建筑物理11章建筑防热.ppt

第十一章 建筑防热,5-1 室外热环境与防热途径 5-2 外围护结构的隔热设计 原则和措施 5-3 房间的自然通风 5-4 窗口遮阳,5-1 室外热环境与防热途径,一、室外热环境 二、防热途径 三、气候条件和地理环境对建筑的影响,一、室外热环境：,构成室外热环境的主要气候因素： 太阳辐射、温度、湿度和风等。,1. 太阳辐射:,太阳辐射是房屋外部的主要热源： 如图：太阳辐射图解 到达地面的太阳辐 射又可分为：直接辐射 和散射辐射。,影响太阳辐射强 度的因素：太阳高 度角、大气透明度、 地理纬度、云量和 海拔高度等。,2. 风,风：就是大气的流动。大气环流是各地气候差异 的原因。,风的种类： 季候风：由大气环流形成的风，在一年内随季节不 同而有规律变换方向。例如：我国气候特点之一就是 季风性强。,地方风：由于地面上水陆分布，地势起伏，表面覆 盖等地方性条件不同而引起小范围内的大气环流。 如：水陆风，山谷风，庭院风，巷道风，这些都是由 于局部受热不均而引起的，其特点是日夜交替变向。,风的描述： 风通常是以水平运动为主的空气运动。风的描述 包括风向和风速。 风玫瑰图能直观反映一个地方的风速和风向。如下图。 (a)为某地夏季七月的风向频率分布；(b)为各方位的风速。,3. 气温:,气温：指空气的温度。一般气象学上所指气温是距地面 高处的空气温度。 影响气温的主要因素：入射到地面上的太阳辐射热量， 地形与地表面的覆盖以及大气环流的热交换作用等。其中， 太阳辐射起决定作用。 气温变化：四季变化 （年变化）、日变化和随 地理纬度的变化。,4. 空气湿度:,空气湿度：表示大气湿润程度。一般用相对湿度表示。 相对湿度的日变化通常与气温的日变化相反：如图5-1 我国各地的相对湿度： 受海洋气候影响，南方大部分地区相对湿度一年内夏季最大，,秋季最小；华南和东南沿海 一带因春季海洋气团入侵， 且此时温度还不高，形成较 大相对湿度，大约以3-5月 为最大，秋季最小，南方地 区在夏季之交气候潮湿，室 内地面常出现泛潮现象。,5. 降水:,指从地球表面蒸发出去的大量水汽进入大气层，经凝结后又降到地面上的液态或固态水分。如：雨、雪、冰、雹等。,热气候特征与建筑设计原则,热气候特征与建筑设计原则（表6-1）,湿热区建筑设计防热措施：,防止日辐射：周围环境要绿化；窗口要遮阳；外围护结构要隔热；朝向要合理。 争取自然通风：房屋间距、布局要合理；建筑低层架空；设通风屋顶、通风幕墙。,干热区建筑特色,干热区气候干燥、气温高、温度日差较大，晴朗少云，吹热风并带沙尘。 建筑特色：墙厚少开窗或开小窗；外围护结构隔热要求高；内庭周围多设走廊，庭院内种植物和设置水池以调节干热的气候； 在干热地区，生土建筑对调节室内气温起的作用很大。如一昼夜室外气温波动在40-18之间，而室内气温的波动仅在29-24之间，房间内部温度较为稳定，具有一定的空调作用。,二、防热途径：,1. 室内过热的原因:,室内过热的原因：主要是强烈的太阳辐射和较高的室外气温，室外风速、风向，空气湿度及环境特点也在某种程度上起作用。 夏季室内热量的主要来源：如图示。,2. 防热途径:, 减弱室外热作用：主要办法是正确选择房屋朝向和布局，防止日晒；同时绿化周围环境，降低环境辐射和气温，并对热风起冷却作用；外围护结构表面采用浅色，减少对太阳辐射吸收，从而减少结构的传热量。 外围护结构的隔热和散热：对屋面、外墙（特别是西墙）进行隔热处理，减少传进室内的热量，降低围护结构的内表面温度。 