建筑围护结构课件

建筑围护结构

建筑围护结构总论围护结构组成和作用围护结构保温设计围护结构防潮围护结构防热围护结构的组成和作用围护结构

墙、屋顶、门窗、地面

围护结构的作用

保温隔热通风

围护结构的保温设计原理围护结构保温设计原理围护结构的传热过程和传热量围护结构的传热系数、传热阻围护结构内表面及内部温度计算围护结构的热稳定性围护结构的保温设计原理在我国大约有占全国总面积60％的地区冬季室内需要供暖。这些地区的建筑在设计上既要考虑保证良好的室内热环境，还要注意节省采暖的能耗和建造费用，即注意建筑保温问题，做到舒适、健康、高效。

围护结构的保温设计原理建筑保温设计考虑的不利情况是在冬季阴天。室外为稳定低温，并且昼夜温度波动较小，室内是由供暖设备保持一定温度，热量持续由室内流向室外，因此冬季围护结构的传热可以粗略地主要按稳定传热计算。围护结构的保温设计原理围护结构的传热过程和传热量

传热的3个基本过程及每个过程的主要传热方式

表面感热

构件传热表面散热

围护结构的保温设计原理表面感热

围护结构的内表面主要通过对流和辐射方式从室内得到热量，内表面单位面积上在单位时间从室内得到的热量，即到达围护结构内表面的热流密度可用下式计算：围护结构的保温设计原理内表面换热系数的定义为：当内表面与室内空气之间的温差为

1K（

1°C）时，单位时间内通过单位表面积的传热量。内表面换热系数应为内表面辐射换热系数（

αri）与内表面对流换热系数（αci）之和。

αi＝αri＋αci

围护结构的保温设计原理内表面换热系数的倒数称为内表面换热阻（Ri）。即Ri＝1/αi或。αi＝1／R围护结构的保温设计原理构件传热按照稳定传热计算，平壁围护结构内各材料层在单位时间、单位面积上的传热量为

围护结构的保温设计原理λ1／d1，λ2／d2，λ3／d3，分别代表围护结构各材料层的传热能力，又称为该材料层的“热导”。热导的倒数称为“构件热阻”

围护结构的保温设计原理构件热阻（R）表示围护结构中各材料层对热流的阻挡能力，热阻愈大则通过的热流密度（q）愈小。

围护结构的保温设计原理多层构造的围护结构应为各层材料热阻之和

围护结构的保温设计原理表面散热

表面散热和表面感热在传热机理上相同，都是表面与周围环境和空气之间通过辐射和对流进行热交换

围护结构的保温设计原理αe——外表面换热系数外表面换热系数（

αe）的倒数称为外表面换热阻

围护结构的保温设计原理围护结构的传热系数、传热阻

一般构造的传热系数及传热阻计算稳定传热条件下，在围护结构的3个传热过程中，其单位时间、单位面积的传热量均相等。

qi=qn=qe=q

围护结构的保温设计原理qi=qn=qe=q围护结构的保温设计原理“K”称为围护结构的传热系数，它的意义是当围护结构两侧温度差

1℃（

1K）时，在单位时间里通过平壁单位面积的传热量「W／（m2·K）」。物理量R0为围护结构的传热阻（过去称为总热阻），是传热系数K的倒数，表示热量从围护结构的一侧空间传至另一侧空间所受到的总阻力。

围护结构的保温设计原理

围护结构传热阻R0的计算式为：

围护结构的保温设计原理对面积为F的围护结构在单位时间内的传热量，可用公式表示为：

围护结构的保温设计原理

组合构造热阻在实际应用中，围护结构有时是用两种或两种以上的材料组合而成的组合结构，如空心接板或带肋的填充墙等，由于构件部分的热阻不同，局部存在着二维传热。围护结构的保温设计原理封闭空气间层的热阻

在围护结构中设封闭空气间层是常见的保温措施。空气间层中的传热和在固体材料中不同，它不是以导热为主，而是有辐射、对流、传导3种方式，其中辐射传热约占总传热量的60％～

70％而传导只占

10％左右。因此，空气间层的热阻主要取决于间层两个表面间的辐射和对流换热的能力；

围护结构的保温设计原理几种不同表面的垂直空气间层热阻

1未加反射材料2一个表面加反射材料3两个表面加反射材料围护结构的保温设计原理窗的传热阻

窗户是保温能力最低的围护结构，一般情况下，通过单层窗的传热量是同等面积外墙的3～5倍。单层窗的框边和玻璃本身的热阻都很小，在窗的传热阻中内、外表面换热阻的影响就相对较大。

