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關鍵字:建筑節能 標準
我國20世紀60年代中期至70年代,由于片面的強調降低基本建設的造價和減輕結構自重,導致一再削弱維護結構的保溫隔熱水平,采暖和空調能耗大 ,經濟和社會效益都很差。現我國建筑用能已接近全國能源消費總量的1/3。
建筑在我國分為工業建筑和民用建筑。工業建筑本身能耗不大,所以國家還未對工業建筑作節能方面的要求。民用建筑又分為兩大類:居住建筑和公共建筑.在各專家編寫規范之前的社會調查階段中由電業總局與燃氣公司提供的數據顯示:就目前
熱系數,單位是w/m .k。λ為此公式求值過程中的關鍵數據,也是每種材料的固有的屬性。她的名詞解釋為:1m厚的物體,兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位w/m.k 。通常把導熱系數λ小于0.3 w/m .k并能用于絕熱工程的材料,叫做絕熱材料。導熱系數是絕熱材料的最重要最基本的熱物理指標。例如:普通混凝土λ=1.74w/m .k,鋼筋混凝土λ=1.51w/m .k,多孔磚λ=0.58w/m .k,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047w/m .k,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216w/m .k,(這種材料在全球范圍內尤其在歐美等發達國家作為建筑絕熱工程中最普遍使用的材料),而鑄鐵λ=49.9w/m .k。實際的工程應用中,卡特比勒辦公樓的外墻部分設計采用聚異氰脲酸酯(pir),這種更新型的材料λ=0.020w/m .k,屬絕熱材料。這便是維護結構的傳熱系數k值的求解過程。
778論文在線 / 下面結合《公共建筑節能設計標準》對上海地區的各部分圍護結的隔熱要求構逐一探討:
1.屋面:k≤0.70w/m2.k
我們的習慣做法一般可以滿足這個要求。例如:120厚現澆混凝土樓板+20厚水泥砂漿找平層+泡沫混凝土找坡層最薄30厚+40厚的λ=0.03w/m .k擠塑板(xps)+防水層+20厚水泥砂漿保護層,這樣的做法就可以達到k≤0.60w/m2.k。須注意關鍵的保溫層一般應選用40厚擠塑板,若選用聚苯板,厚度應增加至60。
2.外墻:k≤1.0w/m2.k
不作外墻保溫的習慣做法是絕對達不到這個新規范要求的。例如:20厚水泥砂漿+240厚多孔磚+20厚水泥砂漿的無外墻外保溫的傳統構造傳熱系數k=1.66w/m2.k,即便在前段時間簡易的外墻保溫做法-保溫砂漿,也達不到規范的新要求。經計算得知:在墻體與外墻砂漿之間增加20厚的λ=0.03w/m .k擠塑板,這樣的構造使得外墻整體的傳熱系數k=0.86w/m2.k<1.0w/m2.k。這叫做外墻外保溫技術,是業界內公認的一種效果很好的做法。他的優點是技術成熟,產品壽命較長,也可使外墻的主要部分受到保護,大大降低溫度應力的起伏,提高結構的耐久性。但他的缺點是在高層建筑中有安全隱患,外墻面磚的做法受到限制。外墻內保溫的做法不能很好的解決建筑熱橋的問題,同時房間內部使用和改造都受到很大的限制,所以現在工程上已很少用這種做法了。還有一種做法叫做中間保溫,做兩層墻,中間夾保溫材料,這種做法效果好,是建筑保溫的發展趨勢,國外的工程中這種做法早已普及,在我國的發展受到限制主要是因為一造價高,二構造做法與現行的做法差別太大,影響面廣,難以一時普及。
3.外窗部分
我國在80年代前,由于片面的強調降低基本建設的造價和減輕結構自重,導致一再削弱維護結構的保溫隔熱水平,采暖和空調能耗大,經濟和社會效益都很差,形成設置費與維持使用費嚴重失調局面。現我國建筑用能已接近全國能源消費總量的1/3。
