建筑节能与建筑热工基本知识(2011.3.7)

建筑节能与墙体保温隔热工程技术

韦延年

四川省建筑科学研究院

2011年3月内容一、建筑节能基本知识二、节能减排的一些基本知识三、外墙保温隔热工程技术四、自保温墙材研究生产中应明确的几个问题五、结语

一、建筑节能基本知识（一）建筑节能的概念、含义及范围

1、建筑节能概念建筑节能是指在建筑工程设计和建造中依照国家有关法律、法规的规定，采用节能型的建筑材料、产品和设备，提高建筑物围护结构的保温隔热性能和采暖空调设备的能效比，减少建筑使用过程中的采暖、制冷、通风、照明能耗，合理有效地利用能源。2、建筑节能的含义建筑节能的含义在不断深化。在发达国家，已经经历了三个发展阶段。即：ENERGYSAVINGINBUILDINGS（建筑节能）；ENERGYCONSERVATIONINBUILDINGS（在建筑中保持能源）；ENERGYEFFICIENCYINBUILDINGS（提高建筑中能源利用率）。表明其含义已发展到：要充分利用自然能源，提高建筑中的能源利用率，而不是消极的节省或保持能源。应当在建筑中积极地、有效地、广泛地、全过程地提高能源的利用效率。在我国，现在所说的建筑节能，仍停留在以上的第一阶段。将“建筑节能”翻译为“ENERGYEFFICIENCYINBUILDINGS”，是表明其含义应进展到以上的第三层次，应当比“建筑节能”字面上的意义丰富、深刻。3、建筑节能的范围目前建筑节能的范围，主要是指节省建筑在使用过程中的能耗。从实际条件出发，集中于建筑采暖、空调和照明的节能，并与保护生态环境和改善建筑的环境热舒适紧密结合。（二）建筑节能标准1、建筑节能标准的发展我国北方地区：建筑节能从30%→50%→65%，分三个阶段。我国南方地区：节能50%，一次到位；直辖市已开展节能65%。四川及成都地区：已进行节能65%试点，目前仍全面实施节能50%。2、建筑节能50%的内涵提出建筑节能50%的目标，是有其比较基准的。即以一个时期的“基准建筑”的围护结构和采暖、通风空调、照明设备及系统的参数为模式，在保持与目前标准中约定的室内热环境参数（《标准》中第3章）条件下，计算“基准建筑”全年的采暖、空调及照明能耗，并将它定为100%。然后再将该“基准建筑”按所要求的建筑节能50%标准进行节能设计，对其围护结构的热工性能和采暖、空调及照明设备与系统的参数进行调整，并计算其全年采暖、空调与照明的能耗，此能耗应不超过原“基准建筑”能耗的50%，这就是建筑节能50%的内涵。“基准建筑”模式的选择对象和条件是：1）居住建筑是以20世纪80年代的住宅设计通用图作为比较能耗的基准；2）公共建筑是以20世纪80年代改革开放初期设计建造的公共建筑作为比较能耗的基准。以上规定的比较能耗的基准建筑称为“基准建筑”（Baseline）。3）设备方面也是以20世纪80年代初期通常采用的采暖、通风、空气调节与照明设备及系统为基准选择计算参数。(三)建筑节能的宗旨和要点1、建筑节能的宗旨，是从建筑规划与建筑设计入手，充分利用地区的自然地理及气候条件，克服其不利的一面，应用其有利的一面；作好气候设计，利用自然能源和清洁能源；控制建筑的体形系数和窗墙面积比，设计合理的、节能的围护结构与窗型；提高采暖及空调设备的能源利用效率，尽可能地减少能耗。对于居住建筑，建筑节能是通过采用增强建筑围护结构保温隔热性能和提高采暖、空调设备能效比等节能措施，在保证相同的室内热环境指标的前提下，与未采取节能设计前相比，总的采暖空调能耗应节约50%，其中，建筑部分约承担30%，设备部分约承担20%。2、建筑节能的要点：1）根据地区气候特征及人们的地区气候适应性对节能住宅热工设计的影响，以及围护结构的保温、隔热指标要求，综合技术经济与节能效益的分析，选择适宜的建筑朝向、间距、体形系数及窗墙面积比，选择合理的保温、隔热技术与外窗、外门型式。2）选择使用能效比较高的采暖、制冷、通风、除湿及照明设备。3）尽可能地开发利用可再生的自然能源和清洁能源。①改革开放以来每年的建筑量。

