外維護結(jié)構(gòu)熱工計算

1、山東建筑大學(xué)教授花園調(diào)研報告 建筑外維護結(jié)構(gòu)熱工計算摘要：本文是關(guān)于山東建筑大學(xué)教授花園小區(qū)的一個調(diào)研報告，調(diào)研內(nèi)容包括建筑的基本概況、保溫系統(tǒng)、窗墻面積比、建筑體型系數(shù)等，并著重對建筑外圍護結(jié)構(gòu)作了熱工計算，算得屋面、墻體等部分都符合熱工規(guī)范要求。文章既是對調(diào)研內(nèi)容各個方面的闡述，也是對熱工計算方法的系統(tǒng)說明。關(guān)鍵詞：教授花園，窗墻面積比，體型系數(shù)，熱工計算一、調(diào)研基本情況介紹1.1教授花園概況建大教授花園居住小區(qū)，東為鳳岐路，西為臨港路，南北兩側(cè)均為城市規(guī)劃道路，是以安排山東建筑大學(xué)教職工住宅為主的中檔社區(qū)。中高層住宅為框架結(jié)構(gòu)，多層住宅部分為框架結(jié)構(gòu)，部分為磚混結(jié)構(gòu), 總建筑面積為32.

2、04萬，設(shè)計時間為2007年8月，2008年12月竣工。小區(qū)效果圖小區(qū)景觀及局部透視圖1.2 施工情況調(diào)研外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能是低能耗建筑成功地關(guān)鍵因素，維護結(jié)構(gòu)保溫性能與建筑體形系數(shù)、朝向、窗墻比，外墻、屋面及門窗材料的熱特性有著密切的關(guān)系。本項目單體建筑眾多，為了保證整個小區(qū)的節(jié)能效果，對最不利的建筑進行了設(shè)計，將其體形系數(shù)及窗墻比控制在節(jié)能65%的要求之間。同時，本項目逐一建筑材料及構(gòu)造的選擇，外墻采用240mm厚煤矸石多孔磚加60mm厚XPS保溫板外保溫，傳熱系數(shù)為0.4W/（.K)，屋頂采用75mm厚XPS外保溫，傳熱系數(shù)為0.3W/（.K)，外窗采用雙層Low-E節(jié)能窗（雙層Low-

3、E中空玻璃窗），空氣層厚12mm，傳熱系數(shù)為2.6W/（.K)，采用保溫防盜一體門，傳熱系數(shù)為1.5W/（.K)，完全超過了山東地區(qū)節(jié)能65%的結(jié)構(gòu)保溫性能要求。外墻部分：外墻部分才用外保溫做法，構(gòu)造由里向外分別為：基層墻體15厚粘結(jié)型膠粉聚苯顆粒找平層50厚擠塑聚苯板保溫層10厚粘結(jié)型膠粉聚苯顆粒找平層10厚抗裂砂漿復(fù)合熱鍍鋅電焊網(wǎng)面磚粘結(jié)砂漿外墻面磚。屋面部分：屋面部分由平屋面和坡屋面兩部分，構(gòu)造由下向上分別為：現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板20厚水泥砂漿找平層75厚擠塑聚苯板保溫層20厚水泥砂漿找平層4厚高聚物改性瀝青防水卷材防水層20厚水泥砂漿找平層1:3水泥砂漿掛瓦。二、窗墻面積比2.1窗墻面

4、積比的概念窗墻面積比是單一朝向外窗(門)面積和墻面積(含窗面積)的比值，是建筑和建筑熱工節(jié)能設(shè)計中常用到的一種指標(biāo) 。計算時以建筑的立面圖為標(biāo)準(zhǔn)，窗墻比中的墻指一層室內(nèi)地坪線至屋面高度線之間的墻體（不包括女兒墻高度和踢腳高度）。如遇幕墻，則按透光面積計算。 民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB 50176-93中規(guī)定：居住建筑各朝向的窗墻面積比，北向不大于0.25；東西向不大于0.30；南向不大于0.35。 總體講按標(biāo)準(zhǔn)計算可能不是很精確，但很大程度上能明確此建筑是否節(jié)能。公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2005、夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ75-2003 和夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

5、JGJ134-2001規(guī)范中都有明確條文規(guī)定，有些為強制條文，需要時候可查閱。 2.2教授花園窗墻面積比的計算下圖為建筑大學(xué)教授花園各個立面圖，根據(jù)立面圖對四個朝向的窗墻面積比進行計算：南立面圖北立面圖 東立面圖 西立面圖 窗墻面積比計算結(jié)果表位置規(guī)定值測定值東墻0.300.15西墻0.300.06南墻0.350.32北墻0.250.25三、建筑體型系數(shù)3.1 教授花園建筑體型系數(shù)的計算建筑物體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與外表面積所包圍的建筑體積之比(外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積)。標(biāo)準(zhǔn)平面圖根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)平面圖和立面圖進行計算：建筑面積： 774建筑體積：7