房间自然通风：自然通风是排除房间余热、改善人体舒适感的主要途径。房屋朝向要力求接近夏季主导风向；选择合理布局形式，正确设计房屋的平面和剖面、房间开口的位置和面积，以及采用各种通风构造设施，以利房间通风散热。, 窗口遮阳：主要是阻挡直射阳光从窗口透入，减少对人体的辐射，防止室内墙面、地面和家具表面被晒而导致室温升高。遮阳方式：利用绿化（中树或攀缘植物）；结合建筑构件处理（入出檐、雨蓬、外廊等）；采用临时性的布篷和活动的合金百叶；采用专门的遮阳板设施等。 几种途径要综合处理，但主要是屋面、西墙隔热、窗口防辐射和房间自然通风，同时也必须同环境绿化等一起综合考虑。,三、气候条件和地理环境对建筑的影响：,无论在房屋布局，细部处理和建筑形式等方面，都因气候条件和地理环境不同而具有不同的手法和地方特点。 例1。云南省西双 版纳一带的民居。,第二节 建筑防热设计控制指标,室外热作用 夏季，对建筑防热来说，是取太阳辐射强度很大的晴天作为设计的基本条件。 白天，在强烈阳光照射下，热量从围护结构外表面向室内传递。夜间围护结构外表面的温度迅速降低，热量是从室内向室外传递（无空调房）。 夏季围护结构的传热是以24小时为一周期的波动热作用，其室内外传热按周期不稳定传热计算，不允许作稳定传热的简化。,室外综合温度,为了进行隔热计算，先应当确定围护结构在夏季室外气候条件下所受到的热作用。围护结构外表面受到3种不同方式的热作用： 太阳辐射热的作用。当太阳辐射热作用到围护结构外表面时，一部分被围护结构外表面吸收。 室外空气的传热。室外空气的温度与外表面温度存在着温度差，二者以对流换热形式进行换热。 在围护结构受到上述两种热作用后，外表面温度升高，辐射本领增大，向外界发射长波辐射热，失去一部分热能。 为了计算方便，将三者对外围护结构的共同作用综合成一个单一的室外气象参数，这个假想的参数叫“室外综合温度”。用tsa表示。,室外综合温度,室外综合温度及其组成,平屋顶、西墙、东墙、西南向墙和东南向墙所受室外热作用较大。因此，在设计时对他们进行隔热是非常必要的。 室外综合温度是以一天为周期波动的，用tsa表示的公式只是一般表达式，为了进行隔热计算，还必须确定综合温度的最大值、昼夜平均值和昼夜温度波动振幅。,综合温度的平均值：,综合温度最大值的计算：,隔热设计标准,隔热设计标准就是围护结构的隔热应当控制到什么程度。它与地区气候特点、生活习惯、对地区气候的适应能力以及当前的技术经济水平有密切关系。 对于自然通风的房间，外围护结构的隔热设计主要控制其内表面温度值。要求外围护结构具有一定的衰减度和延迟时间。 按照民用建筑热工设计规范（GB5017693）要求，自然通风房屋的外围护结构应满足如下隔热控制指标： 屋顶和东（西）外墙内表面最高温度i,max 夏季室外计算温度最大值te,max 。 i,max te,max 对于夏季特别炎热地区（南京、武汉、长沙、重庆等），屋顶和东西墙内表面最高温度值i,max 应室外气温最高值。 i,max te,max,当外墙和屋顶采用轻型结构时i,max应满足下式： i,maxte,max +o.5 当外墙和屋顶内侧用复合轻质材料（岩棉、泡沫塑料、石膏板），i,max 应满足下式： i,maxte,max +1 对于夏季炎热，冬季又寒冷的地区，建筑设计应考虑屋顶和外墙冬季防寒夏季防热。,5-3 外围护结构的隔热设计原则和措施,一、外围护结构隔热设计的原则 二、外围护结构的隔热措施,一、外围护结构隔热设计的原则：,1. 屋顶隔热。