建筑在我國分為工業建筑和民用建筑。工業建筑本身能耗不大,所以國家還未對工業建筑作出節能方面的要求。民用建筑又分為兩大類:居住建筑和公共建筑.在各專家編寫規范之前的社會調查階段中由電業總局與燃氣公司提供的數據顯示:就目前中國居民的消費水平和消費習慣而言,居住建筑能耗與公共建筑或國外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡節能設計,目的是提高人們生活的舒適性。而公共建筑提倡節能設計才是建立集約型社會的關鍵環節。公共建筑分為以下幾類:辦公建筑(寫字樓、政府部門辦公樓),商業建筑(商場、金融建筑),旅游建筑(旅館、娛樂場所),科教文衛建筑(文化、教育、科研、醫療、衛生、體育),通信建筑(郵電、通訊、廣播)以及交通運輸(機場、車站等)。有數據顯示:就政府部門辦公樓每年所消耗能量相當于全國八億農民全年全部的能耗:辦公室里夏天穿毛衣御寒、冬天襯衣短袖解署、白天亮燈辦公、熱水機飲水機下班后沒人關。現在全球范圍內已開始能源緊張,尤以中國較為嚴重,隨著中國經濟的高速發展,對能源的使用和節約就更加迫切了。
以下著重介紹《公共建筑節能設計標準》對有關建筑部分的要求。《標準》比剛才提到以往的有關規范要嚴格些,按照本標準設計,與未采取節能措施前相比,全年能耗應減少50%。《標準》的章節不多,共7頁17條,但簡明扼要,省去了復雜的熱工公式,歸納總結出來幾點要點,強調了規范的實用性。涉及到的基礎知識及術語結合規范本身展開敘述:
1 熱工設計的分區:
按照我國的氣候條件,劃分為五個分區:嚴寒地區,寒冷地區,夏熱冬冷地區,夏熱冬暖地區以及溫和地區。
熱工分區的基本規律是:嚴寒地區和寒冷地區基本是我國的三北地區:東北,華北,西北。這些地區的地域遼闊,面積大,建筑節能設計起步也比較早,經驗相對來說比較豐富,主要考慮的是冬季保溫。夏熱冬冷地區大體上是長江中下游地區,如:成都、武漢、南京、上海等,這些地區的建筑的節能設計由于歷史原因起步較晚,面積雖然不是最大,但人口密度高,也是我國經濟最發達地區,可以說這一地區的節能潛力最大,效果也會最明顯。設計考慮的是冬季保溫與夏季防熱兼顧。夏熱冬暖地區大體上是華南地區:福州、廣州、南寧、臺北等。這些地區的建筑設計主要考慮的是夏季防熱。溫和地區,冬暖夏涼,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考慮夏季防熱,部分地區注意冬季保溫。《公共建筑節能設計標準》在這五個分區的基礎上根據公共建筑節能的設計特點作了些調整:把嚴寒地區細分為嚴寒A區與嚴寒B區,而溫和地區不強制執行節能設計標準。
2 熱傳導系數:
這個概念是本標準的核心名詞.所有的圍護結構:門、窗、外墻、屋頂以及地面都圍繞這個概念展開的。圖紙審查或政府檢查部門的抽查也是這個數據。她的名詞解釋為:圍護結構兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m2.k 。簡單的說便是熱量在某種材料里傳遞的速度,速度越小,那么這種材料的隔熱性能也就越好。怎樣求得這個數據呢? 傳熱系數K0=1/ R0 。
R0 ,傳熱阻 :R0 = Ri + ∑R + Re 單位:m2/K .W
Ri 與Re 分別是材料內外表面的換熱阻。他們是固定數據,可由表差得:0.11m2/K .W 0.04m2/K .W 。
