建筑节能专项考试之热工计算

1、 我国从上世纪80年代开始进行居住建筑节能设计。夏热冬冷地区从2001年10月1日起执行夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准，开始进行居住建筑节能设计浙标居住建筑节能设计标准DB33/1015-2003（03年12月发布04年1月1日施行） 。从2005年7月1日起执行公共建筑节能设计标准，公共建筑进行节能设计浙标公共建筑节能设计标准DB33/1036-2007（07年12月发布08年1月1日施行） 建筑节能设计涉及面很广，主要的有两个方面：建筑节能设计涉及面很广，主要的有两个方面： 一是建筑物在发挥其正常功能过程中的能耗问题。也就是在满足人们对舒适热环境的前提下合理、有效地使用能源。即采暖通风系

2、统节能。 二是建筑外围护结构保温、隔热问题建筑外围护结构保温、隔热问题。也就是高效保温隔热材料的合理使用和正确布置，以减少外界环境对室内热环境的影响。即围护结构系统节能。 这是一个问题的两个方面。两个方面结合得好，就能达到既节能，又节省一次性投资的最佳目的。居住建筑节能设计汇总表（仅供参考）设计内容规定性指标计算数值技 术 措 施体形系数条式建筑0.35点式建筑0.40屋 顶传热系数K1.0 D3.0K0.8 D2.5外 墙传热系数K1.5 D3.0K1.0 D2.5外 窗 及阳台门透明部分窗墙面积比北向0.45东向无外遮阳0.30有外遮阳0.50西向南向0.50气密性等级1-6层级7层级设计

3、内容规定性指标传热系数计算数值技 术 措 施架空楼板K1.5分户墙K2.0楼 板K2.0户 门K3.0能耗指标采暖年耗电量Eh（KWh/m2） 25.99空调年耗电量Ec（KWh/m2）0.2-0.33.50.55/-0.3-0.43.00.50/0.600.4-0.52.80.45/0.550.5-0.72.50.40/0.50气密性等级外 窗4级透明幕墙3级可开启面积30%设计内容规定性指标传热系数计算数值技术措施屋顶透明部分3.00.4屋顶总面积的20%地面和地下室外墙热阻R（M2K）/W地 面1.2地下室外墙（与土壤接触者）1.2能耗指标采暖年耗电量Eh(kwh/m2) 25.99空调

4、年耗电量Ec(kwh/m2)0.4。00FS=V建筑类别条式建筑点式建筑居住建筑居住建筑0.350.4公共建筑公共建筑 严寒、寒冷地区0.4。其他地区无要求。浙标公共建筑节能设计标准DB33/1036-20074.1.3 建筑物的体形宜避免过多的凹凸与错落，体形系数不宜大于0.40 。 （二）试计算三栋十层（二）试计算三栋十层30m30m高，每层建筑面积高，每层建筑面积同为同为600m600m2 2，不同平面形状建筑的体形系数。，不同平面形状建筑的体形系数。栋号架空层外围护面积F0（m2）体积V0（m3）体形系数S=F0/V0A无98m30m+600m2=354025m24m30m=18000

5、3540/18000=0.197有98m30m+600m22=4140180004140/18000=0.23B无110m30m+600m2=390040m15m30m=180003900/18000=0.217有110m30m+600m22=4500180004500/18000=0.25C无140m30m+600m2=4800（30m10m+10m15m2）30m=180004800/18000=0.267有140m30m+600m22=5400180005400/18000=0.30栋号架空层外围护面积F0（m2）体积V0（m3）体形系数S= F0/V0A无98m18m+600m2=23

6、6425m24m18m=108002364/10800=0.22有98m18m+600m22=2964108002964/10800=0.27B无110m18m+600m2=258040m15m18m=108002580/10800=0.24有110m18m+600m22=3180108003180/10800=0.29C无140m18m+600m2=3120（30m10m+10m15m2）18m=108003120/10800=0.29有140m18m+600m22=3720108003720/10800=0.34减少建筑的面宽减少建筑的面宽，加大建筑的进深加大建筑的进深。面宽与进深之比不宜

7、过大，长宽比应适宜。 增加建筑的层数增加建筑的层数，多分摊屋面或架空楼板面积。 建筑体型建筑体型不宜变化过多，立面不宜太复杂，造型宜简练。外窗（含透明幕墙）热工设计外窗（含透明幕墙）热工设计 在建筑的外窗（含透明幕墙下同）、墙体、屋面三大围护部件中，外窗的热工性能最差，是影响室内热环境质量和建筑能耗的最主要因素之一。它的能耗约为墙体的3倍，屋面的4倍，约占建筑围护结构总能耗的40%50%。因此，加强外窗的保温隔热性能，减少窗的热量损失，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的非常重要环节。（一）窗墙面积比和传热系数： 普通窗户的保温隔热性能差，夏季白天通过窗户进入室内的太阳幅射热也多。窗墙面积

