第一章建筑熱工學(xué)
第一節(jié)建筑熱工學(xué)基本原理
一、傳熱方式
熱量的傳遞稱(chēng)為傳熱。
根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱的基本方式分為導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。
(一)導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))
導(dǎo)熱是指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸而發(fā)生的傳熱現(xiàn)象
1.傅立葉定律
導(dǎo)熱基本定律，均質(zhì)材料物體內(nèi)各點(diǎn)的熱流密度與溫度梯度成正比，即：
(1-1)
式中q——熱流密度(熱流強(qiáng)度)，單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)
等溫面上單位面積的熱量，單位為W/m2
——溫度梯度，溫度差△t與沿法線方向兩個(gè)等溫面
之間距離△n的比值的極限，單位為K/m
λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)
圖1-1等溫面示意圖
式(1-1)中的負(fù)號(hào)表示熱量的傳遞方向和溫度梯度的方向相反。
2.導(dǎo)熱系數(shù)
導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力大小的物理量。它的物理意義是，物體中單位溫度降度(即1m厚的材料的兩側(cè)溫度相差1oC時(shí))，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積所傳導(dǎo)的熱量。
應(yīng)該熟悉經(jīng)常使用的建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)。各種材料導(dǎo)熱系數(shù)入的大致范圍是：
氣體：0.006～0.6
液體：0.07～0.7
金屬：2.2～420
建筑材料和絕熱材料：0.025～3
影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素：物質(zhì)的種類(lèi)(液體、氣體、固體)、密度、濕度、壓力、溫度等。
而影響導(dǎo)熱系數(shù)主要因素是材料的密度和濕度。
密度。一般情況下，密度小的材料導(dǎo)熱系數(shù)就小，反之就大。但是對(duì)于一些密度較小的保溫材料，特別是某些纖維狀材料和發(fā)泡材料，當(dāng)密度低于某個(gè)值以后，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)增大。在最佳密度下，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)最小。
濕度。建筑材料含水后，水或冰填充了材料孔隙中空氣的位置，導(dǎo)熱系數(shù)將顯著增大，在建筑保溫、隔熱、防潮設(shè)計(jì)時(shí)，都必須考慮到這種影響。
溫度。大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，工程計(jì)算中，導(dǎo)熱系數(shù)常取使用溫度范圍內(nèi)的算術(shù)平均值，并當(dāng)作常數(shù)。
熱流方向。各向異性材料(如木材、玻璃纖維)，平行于熱流方向時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較大，垂直于熱流方向時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。
(二)對(duì)流
對(duì)流傳熱之發(fā)生在流體(液體、氣體)中，是指因溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，互相摻合而傳熱的現(xiàn)象。
由于引起流體流動(dòng)的動(dòng)力不同，對(duì)流的類(lèi)型可分為：
1.自由對(duì)流：由于溫度的不同引起的對(duì)流換熱。
2.受迫對(duì)流：由外力作用形成的對(duì)流。受迫對(duì)流在傳遞熱量的強(qiáng)度方面要大于自由對(duì)流。
在建筑熱工中所涉及的主要是空氣沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面流動(dòng)時(shí)，與壁面之間所產(chǎn)生的熱交換過(guò)程。這種表面的對(duì)流換熱的基本計(jì)算式為牛頓冷卻公式：