∑R是各層材料的熱阻之和。某單層材料的熱阻R=δ/λ,δ為該材料的厚度,單位是m,λ為該材料的導熱系數,單位是W/m .K。λ為此公式求值過程中的關鍵數據,也是每種材料的固有的屬性。她的名詞解釋為:1m厚的物體,兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m.k 。通常把導熱系數λ小于0.3 W/m .K并能用于絕熱工程的材料,叫做絕熱材料。導熱系數是絕熱材料的最重要最基本的熱物理指標。例如:普通混凝土λ=1.74W/m .K,鋼筋混凝土λ=1.51W/m .K,多孔磚λ=0.58W/m .K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m .K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m .K,(這種材料在全球范圍內尤其在歐美等發達國家作為建筑絕熱工程中最普遍使用的材料),而鑄鐵λ=49.9W/m .K。實際的工程應用中,卡特比勒辦公樓的外墻部分設計采用聚異氰脲酸酯(PIR),這種更新型的材料λ=0.020W/m .K,屬絕熱材料。這便是維護結構的傳熱系數K值的求解過程。
下面結合《公共建筑節能設計標準》對上海地區的各部分圍護結的隔熱要求構逐一探討:
2.1 屋面:K≤0.70W/m2.k
我們的習慣做法一般可以滿足這個要求。例如:120厚現澆混凝土樓板+20厚水泥砂漿找平層+泡沫混凝土找坡層最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m .K擠塑板(XPS)+防水層+20厚水泥砂漿保護層,這樣的做法就可以達到K≤0.60W/m2.k。須注意關鍵的保溫層一般應選用40厚擠塑板,若選用聚苯板,厚度應增加至60。
2.2 外窗部分
日常實際設計工作中,常常在按暖規計算出建筑冬季采暖通風系統的熱負荷后,計算采暖設計熱負荷指標q(W/)。采暖設計熱負荷指標是指在采暖室外計算溫度條件下,為保持室內計算溫度,單位建筑面積在單位時間內需由鍋爐房或其它供熱設施供給的熱量。采暖設計熱負荷指標q計算公式如下:
q=Q/Ao (1)
式中Q、Ao分別為冬季采暖通風系統的熱負荷(W)和建筑面積(),且Q值應根據建筑物下列散失和獲得的熱量確定:
1)圍護結構的耗熱量,包括基本耗熱量和附加耗熱量,且圍護結構的基本耗熱量應按下式計算:
Q1=αFK(tn-twn) (2)
式中Q1、α、F、K、tn、twn分別表示圍護結構的基本耗熱量(W)、溫差修正系數、面積()、傳熱系數[W/(?K)]、冬季采暖室內設計溫度(℃)及采暖室外計算溫度(℃)。
圍護結構的附加耗熱量應按其占基本耗熱量的百分率確定,包括朝向附加、風力附加、外門附加、高度附加和間歇附加。
2)加熱由外門、窗縫隙滲入室內的冷空氣耗熱量,計算公式為:
Q2=0.28cpρwnL(tn-twn) (3)
式中Q2表示由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量(W)、cp表示空氣的定壓比熱容[kJ/(kg?K)]、ρwn表示采暖室外計算溫度下的空氣密度(kg/m3)、tn和twn與上同,L表示滲透冷空氣量(m3/h)、其計算公式如下:
L=L0l1mb (4)
式中L0表示在單純風壓作用下,不考慮朝向修正和建筑物內部隔斷情況時,通過每米門窗縫隙進入室內的理論滲透冷空氣量[m3/(m?h)] 、l1表示外門窗縫隙的長度(m)、m表示在風壓與熱壓共同作用下,考慮建筑體型、內部隔斷和空氣流通等因素后,不同朝向、不同高度的門窗冷風滲透壓差綜合修正系數、b表示門窗縫隙滲風指數,當無實測數據時,取b=0.67。
3)加熱由外門開啟時經外門進入室內的冷空氣耗熱量;
4)通風耗熱量;
5)通過其他途徑散失或獲得的熱量;
2.2 節能標準建筑物耗熱量指標計算方法
