PDF《建筑节能与检测》

I 目录名词、术语、符号

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第一章 传热的基本知识

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第一节 传热方式

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第二节 平壁的稳定传热.

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第二章 建筑节能概述

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第一节 我国建筑节能现状及需要采取的措施

7

第二节 建筑节能及建筑节能检测的重要意义

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第三节 建筑节能基本概念.10

第四节 我国建筑节能工作的进展.12

第五节 我国建筑节能技术的发展.13

第六节 新型能源技术的开发和能源的综合利用研究

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第三章 建筑物耗热量指标与采暖耗煤量指标

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第一节 采暖能耗与建筑物耗热量.18

第二节 建筑物耗热量与建筑物耗热量指标

18

第三节 耗热量指标的计算方法.19

第四章 建筑热工常用计算方法

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第五章 建筑节能检测

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第一节 建筑匀质材料热工性能检测.28

第二节 建筑屋顶、外墙热工性能现场检测

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第六章 建筑节能评估

38 附录一 外墙平均传热系数的计算.40 附录二 关于面积与体积的计算.41 附录三 围护结构传热系数的修正ΕI值42 附录四 温差修正系数N值.43 附录五 全国主要城镇采暖期有关参数及建筑物耗热量、采暖耗煤量指标.44 附录六 不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限值 〔W/(M2・K)〕 (第二步节能标准)50

1 名词、术语、符号

1、围护结构 space enclosing structure 建筑物及房间各面的围挡物,如墙体、屋顶、门窗、楼板和地面等.按是 否同室外空气直接接触以及建筑物中的位置,又可分为外围护结构和内围护结 构.

2、热桥 heat bridge 围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、板、柱、肋等部位,在室 内外温差作用下,形成热流密集、内表面温度较低的部位.这些部位形成传热 的桥梁,形象地称为热桥.

3、导热系数(λ)coefficient of thermal conductivity 稳态条件下,1m 厚的材料,两侧表面温差为

1 K,

1 小时内通过

1 O面积 传递的热量,单位为 W/(m?K).

4、 围护结构传热系数 (K) overall heat transfer coefficient of building enevlope 稳态条件下,围护结构两侧表面温差为 1K,1 小时内通过

1 O面积传递的 热量,单位为 W/(m2 ?K) .

5、外墙平均传热系数(Km)mean overall heat transfer coefficient 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.单位为 W/( m2 ?K).

6、热阻(R)heat transfer resistance 表征物体阻抗热传导能力大小的物理量,单位为 m2 ?K/w.

7、建筑物耗热量指标(qH)index of energy loss of building 在采暖期室外平均温度条件下,为保持室内计算温度,1 O建筑面积,在1小时内,需由采暖设备供给的热量,单位为 W/ m2 .

8、窗墙面积比(X)area ratio of window and wall

2 窗户洞口面积与房间立面单元面积 (即房间层高与开间定位线围成的面积) 的比值.

9、门窗气密性(air tightness of doors and windows) 门窗在关闭状态下,阻止空气渗透的能力.用单位缝长空气渗透量表示, 单位为 m3 /(m・h) ,或用单位面积空气渗透量表示,单位为 m3 /(O・h) .

10、房间气密性(空气渗透性)air tightness of room 表征空气通过房间缝隙渗透的性能,用换气次数表示.

11、热流计法 heat flow meter apparatus 指用热流计进行热阻测量并计算传热系数的测量方法.

12、热箱法 calibrated and guarded hot box 指用标定或防护热箱法对建筑构件进行热阻测量并计算传热系数的测量方 法.

13 、温控箱―热流 计法 temperature controlled box -heat flow meter apparatus 指用温控箱配合热流计进行热阻测量并计算传热系数的测量方法.

14、热像图 thermo gram 用红外摄像仪拍摄的表示物体表面表观辐射温度分布的图片.

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第一章 传热的基本知识

第一节 传热方式 传热是指物体内部或物体之间热能转移的现象.凡是一个物体的各个部分 或者物体与物体之间存在着温度,就必然有热能的传递、转移现象.根据传热 机理的不同,传热的基本方式分为导热、对流和辐射三种.