8、比越大，采暖、空调的能耗也越大。因此从节能角度出发，必须限制窗墙面积比。一般情况，应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则。1、窗墙面积比计算： (1)计算公式：AcAwXAc同一朝向的外窗（含透明幕墙）及阳台门透明部分洞口总面积（m2）。Aw同一朝向外墙总面积（含该外墙上的外门窗的总面积）（m2）。例：杭州某办公建筑按节能分类为例：杭州某办公建筑按节能分类为乙类乙类建筑，建筑，建筑建筑南面南面为（为（4 4米，米，8 8开间）开间）32m32m，层高，层高3 3米，米，四层，每层设窗（四层，每层设窗（3 3米宽米宽1.51.5米高）各米高）各8 8个个 ，求此建筑求此建筑南面的平均窗墙比

9、南面的平均窗墙比。按给出的条件此建筑南面的平均窗墙比应为375. 03841441232(48)5 . 13(南向立面总面积）层扇洞口面积（二）外窗遮阳（二）外窗遮阳： 夏热冬冷地区，建筑外窗对室内热环境和空调负荷影响很大，通过外窗进入室内的太阳辐射热几乎不经过时间延迟就会对房间产生热效应。特别是在夏季，太阳辐射如果未受任何控制地射入房间，将导致室内环境过热和空调能耗的增加。因此，采取有效的遮阳措施，降低外窗太阳辐射形成的空调负荷，是实现居住建筑节能的有效方法。由于一般公共建筑的窗墙面积比较大，因而太阳辐射对建筑能耗的影响很大。为了节约能源，应对窗口和透明幕墙采取外遮阳措施。1、遮阳系数的定义

10、为在法向入射条件下，通过玻璃构件（包括窗的透明部分和不透明部分）的太阳辐射得热率，与相同入射条件下的标准玻璃（3mm厚）的太阳辐射得热率的比值。也可认为是太阳辐射能透过指数。2、计算公式：3cS 玻璃窗（含窗框）的太阳辐射得热率厚标准玻璃的太阳辐射得热率3、规定性指标详GB50189-2005标准表4.2.2-4。 有外遮阳设施时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数。 无外遮阳设施时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数。 外遮阳系数的计算方法，详GB50189-2005标准25页附录A。 玻璃的遮阳系数可参照公共建筑节能设计标准DB33/1036-2007 P88表E.0.6。附录A 建筑外遮阳系

11、数计算方法A.0.1 水平遮阳板的外遮阳系数应按下列公式公式计算确定： 水平遮阳板： （A.0.1-1）遮阳板外挑系数： PFAB （A.0.1.3）式中 SDH水平遮阳板夏季外遮阳系数；ah、bh、计算系数，按表按表A.0.1取定；PF遮阳板外挑系数，当计算出的PF1时，取PF1；A遮阳板外挑长度（图A.0.1）； B遮阳板根部到窗对边距离（图A.0.1）。 12PFbPFaSDhnH垂 直 遮 阳水 平 遮 阳水 平 遮 阳室 内室 内室 内ABBABA图图A.0.1 遮阳版外挑系数（遮阳版外挑系数（PF）计算示意）计算示意图图表A.0.1 水平和垂直外遮阳计算系数遮阳装置计算系数东东南南

12、西南西西北北东北水水 平平遮阳板遮阳板ah0.350.480.470.360.360.360.300.48bh-0.75-0.83-0.79-0.68-0.76-0.68-0.58-0.83垂 直遮阳板av0.320.420.420.420.330.410.440.43bv-0.65-0.800.80-0.82-0.66-0.82-0.84-0.83注：其他朝向的计算系数按上表中最接近的朝向选取。查表A.0.1 南向 ah=0.47 bh=0.79外遮阳系数查P38公式A.0.11水平遮阳板：按公式及题目所给数据计算：14 . 05 . 1/6 . 02PFbPFaSDBAPFhnH759.

13、01316. 00752. 014 . 079. 0)4 . 0(47. 02HSD12PFbPFaSDhnH（A.0.1-1）例题中其他条件不变，现按节能要求选择例题中其他条件不变，现按节能要求选择6+12+66+12+6普通中空玻璃断热铝合金窗普通中空玻璃断热铝合金窗，请计算，请计算此方向窗此方向窗是否是否能满足省标能满足省标公共建筑节能设计标准公共建筑节能设计标准DB33/10362007DB33/10362007中规定性中规定性遮阳系数遮阳系数要求。要求。 根据公共建筑节能设计标准DB331036-2007查表P9页4.2.1-2 乙类建筑窗墙比为0.375则 K3.0 ；南侧遮阳O.