建筑物耗熱量指標qH(W/)。建筑物耗熱量指標是指在計算采暖期室外平均溫度條件下,為保持室內設計計算溫度,單位建筑面積在單位時間內消耗的需由室內采暖設備供給的熱量。其計算公式如下:
qH = qHT + qINF-qIH (5)
1)qHT為折合到單位建筑面積上單位時間內通過建筑圍護結構的傳熱量,應分別按折合到單位建筑面積上單位時間內通過外墻、屋面、地面、門窗、非采暖封閉陽臺等的傳熱量分項計算后匯總,且計算公式如下:
qHT = qHq+ qHw+ qHd+ qHmc+ qHy (6)
式中,qHq、 qHw、 qHd、 qHmc、 qHy分別表示折合到單位建筑面積上單位時間內通過外墻、屋面、地面、門窗、非采暖封閉陽臺的傳熱量,其計算公式及含義在此就不再一一列舉。
2)qINF為折合到單位建筑面積上單位時間內建筑物空氣滲透耗熱量(W/),且計算公式如下:
qINF =(tn-te)(CpρNV)/A0 (7)
式中CP、ρ、N、V分別是空氣的比熱容(取0.28Wh/kg.K)、空氣的密度(kg/m3)、換氣次數(取0.5h-1)和換氣體積(m3)。
3)qIH為折合到單位建筑面積上單位時間內建筑物內部得熱量(W/),包括炊事、照明、家電和人體等的散熱所得熱量,本標準居住建筑取3.8 W/。
3 暖規與節能標準差異比較及分析
3.1 概念差異
1)采暖設計熱負荷指標和建筑物耗熱量指標是不完全相同的兩個概念。前者是在建筑物室內外設計計算溫度條件下的能耗量,其值是按暖規計算得到的為確定最不利工況時達到室內溫度所必須選型、設計的采暖設備的依據,中華人民共和國地方標準《采暖居住建筑節能設計標準》DB62/T25-3033-2006規定,甘肅蘭州地區其值不應超過32.6 W/、白銀地區不應超過33.4 W/;后者是在采暖期內、在建筑物室外平均溫度條件下的耗熱量,是全部采暖期間內耗熱量的平均值,其值按節能標準計算得到,可用以計算全年采暖能耗量,節能標準規定甘肅蘭州地區(4~8)層建筑不應超過14.4 W/、≤3層不應超過16.5 W/。
2)在計算圍護結構的耗熱量、冷風滲透耗熱量和建筑物耗熱量時,暖規中都用到了室內外最大溫差(tn-twn),而節能標準中都用到了平均溫差(tn-te),二者的差異是很大的。如在甘肅蘭州地區,前者一般為27℃(采暖室內設計溫度取主要房間18℃),后者為18.6℃(室內計算溫度取18℃),前者約為后者的1.452倍。
3)暖規是從純滲透的角度出發(衛生間除外)計算確定由門窗縫隙滲入室內的冷空氣滲透耗熱量,而節能標準是從空氣換氣的角度出發計算確定建筑物空氣滲透耗熱量。
3.2 方法差異
1)暖規是對每個房間分別進行熱負荷計算,然后匯總得到整棟建筑的采暖熱負荷;而節能標準是按室外平均溫度、外墻平均傳熱系數等參數的平均值對整棟建筑圍護結構耗熱量、空氣滲透耗熱量和建筑內部得熱量分別計算,然后匯總得到整棟建筑的耗熱量。
2)暖規與節能標準中圍護結構耗熱量的計算公式是類似的,但修正系數的選取方法不同;由于計算分類不同,面積的選取也不同,但從整體上講,計算所用的面積基本一致。
3)在計算圍護結構傳熱耗熱量時,節能標準中對護結構各部分的傳熱系數都有上限值要求;而實際工作中按設暖規計算選用的傳熱系數有時比按節能標準計算時規定的傳熱系數限值要大一點,此時就需要設計時采取合適的節能措施以降低傳熱系數,直至符合節能標準的規定。
4 結論
1)采暖設計熱負荷指標和節能標準中建筑物耗熱量指標是有本質判別的兩個概念,計算方法也不盡相同,且節能標準對各參數、指標的要求更為嚴格一些。
2)暖規與節能標準在計算圍護結構傳熱耗熱量時溫差和傳熱系數的差異是最主要的原因,而修正系數、計算公式等的不同引起的差異則是相對次要的原因。