发计算确定建筑物空气渗透耗热量。
3.2 方法差异
1)暖规是对每个房间分别进行热负荷计算,然后汇总得到整栋建筑的采暖热负荷;而节能标准是按室外平均温度、外墙平均传热系数等参数的平均值对整栋建筑围护结构耗热量、空气渗透耗热量和建筑内部得热量分别计算,然后汇总得到整栋建筑的耗热量。
2)暖规与节能标准中围护结构耗热量的计算公式是类似的,但修正系数的选取方法不同;由于计算分类不同,面积的选取也不同,但从整体上讲,计算所用的面积基本一致。
3)在计算围护结构传热耗热量时,节能标准中对护结构各部分的传热系数都有上限值要求;而实际工作中按设暖规计算选用的传热系数有时比按节能标准计算时规定的传热系数限值要大一点,此时就需要设计时采取合适的节能措施以降低传热系数,直至符合节能标准的规定。
4 结论
1)采暖设计热负荷指标和节能标准中建筑物耗热量指标是有本质判别的两个概念,计算方法也不尽相同,且节能标准对各参数、指标的要求更为严格一些。
2)暖规与节能标准在计算围护结构传热耗热量时温差和传热系数的差异是最主要的原因,而修正系数、计算公式等的不同引起的差异则是相对次要的原因。