一、导热 导热是由温度不同的质点(分子、原子、自由电子)在热运动中引起的热 能传递现象.在固体、液体和气体中均能产生导热现象,但其机理却并不相同. 固体导热是由于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移引起的热能传递;

在液体 中的导热是通过平衡位置间歇移动着的分子震动引起的;

在气体中则是通过分 子无规则运动时的互相碰撞而导热.单纯的导热仅能在密实的固体中发生.在 建筑工程中,通常将固体材料组成的壁体内部的传热也看成导热.此时,导热 系数λ的值是一个重要的物理量,它反映了壁体材料的导热能力. 影响材料或物质导热系数的因素归纳起来,大致有三个方面:

1、材质的影响 不同材料的组成成分或者结构不同, 其导热性能也就不同, 甚至相差悬殊, 导热系数值就有不同程度的差异.就常用的非金属建筑材料而言,其导热系数 的差异是明显的,如矿棉、泡沫塑料等材料的λ值比较小,而砖砌体、钢筋混 凝土等材料的λ值就比较大.至于金属建筑材料如钢材、铝合金等的导热系数 就更大了.一般将密度小于 350kg/m2 ,导热系数小于 0.2w/(m・k)的材料,称 为绝热保温材料. 按化学性质分为无机、有机、金属三类;

按状态分为纤维状、微孔状、气泡状、层状四大类. 目前建筑上首选的品种是聚苯乙烯泡沫板, 聚苯乙烯挤塑板、 硬质聚氨酯、 憎水珍珠岩保温板、复合节能保温浆料、岩棉、矿渣棉及制品、泡沫玻璃、膨4胀蛭石及制品、硅酸钙制品、金属箔,以及其它最新开发的各类复合制品等.

2、材料干密度的影响 材料的干密度反映材料密实的程度,材料愈密实干密度愈大,材料内部的 孔隙愈少,其导热性能也就愈强.因此,在同一类材料中,干密度是影响其导 热性能的重要因素.在建筑材料中,一般来说,干密度大的材料导热系数也大, 尤其是像泡沫多孔材料,表现的很明显;

但是也有某些材料例外,当干密度降 低到某一程度后,如再继续降低,其导热系数不仅不随之变小,反而会增大. 显然,这类材料存在一个最佳干密度,即处于最佳干密度时,其导热系数最小.

3、材料含湿量的影响 在自然条件下,一般非金属建筑材料常常并非绝对干燥,而是不同程度的 含有水分,这表明在材料中水分占据了一定体积的孔隙.含湿量愈大,水分所 占的体积愈多. 水的导热性能约比空气高

20 倍, 材料含湿量的增大必然使导热 系数值增大.因此,在工程中,材料的生产、运输、堆放、保管及施工过程对 湿度的影响都必须予以重视.如下表所示为加气混凝土导热系数与含水率之间 的关系. 表1加气混凝土导热系数与含水率之间的关系 物理 参数 容重与含水率418.4/m3 500.5/m3 612.0/m3 690/m3

0 6% 12% 18%

0 6% 12% 18%

0 6% 12% 18%

0 6% 12% 18% 导热 系数 (w/m・ K) 0.095 0.14 0.18 0.23 0.113 0.151 0.20 0.26 0.13 0.17 0.22 0.28 0.14 0.18 0.24 0.31

二、对流 对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺和而传递热 能. 因此, 对流换热只发生在流体之中或者固体表面与其紧邻的运动流体之间. 结合建筑围护结构的实际情况, 只考虑气流状况是自然对流还是受迫对流, 换热方式可分为自然对流换热和受迫对流换热.

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1、自然对流换热:本来温度相同的流体或与流体紧邻的固体表面,因其中 某一部分受热或冷却,温度发生了变化,使流体各部分之间或者流体与紧邻的 固体表面产生了温度差形成了对流运动而传递热能.这种因温差而引起的对流 换热称为自然对流换热.

2、 受迫对流换热: 当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面存在着温 度差,但同时流体又受到外部因素如气流、泵等的扰动而产生传热的现象,称 为受迫对流换热.在受迫对流换热之中必然包含着自然对流换热的因素.建筑 物处于大气层内,建筑物与空气紧邻,风成为主要扰动因素.这样一来,受迫 对流换热主要取决于温差的大小、风速的大小和固体表面的粗糙度.

三、辐射 凡是温度高于绝对零度(K)的物体,由于物体原子中的电子振动或激动, 就会从表面向外界辐射出电磁波.不同波长的电磁波落到物体上可产生各种不 同的效应. 人们根据这些不同的效应将电磁波分成许多波段. 其中波长在 0.8~ 600μm 之间的电磁波称为红外线, 照射物体能产生热效应. 通常把波长在 0.4~ 40μm 范围内的电磁波(包括可见光和红外线的短波部分)称为热射线,因为 它照射到物体上的热效应特别显著.热射线的传播过程叫做热辐射.通过热射 线传播热能就称为辐射传热.