目前每年建筑量接近20亿m2,其中城市住宅4-6亿m2,农村住宅8-10亿m2,公共和工业建筑5-6亿m2；每年城市建成公共建筑3-4亿m2；近20年既有建筑累计约400亿m2。（四）实施建筑节能的必要性1、国内社会与建筑可持续发展的需要③可持续发展战略的重要组成部分

我国建筑能耗占全国总能耗的27.6%，现正将快速上升到35%以上。新建的房屋建筑80%以上为高耗能建筑；既有建筑95%以上是高能耗建筑。④既有建筑中住宅量大面广，公共建筑中办公楼和商业建筑占主体住宅建筑55%公共建筑30—35%(商业类和办公写字楼类占70%)工业建筑10%⑤我国建筑围护结构热工性能远较发达国家落后,采暖空调能耗要高出许多。我国的建筑外墙、屋面单位面积能耗为发达国家的3~5倍，窗户的单位面积能耗为发达国家的2~3倍。我国建筑围护结构技术节能潜力为50%~80%。国内外标准中建筑围护结构传热系数限值比较国家和地区屋顶w/(m2.K)外墙w/(m2.K)窗户w/(m2.K)中国

北京居住建筑0.600.800.82①1.16②3.50夏热冬冷地区（长江中下游居住建筑）080~1.001.0~1.52.50~4.70英国0.160.352.0德国0.200.20~0.301.5美国（相当于北京采暖日数）0.190.32（内保温）0.45（外保温）2.04瑞典（南部）0.120.172.00①体型系数大于0.3；②体型系数不大于0.3

2、人们生活行为模式发展的需要人们已习惯在有空调的房间里生活。人们对采暖、通风、空调设备来改善室内热环境的依赖程度越来越高所以，实施建筑节能是非常必要的。

二、节能减排的一些基本知识（一）节能与减排的关系1、每节约1度（Kwh）电，即相当于节省0.4kg标准煤，4升净水。

2、1吨标准煤燃烧要排放：CO2——2.6吨SO2——0.06吨NOx——0.09吨烟尘——0.03吨煤渣——0.32吨3、以燃煤发电计，每节约1度电，可减少排放：CO2——1.04kgSO2——0.024kgNOx——0.036kg烟尘——0.012kg煤渣——0.128kg（二）城市建设与城市热岛效应的关系1、热岛效应概念城市热岛效应是促使气候变暖趋势形成的主要原因。城市热岛的强度与城市化进程中由于城市规模不断扩大、城市人口不断增加、环境生态受到破坏、绿地与水面积大幅度减少有关。我国不少城市的气候统计资料表明，25年期间内年平均温度增加1℃以上，相对湿度是最热月提高约5%，最冷月则减少约2%，即夏天显得更为闷热。2、城市热岛效应以热岛强度最大值△Tu·R·max表示，它与市区面积中不透水下垫面所占的百分比x成正比，关系式为：△Tu·R·max＝0.24x–0.6（℃）△Tu·R——表示城市热岛中心气温与同时间同高度（离地1.5米）的城市郊区气温之差（℃）。国家及成都市绿色生态住宅小区要求△Tu·R≤1.5℃。（三）较为舒适的室内热环境条件1、影响室内热环境的四个因素是：（1）室内空气温度（℃）；（2）室内空气相对湿度（%）；（3）室内气流速度（米/秒）；（4）室内壁面的平均辐射温度（℃）。2、冬季舒适的室内热环境的四个因素是：（1）室内空气温度：18℃；（2）室内空气相对湿度：55%～60%；（3）室内气流速度：0米/秒；（4）室内壁面的平均辐射温度：15℃。3、夏季舒适的室内热环境的四个因素：（1）室内空气温度：26℃；（2）室内空气相对湿度：55%～60%；（3）室内气流速度：0.3米/秒；（4）室内壁面的平均辐射温度：29℃。

