1-3建筑节能课程

建筑节能技术江苏建筑职业技术学院

学习单元一

建筑节能与可持续发展主讲教师张洪波学习单元一

建筑节能与可持续发展第三讲建筑节能计算初步主要内容1建筑节能计算基础2体形系数计算3窗墙面积比计算4传热系数K计算1建筑节能计算基础1）建筑节能计算范围

建筑节能计算具体范围表一序号位置具体内容1屋面屋面传热较快2外墙墙体(承重、非承重）、热桥3楼梯间隔墙采暖空间与非采暖空间4户门包括阳台门上的透明部分5窗户建筑热或冷散失的薄弱环节6阳台门下部芯板7地面周边和非周边地区2）居住建筑建筑节能计算内容

建筑节能计算是指外围护结构的节能参数的计算，其主要包括：

体形系数、窗墙面积比、传热系数(K)和热惰性指标(D)以及遮阳系数建筑节能技术参数见表二设计内容规定性指标体形系数条式建筑≤0.35点式建筑≤0.40屋顶传热系数K≤1.0D≥3.0K≤0.8D≥2.5外墙传热系数K≤1.5D≥3.0K≤1.0D≥2.5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≥Ⅲ级≥7层≥Ⅱ级架空楼板K≤1.5分户墙K≤2.0楼板K≤2.0户门K≤3.02体型系数计算1）体形系数计算公式建筑物体形系数(S)为建筑物与室外大气接触的外表面积(Fe)和外表面所包围体积(Ve)之比值。S=Fe/Ve

注：体积小、体形复杂的建筑以及平房和低层建筑，体形系数较大，对节能不利；

体积大、体形简单的建筑以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。2）建筑物外墙面积和体积

建筑外墙面面积应按各层外墙外包线围成的面积总和计算。建筑物外表面积应按墙面面积、屋顶面积和下表面直接接触室外空气的楼板(外挑楼板、架空层顶板)面积的总面积计算，不包括地面面积，不扣除外门窗面积。

建筑体积应按建筑物外表面和底层地面围成的体积计算。3）规定性指标对体形系数的要求体形系数规定指标要求表三建筑类别条式建筑点式建筑居住建筑≤0.35≤0.4公共建筑严寒、寒冷地区≤0.4;其他地区无要求4)

体型系数计算实例已知有三栋建筑，10层30m高，每层建筑面积均为600m2计算不同平面形状建筑的体形系数。若三栋建筑楼层变更为6层18m高时，其体形系数的计算结果如何；由10层和6层的计算结果进行分析，可得出什么结论？图一不同平面形状的具体尺寸栋号架空层外围护面积Fe(m2)体积Ve(m3)体形系数S=Fe/VeA无98m×30m+600m2=354025m×24m×30m=180003540/18000=0.197有98m×30m+600m2×2=4140180004140/18000=0.23B无110m×30m+600m2=390040m×15m×30m=180003900/18000=0.217有110m×30m+600m2×2=4500180004500/18000=0.25C无140m×30m+600m2=4800(30×10m+lOm×15m×2)×30m=180004800/18000=0.267有140m×30m+600m2×2=5400600m2X2=5400180005400/18000=0.30

10层建筑30m高体形系数计算表表四6层建筑18m高体形系数计算表表五栋号架空层外围护面积Fe(m2)体积Ve(m3)体形系数S=Fe/VeA无98m×18m+600m2=236425m×24m×18m=108002364/10800=0.22有98m×18m+600m2×2=2964108002964/10800=0.27B无110m×18m+600m2=258040m×15m×18m=108002580/10800=0.24有110m×18m+600m2×2=3180108003180/10800=0.29C无140m×18m+600m2=3120(30m×lOm+lOm×15m×2)×18m=108003120/10800=0.29有140m×18m+600m2×2=3720108003720/10800=0.34

计算分析对比发现：平面外形越紧凑，体形系数越小，节能效果越好；层数越少，体形系数越大，节能效果相对较差；增设架空层，体形系数随之扩大，节能效果降低。总结：（1）建筑长宽比应适宜。（2）增加建筑层数，多分摊屋面或

架空楼板面积

（3）建筑体形不宜变化过多，立面不宜太复杂，造型宜简练。1）窗墙面积比计算公式

窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值

——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);——同一朝向外墙总面积(含该外墙上的外门窗的总面积)(m2)。3窗墙面积比计算2）平均窗墙面积比指建筑某一相同朝向的外墙面上的窗及阳台门透明部分的总面积与该朝向外墙面的总面积(包括外墙中窗和门面积）比。3）窗墙面积比计算实例已知杭州某办公建筑，其建筑南面为(4m，8个开间房屋）32m，层高3m，4层，每层设窗(3m×1.5m)各8个，求此建筑南面的平均窗墙比。建筑南面的平均窗墙比应为：