6、74*2.9*5+774*2.5+0.5*12*2.3=11223+1935+13.8=13171.8m3建筑表面積：168*2.9*5+168*2.5+59*7*2=2436+420+826=3682體型系數(shù)：3682/13171.8=0.28建筑面積774建筑體積m313171.8m3建筑外表面積FO (m2)3682m2建筑體型系數(shù)S0.28五、維護結(jié)構(gòu)熱工計算51墻體熱工計算511墻體熱工計算公方法（1）維護結(jié)構(gòu)傳熱阻 Ro=RiRRe式中 Ri內(nèi)表面換熱阻，取0.11(m2K/W) Re外表面換熱阻，取0.04 (m2K/W) R圍護結(jié)構(gòu)各層材料熱阻總和（m2K/W） （2）維護結(jié)構(gòu)

7、傳熱系數(shù) K = 1 / Ro 式中Ro圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻（m2K/W) （3）圍護結(jié)構(gòu)熱阻的計算： a、單層結(jié)構(gòu)熱阻： R = / 式中材料厚度（m） 材料導(dǎo)熱系數(shù)（W/ m K） b、多層結(jié)構(gòu)熱阻 R = R1 + R2 +.+ R n = 1/ 1 + 2 / 2 + n / n式中 R1、R2Rn各層材料熱阻(m2K/W) 1、2 n各層材料厚度（m） 1、2n各層材料導(dǎo)熱系數(shù)（W/ m K）512教授花園的墻體熱工計算已知：混合砂漿：1=0.87 W/(mk)，1=20mm ，R1=0.023，；基層墻體：黃河泥沙燒結(jié)磚，2=0.81 W/(mk) ，2=240mm，R2=0.296；黏

8、結(jié)性膠粉顆粒找平層：3=0.06 W/(mk)，3=10mm， R3=0.166；聚苯板保溫層：4=0.050，4=0.042mm， R4=1.190；抗裂砂漿：5=0.93，5=10mm， R5=0.011；外墻面磚：，6= 0.81W/(mk)，6=10mm， R6=0.012；R1=1/1=0.02/0.87=0.023(m2K/W)R2=2/2=0.24/0.81=0.296(m2K/W)R3=3/3=0.01/0.06=0.166(m2K/W)R4=4/4=0.05/0.042=1.190(m2K/W)R5=5/5=0.01/0.93=0.011(m2K/W)R6=6/6=0.01/

9、0.81=0.012(m2K/W)Ro= Ri + R1 + R2 + R3 + R4+ R5+ R6+ Re=0.11+0.023+0.296+0.166+1.190+0.011+0.012+0.04=1.808K=1/ Ro =0.550.6352 熱惰性指標(biāo)52.1熱惰性指標(biāo)計算方法熱惰性指標(biāo)是目前居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中評價外墻和屋面隔熱性能的一個設(shè)計指標(biāo)，它是表征在夏季周期傳熱條件下，外圍護結(jié)構(gòu)抵抗室外溫度波和熱流波動能力的一個無量綱指標(biāo)，以符號D表示，D值越大，溫度波與熱流波的衰減程度也越大，熱穩(wěn)定性越好。a、單一材料圍護結(jié)構(gòu)或單一材料層的D值： D=R S式中R材料層的熱阻（m2K

10、/W） S材料的畜熱系數(shù)（W/m2K） b、多層圍護結(jié)構(gòu)的D值：D=D1 + D2 + Dn=R1 S1 + R2 S2 + Rn Sn式中 D1、D2Dn各層材料的熱隨性指標(biāo) R1、R2Rn各層材料的熱阻 S1、S2Sn各層材料的畜熱系數(shù)52.2教授花園外墻熱惰性指標(biāo)計算已知：混合砂漿： R1=0.023，S1=11.37；基層墻體：黃河泥沙燒結(jié)磚， R2=0.296，S2=10.43；黏結(jié)性膠粉顆粒找平層： R3=0.166，S3=0.36；聚苯板保溫層： R4=1.190，S4=0.36；抗裂砂漿： R5=0.011，S5=11.37；外墻面磚： R6=0.012，S6=11.11；D=

11、D1+D2+D6=R1S1+R2S2+R3S3+R4S4+R5S5+R6S6=0.02311.37+0.29610.43+0.1660.36+1.1900.36+0.01111.37+0.01211.11=4.1；53 最小傳熱阻531 最小傳熱阻計算方法最小傳熱阻是指圍護結(jié)構(gòu)在規(guī)定的室外計算溫度和室內(nèi)計算溫度條件下，為保證圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面不低于室內(nèi)空氣露點溫度，從而避免結(jié)露，同時避免人體與內(nèi)表面之間輻射換熱過多，而引起的不舒適感所必需的傳熱阻。熱工規(guī)范第3.2.5條“ 外墻、屋頂、直接接觸室外空氣的樓板和不采暖樓梯間的隔墻等圍護結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行保溫驗算，其傳熱阻應(yīng)大于或等于建筑物所在地區(qū)要求的最小