（四）公共建筑的能源消耗商场政府办公楼宾馆写字楼各种类型大型公共建筑有所不同（五）常用术语符号1、围护结构建筑物及房间各面的围挡物。按是否透明可分为：透明围护结构和不透明围护结构；按是否与室外空气直接接触可分为外围护结构和内围护结构。2、围护结构主体部位围护结构主体部位系指围护结构的主体材料部位，也是嵌入在围护结构的钢筋混凝土、混凝土或金属梁、柱中间的结构构造部位。就墙体而论，对于砖混结构体系或框架结构体系建筑，墙体主体部位一般是各种不同型式的砌体或板块墙材；对于框剪或剪力墙结构体系建筑，由于填充的砌体或板块墙材部位面积较少，框剪或剪力墙部位面积较大，墙体主体部位亦可能是框剪或剪力墙部位。3、围护结构热桥部位结构性热桥部位系指嵌入围护结构（主要是墙体和屋面）中的钢筋混凝土、混凝土或金属梁、柱，以及墙体和屋面板中的混凝土肋或金属件，装配式建筑中的板材接缝以及墙角、檐口、墙体勒脚、楼板与外墙、内隔墙与外墙联接处等部位。这些部位保温薄弱，热流密集，内表面温度较低，在正常的使用条件下，有可能产生程度不同的结露和长霉现象，影响使用和耐久性。4、围护结构节能保温隔热工程系指按建筑节能设计标准的规定进行建筑与建筑热工节能设计，并通过施工图审查备案的墙体、屋面、外窗、楼地板及户门等分项/子分部工程。

5、体形系数（Cf/v）建筑物与室外空气接触的外围护结构的外表面积与其所包围的体积的比值，坡屋面的外表面积应以其覆盖的室内使用空间部分计。6、窗墙面积比建筑同一朝向外墙面上的窗洞口及阳台门透明部分的总面积与该朝向的外墙面的总面积（包括其上窗洞口及阳台门透明部分的面积）之比。（《四川省居住建筑节能设计标准》不采用窗墙面积比，而是按居室和辅助房间分类，以其窗面积大小确定窗的传热系数。）7、遮阳系数（SC）遮阳系数分外窗（或玻璃幕墙）的遮阳系数（Sg和带内外遮阳的综合遮阳系数（SC）。窗（或玻璃幕墙）的遮阳系数（Sg）是指玻璃的遮阳系数，它是以同样条件下透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm厚透明玻璃的太阳辐射得热的比值来表征。窗（或玻璃幕墙）的综合遮阳系数Sc是窗的遮阳系数Sg与遮阳的遮阳系数SD的乘积，是以透过带遮阳的窗的太阳辐射热量与照射到窗外的太阳辐射热量的比值来表征。8、导热系数（λ、λc）导热系数是表征材料导热能力的一个热物理性能指标，是在稳定传热条件下，1m厚的材料在两侧表面温度为1℃，1h内通过1m2面积传递的热量，以符号λ表示，单位为W/(m·K)。

λc是考虑了使用位置及湿度等因素影响修正后的计算导热系数，修正系数a≥1。9、蓄热系数（y、S、Sc）蓄热系数分表面蓄热系数和材料蓄热系数，表面蓄热系数是表征在周期性（一般为24小时）热作用下，物体表面温度升高或降低1℃时，在1h内，1m2面积贮存或释放的热量，以符号y表示，单位为W/(m2·K)；材料蓄热系数是表征某一足够厚度的单一材料层一侧受到温度热作用，表面温度按同一周期波动时，通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值，以符号S表示，单位为W/(m2·K)，S越大，表征材料的热稳定性越好。Sc是考虑了使用位置及湿度等因素影响修正后的计算蓄热系数，修正系数a≥1。