外围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度以水平面为最大，东西向其次，东南和西南又次之，南向较小，北向最小，所以屋顶隔热极为重要，其次是西墙和东墙。2. 降低室外综合温度。其办法有: 结构外表面采用浅色平滑的粉刷和饰面材料。如：马赛克、小瓷砖等，以减少对太阳辐射的吸收。 在屋顶或墙面的外侧设置遮阳设施，可有效降低室外综合温度。,3. 在外围护结构内部设置通风间层。通风间层与室外或室内相通，利用风压和热压的作用带走进入空气层内的一部分热量，从而减少传热室内的热量。,4. 合理选择外围护结构的隔热能力。主要根据地区气候特点，房屋的使用性质和结构在房屋中的部位等因素来选择。,5. 利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温。如：蓄水屋顶，植被屋顶。这些屋顶具有很好的隔热能力，但也增加了结构的荷载，而且如果蓄水屋顶防水处理不当，还可能漏水、渗水。,6. 屋顶和东、西外墙的内表面温度应通过验算，要求内表面最高温度应低于当地夏季室外计算最高温度，保证满足隔热设计标准。,二、外围护结构隔热措施：,（一） 屋顶隔热 （二） 通风屋顶 （三） 阁楼屋顶 （四） 蓄水屋顶 （五） 铺土 （或无土）中指屋顶 （六） 外墙隔热,（一）屋顶隔热：,1. 实体材料层屋顶隔热：是一种从提高围护结构本身热阻和热惰性来提高隔热能力的处理方法。要注意材料层层次的排序，因排序不同也会影响衰减度，必须进行比较选择。 如图（a）、（b）、（c）,（a）无隔热层，热工性能差。,（b）加一层厚 泡沫混凝土，隔热效果显著。内表面 比（a）降低 ， 低 。 对防水层要求高。,（c）加一层蓄热系数大的粘土方砖（或混凝土板）。其粘土方砖外表面 比卷材屋面降低 左右。 但自重大，傍晚蓄热层蓄存的热量仍继续向室内散发。,2. 封闭空气间层隔热：采用空心板屋面，利用封闭空气间层隔热，可减轻自重，解决隔热和散热矛盾。 封闭空气间层内传热方式主要是辐射换热，可在间层内铺设反射系数大，辐射系数小的材料，如铝箔。 如图 （e） 间层设铝箔后，结构内表面温度比（d）降低 ，效果较显著。,如图 （f） 外表面铺白色光滑的无水石膏，结果结构内表面温度比（d）低 ，比（e）低 ，说明选择屋顶面层材料和颜色的重要性。,（二）通风屋顶：,1. 通风屋顶隔热性能及其作用： 我国南方地区气候炎热多雨，为了隔热防漏，创造了双层瓦通风屋顶和大阶砖通风屋顶。如图,以大阶砖通风屋顶为例。如图是一个对比性实测结果。,2. 通风屋顶传热过程与影响隔热的因素： 通风屋顶是当室外空气流经间层时，带走部分从面层传下的热量，从而减少透过基层传入室内的热量。如图5-4：, 间层通风量愈大，带走的热量愈多。通风量大小与空气流动的动力，通风间层高度和通风间层内的空气阻力等因素有关。, 风压和热压是间层内空气流动的动力,试验表明：在同样风力作用下，通风口朝向与风向的偏角（即风的投射角）愈小，间层的通风效果愈好，故应尽量使通风口面向夏季主导风向。由于风压与风速的平方成正比，所以风速大的地区，利用通风屋顶效果显著。 试验还表明，将间层面层在檐口处适当向外挑出一段，能起兜风作用，可提高间层的通风效果。 热压的大小取决于进排气口的温差和高差，温差与高差愈大，热压愈大，通风量就愈大。, 通风间层高度,试验表明：间层高度增高，对加大通风量有利，但增高到一定程度后，其效果渐趋缓慢。 如图几种通风屋顶在不同高度的空气间层情况下的热工效果。