12、傳熱阻。”最小傳熱阻計算公式為： Ro.min = (ti-te)nRi t 式中Ro.min圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻（m2K/W） ti冬季室內(nèi)計算溫度，一般居住建筑取18； 高級居住建筑、醫(yī)療、托幼建筑，取20； te圍護結(jié)構(gòu)冬季室外計算溫度（），按下表取值。 n溫差修正系數(shù)（外墻、平屋頂及與室外空氣直接接觸的 樓板等取1.00） Ri圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱阻（m2K/W）（墻面、地面、表面平整或有肋狀突出物的頂棚，取0.11） t室內(nèi)空氣與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間的允許溫差（），按表4.1.1-2取值。532 教授花園最小傳熱阻計算表4.1.1-2 室內(nèi)空氣與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間的允許溫差t（）建筑物和房

13、間類型外墻平屋頂和坡屋頂頂棚居住建筑、醫(yī)院和幼兒園等6.04.0辦公樓、學(xué)校和門診部等6.04.5禮堂、食堂和體育館等7.05.5所以，教授花園的圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻（m2K/W）應(yīng)為Ro.min= (ti-te)nRi =（18+10） 10.11 =0.513 t 6若外墻是輕質(zhì)材料或內(nèi)側(cè)是復(fù)合輕質(zhì)材料時，為保證不因溫度波動造成結(jié)露，該部位的最小傳熱阻應(yīng)根據(jù)外墻材料與構(gòu)造增加附加熱阻:1、當(dāng)建筑物處在連續(xù)供熱采暖時，其附加值為30%40%;2、當(dāng)建筑物在間歇供熱采暖時，其附加值為60%80%。54 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)541 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算方法 K= 1 = 1 Ro RiRRe計算要點:1. 外

14、表面換熱阻 Ri= 0.04 (m2.K/W) ; 2. 內(nèi)表面換熱阻 Re= 0.11 (m2.K/W) ; 3. 平屋面找坡層的計算厚度取平均厚度,一般取0.040.07(m); 4. 防水層的熱阻忽略不計. 5. 保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)亦取計算導(dǎo)熱系數(shù)c，即應(yīng)發(fā)實驗室絕干狀態(tài)下測定的導(dǎo)熱系數(shù)乘以大于1的修正系數(shù)a。 a值可由民用建筑熱工規(guī)范附表中查取。 c=a 6. 采用松散保溫材料攪拌成的漿體材料做保溫層，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)以混合后的實際材料導(dǎo)熱系數(shù)計算。542 教授花園屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算本屋面采用60厚擠塑型聚苯板保溫系統(tǒng),具體做法詳見屋面構(gòu)造圖。鋼筋混凝土屋面，卷材防水，60厚XPS板保溫，

15、體形系數(shù)S=0.280.3，Ri=0.11, Re=0.04。計算屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K值。2、水泥砂漿找平2=0.02 2=0.93 R2=2/2=0.02/0.93=0.0223、水泥砂漿找平3=0.02 3=0.93 R3=3/3=0.02/0.93=0.0224、XPS板保溫4=0.075 4=0.031.1=0.033 R4=4/4= 0.075/0.033= 2.2735、水泥砂漿找平5=0.02 5=0.93 R5=5/5=0.04/0.93=0.0226、鋼筋砼板砼=0.18 8砼=1.74 R砼=砼/1= 0.18/1.74 = 0.103Kp= 1 Ri+R2+R3+R4+R5+R

16、砼+Re= 1 0.11+0.022+0.022+2.273+0.022+0.103+0.04 = 0.3860.45 由計算得傳熱系數(shù)K值滿足標(biāo)準(zhǔn)極限值0.45的要求。55 樓地面熱工計算1、建筑門窗及玻璃幕墻傳熱系數(shù)K的計算方法與外墻平均傳熱系數(shù)的計算方法相同，是采用加權(quán)平均的方法。即將窗玻璃的傳熱系數(shù)與窗框的傳熱系數(shù)加權(quán)平均。2、窗框和幕墻框的傳熱系數(shù)可用二維有限單元法進行數(shù)字計算。3、采用典型玻璃、配合不同窗框，在典型窗框面積比的情況下，整窗傳熱系數(shù)見全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇（建筑 ）表6.3.3-1和表6.3.3-2。55 樓地面熱工計算5.5.1 樓層板傳熱系數(shù)計算要點

17、（1）上、下為居室的層間樓板的上下表面換熱阻Ra=0.11(m2K/W);（2）底面接觸室外空氣的架空或外挑樓板的上表面換熱阻Ra=0.11(m2K/W); 下表面換熱阻Rb=0.05 (m2K/W);（3）有地下室或地下室停車庫樓板的上表面換熱阻Ra=0.11(m2K/W), 下表面換熱阻Rb=0.08 (m2K/W);（4）保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)取計算導(dǎo)熱系數(shù)c; （5）有鋼筋混凝土梁、肋的底面接觸室外空氣的架空通風(fēng)或外挑樓板，當(dāng)采用的外保溫系統(tǒng)是用粘貼作法時，應(yīng)按公式計算樓板的平均傳熱系數(shù)Km，并要求其Km值符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。5.5.2底層地面的熱阻 由于底層地面上下設(shè)有空氣邊界層,不能采用傳熱系數(shù)K作為底層地面的熱工性