10、热阻（R）表征围护结构本身或某层材料在稳定传热条件下，阻抗传热能力的物理量，围护结构本身的热阻一般以符号R表示，某层材料的热阻以符号Rj表示，单位为(m2·K)/W。11、内表面换热系数（αi）及内表面换热阻（Ri）表征外围护结构内表面温度与室内空气温度差为1K（1℃）时，单位时间内通过外围护结构内表面1m2面积传递的热量，以符号αi表示，单位为W/(m2·K)。内表面换热阻是内表面换热系数αi的倒数，以符号Ri表示，单位为(m2·K)/W。12、外表面换热系数（αe）及外表面换热阻（Re）表征外围护结构外表面温度与室外空气温度之差为1K（1℃）时，单位时间内通过外围护结构外表面1m2面积传递的热量，以符号αe表示，单位为W/(m2·K)。外表面换热阻是外表面换热系数αe的倒数，以符号Re表示，单位为(m2·K)/W。

13、传热阻（Ro）表征围护结构（包括两侧空气边界层）在稳定传热条件下，阻抗传热能力的物理量，与传热系数K互为倒数，以符号Ro表示，单位为(m2·K)/W。14、最小传热阻（Ro.min）特指设计计算中容许采用的围护结构传热阻的下限值。规定最小传热阻的目的是为了限制通过围护结构的传热量过大，防止内表面冷凝，以及限制内表面与人体之间的辐射换热量过大使人体受凉。15、传热系数（K）传热系数是评价围护结构在稳定传热条件下的传热性能指标，表征围护结构在两侧空气温度相差为1K（或1℃）时，单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，以符号K表示，单位为W/(m2·K)，是围护结构传热系数Ro[(m2·K/W)]的倒数。

16、外墙平均传热系数（Km）为了结构安全和构造的需要，外墙上有不少导热系数较大的结构构件贯穿体，是传热（冷）的薄弱部位，一般称外墙结构性冷（热）桥部位。考虑这部位的影响，外墙的传热系数以平均传热系数Km表示，单位为W/(m2·K)。外墙的平均传热系数Km是外墙主体部位的传热系数Kp与面积Fp和外墙结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb与面积Fb的加权平均值。17、热惰性指标（D）表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标，以符号D表示，单一材料围护结构的Dj＝RjSj；多层材料围护结构的D＝ΣDj，式中Rj和Sj分别为围护结构材料层的热阻和蓄热系数。D值越大，温度波在其中的衰减越快，围护结构在周期性热作用下的热稳定性越好。

18、外墙平均热惰性指标（Dm）外墙上的结构性冷（热）桥部位在外墙不透明的实体部份中所占面积较大，如同外墙的平均传热系数一样，应考虑结构性冷（热）桥部位的影响取平均热惰性指标，以符号Dm表示。19、露点温度（td）在大气压力一定、含湿量不变的情况下，未饱和的空气因冷却而达到饱和状态时的温度，以符号td表示，单位为℃。20、冷凝或结露冷凝或结露系指围护结构（主要是外墙和屋面）表面温度低于附近空气露点温度时，表面出现冷凝水的现象。

21、水蒸气渗透阻（Rv）围护结构或某一材料层，两侧水蒸气分压力差为1Pa，通过1m2面积渗透1g水分所需要的时间，以符号Rv表示，单位为(m2·h·Pa)/g。22、表面太阳辐射吸收系数（ρs）太阳辐射能入射到非透明物体表面时，部分被吸收，部分被反射。太阳辐射吸收系数是材料表面吸收的太阳辐射能量与投射到表面上的太阳辐射能量的比值，表征材料表面对太阳辐射能的吸收或反射能力，是材料表面的一个热物理参数，用符号ρs表示，它取决于材料表层的色相、化学性质、光洁度及平整度。23、热辐射率（ε）及热辐射系数（C）普通建筑材料的热辐射本领不如反全射的绝对黑体，在工程上统称为灰体。灰体的全部热辐射本领与同温度下绝对黑体的热辐射本领的比值，称热辐射率，以ε表示，亦称黑度，表征灰体的辐射本领接近黑体的程度。在一定温度下，材料的辐射能力越大，其对外来辐射的吸收能力也越大。由于太阳表面的温度比普通物体表面的温度高很多，因此物体表面的黑度ε并不等于它对太阳辐射热的吸收系数ρs。物体的热辐射系数是表征物体向外发射热辐射的能力，取决于物体表层的化学性质、光洁度及温度等因素，其数值一般在0～5.68W/(m2·K4)之间，用C＝Co·ε·k计算，式中Co为绝对黑体的辐射系数，k为温度因素。