围护结构的保温设计原理围护结构内表面及内部温度计算

一般构造部分的内表面及内部温度

热桥部位的局部内表面温度

围护结构的保温设计原理一般构造部分的内表面及内部温度当围护结构构造确定后，可以进一步根据室内外的温度条件计算出其内表面和内部各层的温度，从而分析其保温效果；

围护结构的保温设计原理内表面及内部温度计算式可由稳定传热基本方程导出。

qi＝q

围护结构的保温设计原理q1＝

q2＝

q3＝

qi＝

q围护结构的保温设计原理在围护结构中，常有保温性能远低于主体部分的嵌入构件，这些部位的传热量比主体部分大得多，所以它们的内表面温度也比主体部分低，在建筑热工学中，这种容易传热的部分叫作“热桥”。

围护结构的保温设计原理采用以下计算式计算冷桥处内表面温度

在“桥”部位的内表面温度既受“桥”处的热阻和构造方式的影响，也受主体部分热阻的影响。

围护结构的保温设计原理贯通式热桥对内表面温度影响最大，在建筑中应尽量避免采用，或在热桥部位加设高效保温材料。对非贯通式热桥，则最好将热桥布置在靠近室外一侧。

围护结构的保温设计原理外墙角内表面温度

由于在墙角部分的室内空气流动速度慢、感热阻大，更主要是由于墙角的放热面大于吸热面，因此墙角部分的内表面温度远比主体部分的内表面温度为低。

围护结构的保温设计原理图外墙角散热情况。在主体部分因属一维传热，等温线是一系列与结构表面平行的直线；在交角处属二维传热，所以等温线成了曲线。围护结构的保温设计原理围护结构的热稳定性——蓄热系数和热惰性指标

在实际使用中，室内供暖常有波动，室外气温也会在一天内有变化，各种材料和围护结构对波动热作用的抗拒能力（即热稳定性）可用材料蓄热系数（S）、围护结构内表面蓄热系数（Yi）、围护结构热惰性指标（D）

围护结构的保温设计原理材料蓄热系数（S）：当一种材料厚度为半无限大，并在其一侧受到周期性波动热作用时，表面温度将按同一周期而波动，通过表面的热流波动的振幅Aq与材料表面温度波动的振幅Aθ之比，叫做材料的蓄热系数。它反映了这种材料对波动热作用反应的敏感程度。在同样波动热作用下，蓄热系数大的材料，表面温度波动较小，即热稳定性好。围护结构的保温设计原理材料蓄热系数（S）：作为材料的一种基本性能，其数值取决于材料的导热系数及材料a体积热容量（即比热与密度的乘积），同时也因波动热作用的周期而异。其计算式为围护结构的保温设计原理当热流波动周期为24小时时，以24代入Z，则得以24小时为周期的材料蓄热系数S24

围护结构的保温设计原理当遇到某一材料层是由几种材料组合而成时，则组合材料层的蓄热系数（S）应由各材料蓄热系数按下式加权平均得出：

围护结构的保温设计原理围护结构内表面蓄热系数（Yi）通过围护结构内表面热流波动的振幅Aq与内表面温度波动振幅Aθ之比，称为围护结构内表面蓄热系数Yi，以公式表示如下：围护结构的保温设计原理内表面蓄热系数Yi表示在周期性热作用下，直接受到热作用一侧的表面对周期性热作用反应敏感程度特性的指标。Yi越大，表明在同样的周期性热作用下，内表面温度波动越小，即温度越稳定。围护结构内表面蓄热系数Yi值反映了围护结构内表面的热稳定性。围护结构的保温设计原理内表面蓄热系数的数值和围护结构各层材料的性质及厚度有关，大致可分两种情况加以考虑：

（1）当围护结构内面由较厚的一种材料组成时，内表面蓄热系数可用这层材料的材料蓄热系数（S）值来表示。（2）当围护结构内面材料层不很厚时，如由多层材料构成的屋顶或外墙，其内表面温度的波动振幅不仅与面层材料的物理性能有关，而且与其后面材料的性能有关。围护结构的保温设计原理计算方法为：依照围护结构的材料分层，逐层计算。围护结构的保温设计原理围护结构热惰性指标（D）当围护结构的表面受到周期性热作用后，温度波将向结构内部传递，同时不断衰减，直到背波面。热惰性指标是表明背波面上温度波衰减程度的一个主要数值，它表明围护结构抵抗周期性温度波动的能力。

围护结构的保温设计原理对单一材料围护结构，热惰性指标即其热阻与材料蓄热系数的乘积。表示为：

D＝R·S对多层材料的围护结构，热惰性指标为备材料层热惰性指标之和：∑D＝

R1S1＋

R2S2＋…＋

R3S3

＝

D1＋

D2＋…＋

Dn

R、S分别为各材料层的热阻和蓄热系数。围护结构的保温设计原理围护结构中空气层的蓄热系数为0，该层热惰性指标D为0。如围护结构中某层是由几种材料组合时，则需先求出该材料层的平均热阻R和平均蓄热系数S，再加以计算。围护结构的保温设计原理材料层的热惰性指标愈大，说明温度波在其间的衰减愈大。温度波的衰减与材料层的热惰性指标是呈指数函数关系。围护结构的保温设计原理振幅衰减倍数达到2时称这层材料为“厚”层，或“剧烈波动层”，按照如衰减倍数为2，则D值需等于1，由此得出以热惰性指标是否大于1作为材料最是否为“厚”层的判断。围护结构的保温设计原理围护结构保温层设置方式