,由图可见，间层高度以2024cm左右为好。因此，一般情况下，采用矩形截面通风口，房屋进深为912m的双坡屋顶或平屋顶，其间层高度可考虑取2024cm，坡顶可用其下限，平屋顶可用其上限； 如为拱形或三角形的截面，其间层高度要酌量增大，平均高度也不宜低于20cm., 通风间层内的空气阻力。 室外空气流过间层的阻力有摩擦阻力和局部阻力。 为降低摩擦阻力，间层内表面不宜过分粗糙； 为降低局部阻力，进、出风口的面积与间层横界面的面积比要大。若进出风口有启闭装置，应尽量加大其开口面积，并注意使装置有利于导风，以减少局部阻力，增大通风量。, 间层通风组织形式和隔热措施：,组织方式：a.从室外进气（采用兜风檐口可加强风 压作用）； b.从室内进气； c.室内、室外同时进气。 另外，有的为提高热压作用，在水平的通风层中间，增设排风帽，造成进、出风口的高度差，并且在帽顶的外表涂上黑色，加强吸收太阳辐射，以提高帽内的气温，有利于排风。,间层通风组织形式：,隔热措施举例,（三）阁楼屋顶：,在提高阁楼屋顶隔热能力的措施中，加强阁楼通风是一种经济而有效的方法。如加大通风口的面积，合理布置通风口的位置等。通风口可做成开闭式的，夏季开启，冬季关闭；组织阁楼的自然通风也应充分利用风压和热压的作用。,阁楼通风形式有：山墙上开口通风，从檐口下进气有屋脊排气，在屋顶设老虎窗通风等。如图5-6：,水的比热大，而且蒸发也可带走大量热量，因此，利用水作为隔热材料，可取得很好的隔热效果。 重庆地区对同样结构的蓄水屋顶（水厚100mm）于不蓄水屋顶实测结果表明：蓄水后外表面温度比不蓄水低15，内表面低8；蓄水屋顶内、外表面温度的振幅仅为不蓄水的1/2；蓄水后通过屋顶传入室内的最大热量只是未蓄水时传入的1/3；蓄水后通过屋顶传入室内的平均热量只有未蓄水时的1/35。 水面上敷设铝箔或其它浅色漂浮物，或在水面上种植漂浮植物水浮莲、水葫芦等将反射或吸收大量太阳辐射，能取得更好的隔热效果。,（四）蓄水屋顶：,（五）铺土（或无土）种植屋顶：,在钢筋混凝土屋面板上铺土，再在上面种植作物，即为铺土种植屋顶。 铺土种植屋顶时利用植物的光合作用，叶面的蒸腾作用以及对太阳辐射热的遮挡作用，来减少太阳辐射热对屋面的影响。此外，土层也具有一定的蓄热能力，并能保持一定水分，通过水的蒸发吸热也能提高隔热效果。,以蛭石、锯末或岩棉等作为介质代替土壤，再在上面种植作物，即为无土种植屋顶。 无土种植屋顶的重量进位同厚度铺土种植屋顶的1/3，而保温隔热效果却提高3倍以上。 对有、无蛭石种植层的屋顶进行对比测定。,（六）外墙隔热：,外墙的室外综合温度较屋顶低，因此在一般的房屋建筑中，外墙隔热与屋顶相比是次要的。但对采用轻质结构的外墙或需空调的建筑中，外墙隔热仍需重视。,粘土砖墙；两面抹灰一砖墙；空斗墙；实砌砖墙。,为减轻墙体自重，减少墙体厚度，便于施工机械化，近年来大量采用空心砌块、大型板材和轻板结构等墙体。,轻型墙板有两种类型：一是用一种材料制成的单一墙板，如加气混凝土或轻骨料混凝土墙板；另一种轻型外墙板是由不同材料或板材组合而成的复合墙板，其构造如图。,无论何种形式的外围护结构，采用浅色平滑的外粉饰，以降低对太阳辐射热的吸收率，隔热效果是非常明显的。,双层墙面,1981年的纽约州布法罗市胡克大厦（Hooker）玻璃间层宽1.5米，间层中设可以调节的遮阳百叶，且各层之间相互连通，加强了夏季的热压通风，取得了非常显著的节能效果，整栋建筑几乎无需空调系统。,水幕墙水与围护结构融为一体,