24、保温、隔热围护结构的保温性能通常是指在冬季室内外条件下，围护结构阻止由室内向室外传热，从而使室内保持适当温度的能力。围护结构的隔热性能通常是指夏季室内外条件下，围护结构阻止由室外向室内传热。两者的主要区别在于：（1）传热过程不同；（2）评价指标不同；（3）构造措施不同；25、倒置式屋面将保温隔热层设置在防水层上的屋面称倒置式屋面，架空通风屋面、蓄水屋面和种植屋面均是在屋面防水层上架空铺设隔热板、蓄水或铺设种植介质，是典型的倒置式屋面型式。

三、外墙保温隔热工程技术1、按保温隔热系统在外墙上所处位置分，有：（1）外墙外保温隔热系统；（2）外墙内保温隔热系统；（3）外墙夹心保温隔热系统；（4）外墙自保温隔热系统，包含：1）外墙全自保温隔热系统，2）外墙主体部位自保温隔热系统。（一）外墙保温隔热节能工程技术类型2、按保温隔热材料的状态分，有：（1）板块绝热材料外墙保温隔热技术；（2）浆体绝热材料外墙保温隔热技术；（3）板块绝热材料与饰面材料复合板外墙保温隔热技术；（4）表面热绝缘材料外墙保温隔热技术；（5）表面热绝缘材料与板块材料复合板外墙保温隔热技术。3按保温隔热材料组成的化学成分性质分，有：（1）有机类绝热材料外墙保温隔热技术；（2）无机类绝热材料外墙保温隔热技术；（3）有机类与无机类绝热材料复合的外墙保温隔热技术。4按保温隔热系统工程的施工作业状态分，有：（1）干作业外墙保温隔热系统工程（不含粘结层及保护层）；（2）湿作业外墙保温隔热系统工程。5按保温隔热系统在墙体基层上的固定方式分，有：（1）粘结固定外墙保温隔热系统；（2）锚钉固定外墙保温隔热系统；（3）粘锚结合固定外墙保温隔热系统；（4）挂接固定外墙保温隔热系统；（5）粘挂固定外墙保温隔热系统；（6）外页、内页墙间填充绝热材料的外墙保温隔热系统。6按饰面材料类型分，有：（1）涂料饰面外墙保温隔热系统；（2）面砖饰面外墙保温隔热系统；（3）涂料与面砖混合饰面外墙保温隔热系统。1、热工性能保证率及保证系数概念（1）热工性能保证率系指房屋建成后的外墙热工性能实测值与外墙按建筑节能设计标准进行建筑热工节能设计的保温性能（平均传热系数Km）及隔热性能（热惰性指标D等参数）计算值的百分比值，以符号Gt.f表示，计算式为：Gt.f＝×100

式中，Tt.f——外墙的热工性能实测值；Dt.f——外墙的热工性能计算值。（二）外墙保温隔热工程的热工性能

保证率及保证系数（2）热工性能保证系数系指房屋建成后的外墙热工性能实测值与外墙的热工性能计算值有一个差值，为保证外墙的节能效果，节能设计时需对外墙的热工性能计算值乘以一个保证系数，以保证实测值与计算值一致，外墙的热工性能保证系数以符号Ct.s表示，计算式为：Ct.s＝2–Gt.s式中，Gt.s—外墙的热工性能保证率，%。2、不同类型外墙保温隔热技术工程的热工性能保证率Gt.s及保证系数Ct.s（1）外墙外、内、自保温隔热系统工程的热工性能保证率Gt.s及保证系数Ct.s如下表所列：注：表中参数系由“成都建筑节能中心”8个试验墙的对比实测值与计算值比较计算得出。