14、50；表4.2.1-2 乙类建筑围护结构传热系数和遮阳系数限值围护结构部位传热系数K W(m2K)屋 面0.70外 墙（包括非透明幕墙）1.0底面接触室外空气的架空或外挑楼板1.0外 窗（包括透明幕墙）传热系数KW/（m2K）遮阳系数Sw(东、南、西向/北向)单一朝向外窗单一朝向外窗(包括透明幕墙包括透明幕墙)窗墙面积比0.24.70.2窗墙面积比0.33.50.550.3窗墙面积比0.43.00.500.600.4窗墙面积比0.52.80.450.550.5窗墙面积比0.72.50.400.500.7窗墙面积比0.82.00.350.40屋顶透明部分3.00.40注：有外遮阳时，遮阳系数玻璃

15、的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时，遮阳系数玻璃的遮阳系数。查P88表E.0.6 6+12+6普通中空玻璃， K=2.8 SC（玻璃)=0.86按上题所求：综合遮阳系数综合遮阳系数 653. 0759. 086. 0(（外遮阳）玻璃）HSDSC按规范要求南侧遮阳O.50计算结果为0.653大于0.5限值故不满足遮阳系数要求若将题中的水平遮阳改为室外卷帘百叶，同样玻璃规格，则当其为甲类建筑时，此方向可达到最大的窗墙比为多少?查P40表A.0.5 浙标公共建筑节能设计标准DB33/1036-2007室外卷帘百叶遮阳系数为O.3则此建筑的综合遮阳系数为SC=0.860.3=0.258查P9表4.

16、2.1.1浙标公共建筑节能设计标准DB33/1036-2007得到当其为甲类建筑时此方向窗墙比为得到当其为甲类建筑时此方向窗墙比为0.5-O.7表A.0.5 夏季不同遮阳措施的遮阳系数遮阳形式遮阳系数垂直百叶稀松织物帘76%室内水平软百叶55 85%室内布帘55 65%着色玻璃40 65%阳光控制薄膜20 60%树木完全遮阳、轻微遮阳20 60%室外卷帘百叶30%室外遮阳蓬25 30%南向棚架上覆盖落叶攀缘植物或遮阳织物20%室外平行并贴近窗户的金属百叶15 20%表4.2.1-1 甲类建筑围护结构传热系数和遮阳系数限值围护结构部位传热系数K W(m2K)屋 面0.50外 墙（包括非透明幕墙）

17、0.70底面接触室外空气的架空或外挑楼板0.70外 窗（包括透明幕墙）传热系数KW/（m2K）遮阳系数Sw(东、南、西向/北向)单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比0.23.30.2窗墙面积比0.32.50.400.3窗墙面积比0.42.10.350.400.4窗墙面积比0.52.00.320.400.5窗墙面积比0.71.80.280.350.7窗墙面积比0.8（仅适用于南北朝向）1.40.250.28屋顶透明部分2.00.28注：有外遮阳时，遮阳系数玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时，遮阳系数玻璃的遮阳系数。 cjjjR12n12n12nRRRRRi内表面换热阻。按GB50176

18、-93规范27页附表2.2。 Re外表面换热阻。按GB50176-93规范28页附表2.3。 内表面换热阻（Ri）、外表面换热阻（Re）围护结构两侧表面空气边界层阻抗传热能力的物理量。一般情况下Ri =0.11（m2k）/w。 Re=0.04（m2k）/w（冬季）或0.05（m2k）/w（夏季）。（二）（二）传热系数（传热系数（K）计算）计算：0iR+Re11R +KR1、外墙、外墙平均传热系数平均传热系数（Km）计算）计算(非常重要）非常重要）： K p外墙主体部位的传热系数。KB1、KB2、KB3外墙周边热桥部位的传热系数。F p外墙主体部位的面积（m2）。FB1、FB2、FB3外墙周边热

19、桥部位的面积（m2）。112233123PPBBBBBBmPBBBKFKFKFKFKFFFF2、主体部位主体部位（墙体）（墙体）传热系数计算传热系数计算：3、周边、周边热桥热桥（钢筋砼梁、板、柱）传热系数计算（钢筋砼梁、板、柱）传热系数计算：0ReRe111PiiRKRRR10ReRe111BiiRKRRRB2B3、K 、K =4、主体主体部分部分面积面积：F p=房间开间层高梁、板、柱和外门窗积。5、周边、周边热桥热桥部分部分面积面积：FB1、FB2、FB3=钢筋砼梁、板、柱各自的面积。外墙外墙热工计算热工计算规定性指标：规定性指标：类 别K W/（m2K）D居住建筑居住建筑1.51.03.