(1-2)
式中qc——對(duì)流換熱強(qiáng)度，W/m2
αc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)
t——流體主體部分溫度，K
θ——固體壁面溫度，K
對(duì)流換熱量取決因素：溫度差、物體表面狀況等。
(三)輻射
由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播稱(chēng)為熱輻射。
1.熱輻射的本質(zhì)和特點(diǎn)
(1)不依靠物質(zhì)的接觸而進(jìn)行熱量傳遞。
(2)輻射換熱過(guò)程伴隨著能量形式的兩次轉(zhuǎn)化，即物體的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電磁波能發(fā)射出去，當(dāng)此電磁波能射到另一物體表面而被吸收時(shí)，電磁波能有轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
(3)凡是溫度高于絕對(duì)零度(0K)的物體都能發(fā)射輻射能。
2.物體的輻射特性
物體按其輻射特性分為黑體、灰體和選擇性輻射體(非灰體)三大類(lèi)。
黑體：能發(fā)射全波段的熱輻射，在相同的溫度條件下，輻射能力最大。
灰體：如果—個(gè)物體在每一波長(zhǎng)下的單色輻射力與同溫度、同波長(zhǎng)下黑體的單色輻射力的比值為—常數(shù)，這個(gè)物體稱(chēng)為灰體。一般建筑材料均可看作為灰體�；殷w的輻射本領(lǐng)Eλ與同溫度下黑體的輻射本領(lǐng)Eλ，b的比值稱(chēng)為黑度(發(fā)射率)ε。
(1-3)
選擇性輻射體(非灰體)：此類(lèi)物體的單色輻射力與黑體、灰體截然不同，有的只能發(fā)射某些波長(zhǎng)的輻射線。
全輻射力E(輻射本領(lǐng)，全輻射本領(lǐng))：在單位時(shí)間內(nèi)、從單位表面積上以波長(zhǎng)0～的全波段向半球空間輻射的總能量，單位：W/㎡，
黑體的全輻射能力Eb(斯蒂芬—波爾茲曼定律)，可表示為：
(1-4)
式中Tb——黑體的絕對(duì)溫度，K。
σb—黑體輻射常數(shù)，5.68x10—8W/(㎡.K4)，
Cb一一黑體輻射系數(shù)，5.68W/(㎡，K4)
灰體的輻射能力E
(1-5)
式中T——灰體的絕對(duì)溫度，K;
C——灰體輻射系數(shù)，W/(㎡，K4);
ε——灰體的黑度。
輻射系數(shù)C表示物體表面的輻射能力，一般粗造的表面輻射力大，光滑的表面輻射力小。
(5)單色輻射力Eλ(單色輻射本領(lǐng))：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從單位表面積向半球空間輻射出的某一波長(zhǎng)的能量，單位：W/(m2·μm)。
3.物體對(duì)外來(lái)輻射的反射、吸收和透射
圖1-2物體對(duì)輻射熱的吸收、反射和透射示意圖
(1)反射系數(shù)r：被反射的輻射能Ir與入射輻射能Io的比值。
(1-6)
(2)吸收系數(shù)ρ：被吸收的輻射能Iρ，與入射輻射能Io的比值。
(1-7)
(3)透射系數(shù)：被透射的輻射能I與入射輻射能Io的比值。
(1-8)
顯然，(1-9)
我們還可以用三個(gè)系數(shù)定義黑體、白體、透明體。
黑體(絕對(duì)黑體)：能將外來(lái)輻射全部吸收的物體，ρ=1;
白體(絕對(duì)白體)：能將外來(lái)輻射全部反射的物體，r=1。
透明體：能將外來(lái)輻射全部透過(guò)的物體，τ=1。
4.影響材料吸收率、反射率、透射率的因素
材料吸收率、反射率、透射率與物體的性質(zhì)、溫度和表面狀況有關(guān)，還和透射能量按波長(zhǎng)的分布有關(guān)。
注意，對(duì)于任一特定的波長(zhǎng)，材料表面對(duì)外來(lái)輻射的吸收系數(shù)與其自身的發(fā)射率或黑度在數(shù)值上相等，即ρ=ε，所以材料的輻射能力越大，它的吸收能力也越大。
物體對(duì)不同波長(zhǎng)的外來(lái)輻射的反射能力不同，對(duì)短波輻射，顏色起主導(dǎo)作用;但對(duì)長(zhǎng)波輻射，材性(導(dǎo)體還是非導(dǎo)體)起主導(dǎo)作用。例如，在陽(yáng)光下，黑色物體與白色物體的反射能力相差很大，白色反射能力強(qiáng);而在室內(nèi)，黑、白物體表面的反射能力相差極小。
常溫下，一般材料對(duì)輻射的吸收系數(shù)可取其黑度值，對(duì)來(lái)自太陽(yáng)的輻射，材料的吸收系數(shù)并不等于物體表面的黑度。