保温系统在外墙上的位置热工性能保证率Gt.s（%）热工性能保证系数Ct.s外墙外保温系统951.05外墙内保温系统751.25外墙自保温系统851.15（2）其他不同类型外墙保温隔热技术工程的Gt.s和Ct.s其他不同类型外墙保温隔热技术工程的热工性能保证率Gt.s与热工性能保证系数Ct.s各有不同。比如：板块类绝热材料作保温层及采取干作业施工工艺的外墙保温隔热系统技术工程的热工性能保证率Gt.s，明显高于浆体类绝热材料作保温层及湿作业施工工艺的外墙保温隔热系统技术工程的热工性能保证率；热工性能保证系数Ct.s则是后者明显高于前者。1、功能性（1）工程施工质量验收后的热工性能保证率不低于100%；（2）不减少室内使用面积，不对室内环境形成污染；（3）房屋使用及装饰装修过程中不易损坏，能保持其完整性；（4）有效地保护墙体主体结构在外力作用下不易开裂和破损；（5）有效地消除或减弱结构性冷（热）桥部位的影响。（三）墙体保温隔热节能工程的

综合性能评价2结构性（1）系统的构造层次组合先进、合理；（2）系统各组成材料的物理与化学稳定性强；（3）系统与承重结构构件之间的整体性及表面平整性好；（4）保温隔热层材料的整体性和稳定性好；（5）保温隔热层材料与相邻材料之间的相容性及亲和性强。3安全性

（1）内外系统复合的墙体基层坚实、平整；（2）内外系统的保温隔热层材料与墙体基层结合的整体性和牢固性强；（3）内外系统的保护层与饰面层结合材料的相容性和结合的整体性与牢固性强；（4）系统组成材料及系统的性能指标符合相关标准的规定，无质量隐患。

（5）保温工程的施工防火安全应符合相关标准的规定，无火灾隐患。4耐久性（1）外系统的耐候性符合相关标准的规定；（2）系统保护层具有优良的抗裂、防水性能；（3）系统防火、防腐及防蛆等性能符合相关标准的规定；（4）系统的节点构造设计与处理措施合理、完善；（5）系统受外力作用损坏、脱落的可能性很小。5质量可控性（1）系统工程施工过程中的质量可控性强；（2）系统工程的施工工序、质量检测符合相关标准的规定；（3）系统组成材料及系统的施工工艺与实验室检测的试件一致；（4）保温隔热层材料的厚度符合设计要求；（5）保温隔热层材料的热物理性能符合设计要求。6技术经济性（1）系统组成材料的再生、循环及再利用（3R）可能性强，符合环境保护标准的规定。（2）系统技术的节能效果优，能适应建筑节能标准持续发展的需要；（3）系统的技术先进，能适应工业化、定型化与现代施工管理的要求；（4）系统的地区适用性及适应性强；（5）系统的单方造价合理，并能与其性能匹配，性能价格比优。1优化选择的前提（1）建筑类型及其对外墙热工节能设计的要求外墙类型有居住建筑及公共建筑；居住建筑分低层、多层、中高层及高层居住建筑；公共建筑分办公、餐饮、影剧院、交通、金融、医疗、教育、体育、商业、旅馆、图书馆等类型。现行的居住建筑及公共建筑节能设计标准都对各类建筑的室内热环境节能设计计算参数，和建筑与建筑热工节能设计控制指标作了不同的规定。为此，首先应根据不同的建筑类型及建筑节能设计标准对不同类型建筑外墙热工节能设计的指标要求，选择与之最适应的外墙保温隔热工程技术。（四）外墙保温隔热工程技术的

优化选择（2）地区气候特点及技术经济条件我国有五个建筑