20、02.5公共建筑公共建筑 1.0（国标）0.7（甲类）1.0（乙类）1.5（丙类）（三）（三）热惰性指标（热惰性指标（D）计算）计算：1、单一材料层热惰性指标计算：R材料层热阻（m2k）/wS材料蓄热系数w/（m2k）。 按GB50176-93规范63页附表4.1。DSSR2、多层围护结构的热惰性指标计算、多层围护结构的热惰性指标计算：D=D1+D2+Dn=R1S1+R2S2+RnSn 热惰性指标（D）是表征围护结构对温度波衰减快慢程度的一个无量纲指标。是影响热稳定性的主要因素。D值越大，温度波在其中的衰减越快，其稳定性越好，因而房间内的热稳定性也越好。热惰性指标（D）：应用在居住建筑节能规定

21、性指标中； 蓄热系数（S）当某一足够厚度的单一材料层一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动。通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值称为蓄热系数。它可表征材料热稳定性的优劣。其值越大，材料的热稳定性越好。（空气间层的蓄热系数取S=0）属于材料的一项热工性能，可在材料表中查得。某某居住居住建筑其结构体系为建筑其结构体系为框架结构框架结构，其外墙主体为，其外墙主体为240240厚厚P P型烧结多孔砖，保温层为型烧结多孔砖，保温层为3535厚胶粉聚苯颗粒浆料；厚胶粉聚苯颗粒浆料；其外墙主体部位构造及主要其外墙主体部位构造及主要热工值热工值分别为：分别为： 1 1、2020厚混合砂浆厚混合砂浆R

22、=0.023R=0.023 2 2、240240厚厚P P型烧结多孔砖型烧结多孔砖R=0.414R=0.414 3 3、3535厚胶粉聚苯颗粒浆料厚胶粉聚苯颗粒浆料R=0.486R=0.486 4 4、5 5厚抗裂砂浆厚抗裂砂浆( (玻纤网玻纤网) )R=0.005R=0.0055 5、弹性底涂、柔性腻子，外墙涂料；热阻不计、弹性底涂、柔性腻子，外墙涂料；热阻不计计算此外墙主体部位的计算此外墙主体部位的传热系数传热系数。eiRRRRK110jjRRcjjjR查阅全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑P68页公式(10.1.1-1)查得传热系数K计算 其中其中RiRi内表面换热阻内表面换热阻=

23、0.11=0.11； ReRe一外表面换热阻一外表面换热阻=0.04=0.04eiRRRRK11093. 004. 0005. 0486. 0414. 0023. 011. 01主体部位：主体部位：同一建筑其同一建筑其热桥热桥部分部分构造构造做法做法与主体相同与主体相同主要热工值分别为：主要热工值分别为： 1 1、2020厚混合砂浆厚混合砂浆R=0.023R=0.023 2 2、240240厚钢筋混凝土梁、柱厚钢筋混凝土梁、柱( (墙墙) )R=0.115R=0.115（为简化计算将热桥部分的计算厚度与外墙主体的计算厚度取值相同）（为简化计算将热桥部分的计算厚度与外墙主体的计算厚度取值相同）

24、3 3、3535厚胶粉聚苯颗粒浆料厚胶粉聚苯颗粒浆料R=0.486R=0.486 4 4、5 5厚抗裂砂浆厚抗裂砂浆( (玻纤网玻纤网) )R=0.005R=0.0055 5、弹性底涂、柔性腻子，外墙涂料；热阻不计、弹性底涂、柔性腻子，外墙涂料；热阻不计 框架结构框架结构体系，体系，外墙主体与结构性热桥的面积比例外墙主体与结构性热桥的面积比例为为A=0.65A=0.65，B=0.35B=0.35，试计算试计算此建筑外墙的此建筑外墙的平均传热系数。平均传热系数。若此建筑的热惰性指标若此建筑的热惰性指标D大于大于3.0，采用，采用这种节能构造这种节能构造能否满足能否满足居住建筑节能居住建筑节能设计