研究表明，在寒冷地区，即使是南向窗户太阳辐射得热，窗墙面积比增大，建筑采暖能耗也会随之增加，对节能不利，其他朝向窗户过大，对节能更为不利。在夏季空调建筑中，空调运行负荷是随着窗墙面积比的增大而增加。窗墙面积比50%的房间，与窗墙面积比30%的房间相比，空调运行负荷要增加17%~25%。窗墙面积比越大，采暖、空调的能耗也越大。从节能角度出发，应

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）围护结构热阻的计算（1）围护结构热阻定义：表征围护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量。（2）单层结构热阻，其计算公式:式中δj——材料层厚度，mλj——材料计算导热系数，W/(m•K)。

4传热系数计算1）围护结构热阻的计算（3）多层结构热阻，其热阻计算公式如下:式中R1、R2、…Rn——各层材料热阻(m2•K/W),δ1、δ2、…δn——各层材料厚度(m);λ1、λ2、…λn——各层材料导热系数(W/m•K)。2）围护结构总传热阻的计算图二表征结构

表征结构(包括两侧空气边界层)阻抗传热能力的物理量，其计算公式

式中∑R——围护结构各层材料热阻总和。Ri,Re——内、外表面换热阻，见表六。内外表面换热阻和内外表面换热系数表六内表面换热系数αiW/m2•K围护结构内表面与室内空气温差为1℃，lh内通过lm2界面面积传递的热量内表面换热阻Rim2•K/W内表面换热系数的倒数。Ri=1/αi外表面换热系数αeW/m2•K围护结构外表面与室外空气温差为1℃，lh内通过lm2界面面积传递的热量外表面换热阻Rem2•K/W外表面换热系数的倒数。Re=1/αe通常情况下，Ri=0.ll(m2•K)/WRe=0.04m2•K/W(冬季)或0.05m2•K/W(夏季)3）围护结构传热系数计算

围护结构传热系数为总传热阻的倒数，其计算公式如下

式中∑R——围护结构各层材料热阻总和(m2•K/W)；Ri,Re——内、外表面换热阻，(m2•K/W)；R0——围护结构传热阻(m2•K/W)。例1：以490mm厚黏土实心砖墙为例，如图三所示。已知：Ri=0.11Re=0.04,δ1=0.02,λ1=0.87δ2=0.49,λ2=0.81，δ3=0.02,λ3=0.93，试计算其传热系数图三多层实心黏土墙问题分析：首先求出单一热阻，然后计算传热总热阻，再根据传热系数公式得出传热系数。R1=0.02/0.87=0.023(m2.K/W)R2=0.49/0.81=0.605(m2•K/W)R3=0.02/0.93=0.022(m2•K/W)R0=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.023+0.605+0.022+0.04=0.80(m2•K/W)KP=l/R0=l/0.8=1.25(W/m2.K)4）外墙平均传热系数外墙包括主体部位和周边热桥（构造柱、圈梁以及楼板伸入外墙部分等）部位在内的传热系数平均值。按外墙各部位（不包括门窗）的传热系数对其面积的加权平均计算求得。式中KP—外墙主体部位的传热系数;FP—外墙主体部位的面积(m2)；KB1,KB2,KB3—外墙周边热桥部位的传热系数;FB1,FB2,FB3—外墙周边热桥部位的面积(m2)例2：现假设以杭州地区370mm厚黏土实心砖墙外贴60mm厚EPS板的住宅外墙为例，计算其外墙的平均传热系数。已知：房间开间3.6m，层高2.8m，窗户2.lm×1.5m;楼板厚度为120mm，伸入墙内240mm，L形过梁长2.34m，高180mm，其中，高60mm部分宽度为370mm，高120mm部分宽度为240mm。伸入墙内各层材料的导热系数λ(W/m.K):砖墙λ=0.81,钢筋混凝土λ=1.74，EPS板λ=0.050，内抹灰λ=0.87，外抹灰λ=0.93，Ri=0.11，Re=0.04。如图四、图五所示图四保温墙体结构图图五

外墙热桥部位（1）主体部位：=1/(0.11+0.02/0.87+0.37/0.81+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1/(0.11+0.023+0.457+0.022+1.2+0.04)=1/1.852=0.54<0.56Fp=[(3.6-0.24)×(2.8-0.12)]—[(2.1×1.5)+(0.18×2.34)]=3.36×2.68—(3.15+0.421)=9.005—3.571=5.434（2）热桥部位：KB1=KB2=KB3=1/(0.11+0.02/0.87+0.24/1.74+0.13/0.81+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1/(0.11+0.023+0.138+0.160+0.022+1.2+0.04)=1/1.671=0.598>0.56FB1+FB2+FB3=0.24×2.8+(3.6-0.24)×0.12+2.34×0.12=0.672+0.403+0.281=1.356KB4=1/(0.11+0.02/0.87+0.37/1.74+0.02/0.93+0.06/0.05+0.04)=1(0.11+0.022+0.213+0.023+1.2+0.04)=1/1.608