第二节 平壁的稳定传热 在建筑热工学中, 平壁 不仅是指平直的墙体,还包括地板、平屋顶及曲 率半径较大的穹顶、拱顶等.稳定传热是指所研究的物体或者体系,无论是整 体还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态,或者说在传热过程中,各点的 温度都不随时间而变. 在建筑中,当室内、外的温度不等时,在外墙、屋顶等围护结构中就会有 传热现象发生,热量总是从温度较高的一侧传向较低的一侧.如果室内、外的 气温都不随时间而变,围护结构的传热就属于稳定传热过程. 假设有一由匀质材料组成的平壁, 其长和宽的尺度都远大于壁体的厚度 d, 并假定室内空气温度 ti 高于室外气温 te,即ti>

te.那么,其传热过程如图所示.

6 由图中可以看出,整个传热过程可分为三个阶段:

1、壁体内表面吸热 由于 ti>

te, 室内的热量经过壁体向室外传递, 必然形成 ti>

θi>

θe>

te 的温度 状态.壁体内表面在向外侧传热的同时必然从室内空气中得到相等的热量,否 则就不可能保持温度θi 的稳定.因此,内表面从室内空气获得的热量的过程称 为吸热过程.

2、平壁材料层导热 温度梯度的存在促使热量在平壁内部的传输.

3、壁体外表面散热 由于平壁外表面温度θe 高于室外空气温度 te,即θe>

te,平壁外表面向室 外空气和环境散热. 总之, 当室内气温高于室外气温时, 围护结构经过上述三个阶段向外传热. 由于温度只延着围护结构厚度方向变化,也就是通常所说的一维温度场,而且 各等温界面的温度都处于不随时间变化的稳定状态,因此各等温界面的传热量 必然相等.

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第二章 建筑节能概述

第一节 我国建筑节能现状及需要采取的措施

一、建筑节能成为我国建设资源节约型社会一个重要方面 近二十年,是我国建筑业飞速发展的重要时期,建筑物开发量在中国历史 上是空前的.就世界范围来看,我国每年开发总量比发达国家建筑开发量的总 和还要多.建筑业成为我国国民经济发展的支柱产业,也是土地、能源等不可 再生资源消耗的最主要行业之一. 建筑节能成为我国建设资源节约型社会的一个重要方面.在我国社会总能 耗中, 建筑能耗占了 30%, 而我国目前既有城乡建筑

400 多亿平方米, 其中 99% 不节能,新建建筑 95%以上是高能耗建筑,单位面积采暖能耗是气候条件相同 的发达国家新建建筑的

3 倍左右.建筑物消耗了中国 50%左右的能源和 40%左 右的原材料.预计到

2020 年全国致冷电力高峰负荷达到相当于

10 个三峡电站 的满负荷能力.

2005 年6月30 日,在建设节约型社会电视电话会议上温家宝总理将 推动 新型住宅和公共建筑节能和现有建筑节能改造 首次列为国家近期建设节能型 社会需要抓好的重点工作,建筑物的高能耗已经成为我国建设资源节约型社会 的重要影响因素之一.

2005 年,全国能源消费总量折合 22.2 亿吨标准煤,比上年增长 9.5%,低于9.9%的经济增长速度;

国内生产总值能耗 1.43 亿吨标准煤,与上年持平. 在20 世纪最后

20 年,中国以能源消耗翻一番支持了经济翻两番.但在这一轮 以投资为主要拉力的经济增长期中,中国的能源消耗强度明显增长,能源弹性 系数大幅提高.资源环境约束和经济快速增长的矛盾,已成为未来中国经济社 会发展的严峻挑战.为此,在2006 年召开的人大两会上就提出了 中国今后五 年要将节能目标与经济增长指标并列 , 要综合运用各种手段促进节约使用和合 理利用资源,推进节能降耗重点课题建设,鼓励发展节能降耗产品和节能省地

8 型建筑,大力推动以节能降耗为重点的设备更新和技术改造.

二、影响建筑节能工作的基本因素 影响建筑节能工作的因素体现在两个方面. 一是材料支持方面:主要包括墙体材料,外窗与户门,屋面地面材料等. 二是政策因素: 首先,我国《节能法》对建筑节能无具体规定,难以实际操作,法律约束 乏力,缺乏政策激励. 其次:城镇供热体制改革长期滞后,目前我国长期延用的福利型 大锅板 式的供热体制严重背离市场经济规律,导致能源极大的浪费,建筑节能长期缺 乏内在经济动力. 目前建筑节能设计达标率 100%,实际工程达标率不到 10%,一个重要的 原因是墙体材料使用未按设计施工.阴阳图,偷梁换柱现象普遍存在. 客观讲,好的墙体材料少;

主观讲,追求利润最大化,未按要求用材,尤 其是墙体材料. 而即使用现有传统材料按设计要求去施工,节能建筑与非节能建筑的造价 增幅超不过 7%.

三、推进建筑节能工作,必须抓好的几个方面

1、节能建筑的科学评价是必然选择. 没有结果的科学评................