玻璃作為建筑常用的材料屬于選擇性輻射體，其透射率與外來(lái)輻射的波長(zhǎng)有密切的關(guān)系。易于透過(guò)短波而不易透過(guò)長(zhǎng)波是玻璃建筑具有溫室效應(yīng)的原因。
5.輻射換熱量
物體之間，以輻射形式進(jìn)行熱量交換稱(chēng)為輻射換熱。兩表面間的輻射換熱量主要與表面的溫度、表面發(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對(duì)位置有關(guān)。
在不計(jì)兩表面之間的多次反射，僅考慮第一次吸收的前提下，任意兩表面的輻射換熱量的通式為
(1-10)
式中q1-2——輻射換熱熱流密度，W/㎡;
θ1——表面1的溫度，K;
θ2——表面2的溫度，K;
αr——輻射換熱系數(shù)，W/(㎡·K)。
輻射換熱系數(shù)αr取決于表面的溫度、表面發(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對(duì)位置。
二、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程和特點(diǎn)
圖1-3圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過(guò)程
1
吸熱階段
2
導(dǎo)熱階段
3
放熱階段
室內(nèi)空氣
墻體
室外空氣
(一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程
通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：
(1)表面吸熱階段：內(nèi)表面從室內(nèi)吸熱(冬季)或外表面從室外空間吸熱(夏季)。
(2)結(jié)構(gòu)本身傳熱階段：熱量由結(jié)構(gòu)的高溫表面?zhèn)飨虻蜏乇砻妗?/p>
(3)表面放熱階段;外表面向室外空間放熱(冬季)或內(nèi)表面向室內(nèi)空間放熱(夏季)。
(二)表面換熱
熱量在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和室內(nèi)空間或在外表面和室外空間進(jìn)行傳遞的現(xiàn)象稱(chēng)為表面換熱。
表面換熱由對(duì)流換熱和輻射換熱兩部分組成。
(1-11)
(1-12)
式中q——表面換熱量，W/m2
θ——室內(nèi)或室外壁面溫度，K;
t——室內(nèi)或室外氣溫，K。
α——表面換熱系數(shù)
αc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(㎡·K);
αr——輻射換熱系數(shù)，W/(㎡·K)。
三、濕空氣的物理性質(zhì)
濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。
(一)水蒸氣分壓力與飽和水蒸氣分壓力
在一定的溫度下，濕空氣中水蒸氣部分所產(chǎn)生的壓力稱(chēng)為水蒸氣分壓力，用P表示，濕空氣的總壓力Pw是干空氣壓力Pd和水蒸氣分壓力P之和。
在溫度和壓力一定的條件下，一定容積的干空氣所能容納的水蒸氣量是有限度的，濕空氣中水蒸氣含量未達(dá)到這一限度時(shí)叫未飽和濕空氣，達(dá)到限度時(shí)叫飽和濕空氣，對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力稱(chēng)為飽和水蒸氣分壓力，用Ps表示，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，Ps只與溫度有關(guān)，且隨溫度升高而增大。
(二)空氣濕度
空氣濕度是表示空氣干濕程度的物理量。在表示空氣的濕度時(shí)，可使用以下方式。
(1)絕對(duì)濕度：絕對(duì)濕度是每立方米空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位為g/m3。
未飽和濕空氣的絕對(duì)濕度用符號(hào)f表示，飽和濕空氣的絕對(duì)濕度用fmax表示，單位為g/m3。
(2)含濕量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的干空氣雖含水蒸氣的質(zhì)量，用d表示。
(3)相對(duì)濕度
一定溫度、一定大氣壓力下，溫度一定時(shí)，濕空氣的絕對(duì)濕度f(wàn)與同一溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度f(wàn)max的百分比稱(chēng)為濕空氣的相對(duì)濕度，用表示。