25、标准设计标准DB33/1015-2003中外墙规定中外墙规定性指标要求性指标要求? （参见（参见全国民用建筑工程设计技术措施全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑节能专篇建筑 P69页表页表(10.1.1-1) eRRRiRK110jjRRcjjjR查阅全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑P68页公式(10.1.1-1)查得传热系数K计算 其中其中RjRj内表面换热阻内表面换热阻=0.11=0.11；ReRe一外内表面换热阻一外内表面换热阻=0.04=0.04eiRRRRK110热桥部分：热桥部分：346. 104. 0005. 0486. 0115. 0023. 011. 01查阅全国

26、民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑P68页公式(10.1.1-5)及表l0.1.1.1查得 外墙平均传热系数Km bpbbppmFFFKFKKKm外墙平均传热系数(kw)Kp外墙主体部位传热系数(kw)Fp外墙主体面积 Kb外墙主体热桥部位传热系数 Fb外墙主体热桥面积bpbbppmFFFKFKK076. 135. 065. 035. 0346. 165. 093. 0结论：结论：采用这种节能构造因其采用这种节能构造因其热惰性指标热惰性指标D D大于大于3.03.0，所以能，所以能满足满足居住建筑节能设计标准居住建筑节能设计标准DB33DB331015-20031015-2003中外墙规定中

27、外墙规定性指标性指标K1.5K1.5的要求。的要求。查浙标居住建筑节能设计标准DB33/1015-2003 P8页表4.2.4 维护结构各部分的传热系数（KW/（m2.K）和热惰性指标（D）类 别K w/（m2k）D居住建筑居住建筑1.00.83.0 2.5公共建筑公共建筑0.7（国标）0.5（甲类）0.7（乙类）1.0（丙类）序号每层材料名称厚度(mm)干密度P0(kg/m3)导热系数w/（mk）蓄热系数Sw/（m2k）修正系数热阻R(m2k/)w热惰性指标D合 计传热阻R0=R I + R+R e=传热系数K=1/ R0=热惰性指标D=D= 如有GB50176-93民用建筑热工设计规范附表

28、4.2所列情况者，导热系数（）和蓄热系数（S）计算值应分别进行修正：c=，Sc=S。(为修正系数。) 屋面的热工计算遵循维护结构各项计算公式如：传热系数、热惰性指标等，其中一个比较实用的用来计算保温层厚度的公式为：15.01,cremcmRk式中m保温层厚度(m)inc,aininc.,保温材料的计算导热系数w(mk)，cR构造层中除保温层外的各层材料热阻之和(KW)reK规定的传热系数限值W(mk)（根据所要计算的维护结构部位决定）构造层中除保温层外的各层材料热阻之和(KW)构造层中除保温层外的各层材料热阻之和(KW)查阅全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑P70页公式(10.1. 5)

29、 保温隔热层厚度计算公式：例：计算同一种保温材料挤塑聚苯板在居住建筑中，作为屋面保温材料达到节能设计标准中规定性指标限值要求的最经济厚度。屋面的构造及主要热工值分别为：屋面的构造及主要热工值分别为： 1、40厚细石混凝土厚细石混凝土(双向配筋双向配筋)R=0.0232、x厚挤塑聚苯板厚挤塑聚苯板 =0.03，修正系数，修正系数1.13、2厚防水层厚防水层R=0.0114、20厚水泥砂浆找平厚水泥砂浆找平R=0.0225、80厚轻骨料混凝土找坡厚轻骨料混凝土找坡R=0.0826、120厚现浇钢筋混凝土屋面板厚现浇钢筋混凝土屋面板R=0.069；7、15厚混合砂浆厚混合砂浆R=0.017居住建筑节

30、能设计标准DB331015-2003 中有两种参数；类 别K w/（m2k）D居住建筑1.01.00.80.83.02.52.51、分别查阅居住建筑节能设计标准DB3310152003中的两种；K1=1.0；K2=0.83、用公式15. 01,cremcmRk=0.03X1.1=0.033224. 0017. 0069. 0082. 0022. 0011. 0023. 0cRmc,15. 0224. 01033. 015. 01,reCremcmkRkK1=1.0时： mRkCremcm021. 015. 0224. 011033. 015. 01,即约21mm厚 K2=0.8时： mRkCremcm0289. 015. 0224. 08 . 01033. 015. 01,即约29mm厚； 同理可计算各类公共建筑的屋面保温层厚度 的经济值。类 别传热系数K w/(m2/K)楼 板底部接触室外空气的架空或外挑楼板居住建筑2.01.5公共建筑1.00.7（甲类） 1.0 （乙类） 1.5（丙类）五、楼板、架空层楼板或外挑楼板五、楼板、架空层楼板或外挑楼板 底部接触室外空气的架空层或外挑楼板，已经起到外围护结构的作用，应