建筑保温设计的有关规定经济热阻及建筑节能设计标准

围护结构的保温设计原理围护结构一般都需满足承重和保温要求其构造有的是用单一材料，它既承重又保温，如砖砌体（墙）、加气混凝土（墙、屋顶）等。

另一种，是用两种类型（或两种以上）材料分别满足保温和承重的需要，成为复合围护结构。

围护结构的保温设计原理复合围护结构。它可以充分发挥材料的特性，以强度大的材料承重，以轻质材料（如岩棉、膨胀珍珠岩制品，或泡沫聚苯乙烯等）作为保温。

围护结构的保温设计原理随着对围护结构保温要求的增加，复合构造也使用得日益广泛。复合构造大体上可分

外保温内保温中间保温

围护结构的保温设计原理从建筑热工角度上看，外保温优点较多，但内保温往往施工比较方便，中间保温则有利于用松散填充材料作保温层。围护结构的保温设计原理三种保温层设置方式的比较内表面温度的稳定性

热桥问题

防止保温材料内部凝结水对承重结构的保护

旧房改造

外饰面处理

围护结构的保温设计原理

内表面温度的稳定性：外保温和中间保温作法，内表面温度相对稳定。对一天中只有短时间使用的房间，用内保温可使室内温度上升快。围护结构的保温设计原理热桥问题内保温作法常会在内外墙联接以及外墙与楼板联接等处产生热桥。中间保温的外墙也由于内外两层结构需要拉接而增加热桥耗热。而外保温在减少热桥方面比较有利。

围护结构的保温设计原理防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法，可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮

围护结构的保温设计原理对承重结构的保护：外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性

旧房改造为节约能源而增加旧房的保温能力时，利用外保温，在施工中可不影响房间使用，同时也不占用室内面积，但施工技术要求高。

围护结构的保温设计原理外饰面处理外保温作法对外表面的保护层要求较高内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。

围护结构的保温设计原理在我国现行的《民用建筑热工设计规范》

（GB50176—93）《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26—86）对围护结构的保温要求都作了规定。

围护结构的保温设计原理围护结构保温能力的选择主要是根据气候条件和房间的使用要求，并按照经济和节能的原则而定。围护结构的保温设计原理在《民用建筑工设计规范》（GB50176—93）中对围护结构规定了最小传热阻以保证使用者的最基本卫生要求。围护结构的保温设计原理围护结构的最小传热阻（低限热阻）围护结构对室内热环境的影响，主要是通过内表面温度体现的。如内表面的温度太低，不仅对人产生冷辐射，影响到人的健康，而且如温度低于室内露点温度，还会在内表面产生结露，并使围护结构受潮，严重影响室内热环境并降低围护结构的耐久性。围护结构的保温设计原理在稳定传热条件下，内表面温度取决于室内外温度和围护结构的传热阻。保证围护结构内表面温度接近室内空气温度。控制围护结构内表面不结露同时考虑人体卫生保健的基本需要。并控制通过围护结构的热损失在一定范围之内围护结构的传热阻就不能小于某个最低限度值，这个最低限度的传热阻称为最小传热阻R0．min。围护结构的保温设计原理最小传热阻最小传热阻并不意味着围护结构的实有传热阻一定要刚好等于最小传热阻，它只是起码的标准，为满足热舒适和建筑节能的需要，实有的传热阻完全可以高于它，但不得低于它。

围护结构的保温设计原理根据《民用建筑热工设计规范》（GB50176一93）最小传热阻的计算公式如下：

围护结构的保温设计原理经济热阻对围护结构传热系数和居住建筑耗热量指标按最小传热阻确定的外围护结构，可以满足基本卫生要求并节省建造费用，但常常不可避免地会增加建筑物使用时的采暖费，浪费采暖能耗。

围护结构的保温设计原理每m2外围护结构（外墙或屋顶）平均到使用期内每年的建造费和采暖费与其所用保温材料厚度之间的关系对于围护结构来说，综合考虑建造费与采暖费，可以得出所用保温材料的最经济厚度。

围护结构的保温设计原理经济热阻的计算值不仅和当地气候因素有关，还取决于建筑的使用年限，所用的建筑材料和采暖用燃料的价格以及银行利率等因素应有的经济热阻值均远远大于按最小传热阻计算的结果。

围护结构的保温设计原理

近20年来世界上各发达国家都在逐渐提高其