相對(duì)濕度的計(jì)算：
(1-14)
(1-13)
式中f、fmax——濕空氣的絕對(duì)濕度和同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度，g/m3;
P、Ps——濕空氣的水蒸氣分壓力和同溫度下濕空氣的飽和水蒸氣分壓力，Pa。
(三)露點(diǎn)溫度
在濕空氣的壓力和含濕量保持不變的情況下冷卻空氣，未飽和濕空氣成為飽和濕空氣時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度叫濕空氣的露點(diǎn)溫度，用td表示。
露點(diǎn)溫度可用來(lái)判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面是否結(jié)露。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，內(nèi)表面將產(chǎn)生結(jié)露。
四、建筑室內(nèi)熱環(huán)境
室內(nèi)熱環(huán)境是指室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氣流速度及環(huán)境輻射溫度等因素綜合組成的一種熱物理環(huán)境。
(一)室內(nèi)熱環(huán)境要素及其對(duì)人體熱舒適的影響
1.影響室內(nèi)熱環(huán)境的因素
主觀因素：
人體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
人體的衣著狀態(tài)
客觀因素：室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和環(huán)境輻射溫度。
2.對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求
(1)人體的熱感覺(jué)
人的熱舒服感主要建立在人和周?chē)h(huán)境正常的熱交換上，即人由新陳代謝的產(chǎn)熱率和人向周?chē)h(huán)境的散熱率之間的平衡關(guān)系。人體得熱和失熱過(guò)程用下式表示：
(1-15)
人體得失散熱量，W
人體對(duì)流散熱量，W
人體輻射散熱量，W
人體蒸發(fā)散熱量，W
當(dāng)∆q=0時(shí)，人體處于熱平衡狀態(tài)，∆q=0時(shí)并不一定表示人都處于舒服狀態(tài)，因?yàn)楦鞣N熱量之間可能有許多不同的組合使∆q=0，即人們會(huì)遇到各種不同的熱平衡，只有那種能使人體按正常比例散熱的熱平衡，才是舒服的。
(2)熱舒適
熱舒適是指人對(duì)環(huán)境的冷熱程度感覺(jué)滿(mǎn)意，不因冷或熱感到不舒適。
滿(mǎn)足舒適的條件是：
必要條件：充分條件：皮膚溫度處于舒適的溫度范圍內(nèi)，汗液蒸發(fā)率處于舒適的蒸發(fā)范圍內(nèi)。
(二)室內(nèi)環(huán)境的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)
1.單一指標(biāo)
使用室內(nèi)空氣溫度作為熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。
2.有效溫度
定義：是一個(gè)將桿球溫度、濕度、空氣流速對(duì)熱體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)單一數(shù)值的任意指標(biāo)。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺(jué)的靜止飽和空氣的濕度。
也就是說(shuō)有效溫度是室內(nèi)氣溫、空氣濕度、室內(nèi)風(fēng)速在一定組合下的綜合指標(biāo)。在同一有效溫度作用下，雖然溫度、濕度、風(fēng)速各項(xiàng)因素的組合不同，但人體會(huì)有相同的熱舒服感覺(jué)。有效溫度是通過(guò)人體試驗(yàn)獲得的。
此方法有其缺陷，已被新有的有效溫度ET*代替。
通用的指標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET*)是對(duì)新有效溫度的內(nèi)容有所擴(kuò)展，綜合考慮了不同活動(dòng)水平和衣服熱阻形成的。
(3)預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)PMV
PMV是80年代初得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)承認(rèn)的一種比較全面的熱舒指標(biāo)。該指標(biāo)已人體熱平衡方程以及生理學(xué)主觀感覺(jué)的等級(jí)作為出發(fā)點(diǎn)，綜合反映了人的活動(dòng)、衣著及環(huán)境的空氣溫度、相對(duì)濕度、平均輻射溫度和室內(nèi)風(fēng)速等因素的關(guān)系及影響，是迄今為止考慮人體熱舒適諸多有關(guān)因素最全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)PMV值所對(duì)應(yīng)的冷熱感如表1-1。
(三)室內(nèi)環(huán)境控制
為達(dá)到滿(mǎn)意的舒適溫度范圍，應(yīng)該從幾個(gè)層次上進(jìn)行熱環(huán)境設(shè)計(jì)。
小區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)
合理設(shè)計(jì)建筑物
采用空氣調(diào)節(jié)或采暖設(shè)備，以滿(mǎn)足人體舒適的要求。
五、建筑室外熱環(huán)境
室外熱環(huán)境是指作用在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的由太陽(yáng)輻射、室外氣溫、空氣濕度、風(fēng)、降水等因素綜合構(gòu)成的一種熱環(huán)境。
(一)太陽(yáng)輻射
1.太陽(yáng)輻射的基本過(guò)程
到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射由兩部分組成，一是太陽(yáng)直接射達(dá)地面的部分，稱(chēng)為直接輻射，它的射線是平行的;另一部分是經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的，它的射線來(lái)自各個(gè)方向，稱(chēng)為散射輻射。直接輻射與散射輻射之和就是到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射總量，稱(chēng)為總輻射量。
2.太陽(yáng)常數(shù)
在太陽(yáng)與地球的平均距離處，垂直于入射光線的大氣界面單位面積上的熱輻射流，稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)。
3.影響太陽(yáng)輻射照度的因素
影響輻射照度的因素有大氣中射程的長(zhǎng)短、太陽(yáng)高度角、海拔高度以及大氣質(zhì)量。
4.太陽(yáng)光譜
太陽(yáng)輻射的熱射線部分，也稱(chēng)作太陽(yáng)光譜，主要分布在紫外、可見(jiàn)光和紅外，其中97.8%是短波輻射，而地面及常溫下物體的輻射為長(zhǎng)波輻射。
(二)室外氣溫
1.變化規(guī)律
氣溫有明顯的日變化和年變化
2.室外溫度計(jì)算
由于建筑熱工計(jì)算的室外計(jì)算溫度是通過(guò)各地歷年的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則統(tǒng)計(jì)計(jì)算所得出的數(shù)值。
(三)空氣濕度
1.濕度
空氣中水蒸氣含量的多少，可以用相對(duì)濕度或絕對(duì)濕度來(lái)表示，通常使用先對(duì)濕度表示空氣濕度。
2.變化規(guī)律
一般某一地區(qū)在一定的時(shí)間內(nèi)，空氣的絕對(duì)溫度變化不大，空氣中水蒸氣的含量冬季幾乎沒(méi)變，夏季在午后氣溫達(dá)到最高時(shí)因地表蒸發(fā)旺盛導(dǎo)致絕對(duì)濕度稍有增加。
(四)風(fēng)
風(fēng)是指由大氣壓力差所引起的大氣水平方向的運(yùn)動(dòng)。
1.風(fēng)的類(lèi)型
(1)大氣環(huán)流
(2)地方風(fēng)
2.風(fēng)向、風(fēng)頻和風(fēng)玫瑰圖
風(fēng)是矢量，風(fēng)向和風(fēng)速是描述風(fēng)的特性的兩個(gè)要素。
(1)風(fēng)向
風(fēng)吹來(lái)的地平方向?yàn)轱L(fēng)向。
風(fēng)頻，各風(fēng)向的頻率。風(fēng)頻是了解某地各風(fēng)向出現(xiàn)頻率的特征量，它是用個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占風(fēng)向總觀測(cè)次數(shù)的百分比來(lái)表示。
風(fēng)向玫瑰圖，即風(fēng)向分布圖。是一定時(shí)間內(nèi)在各方位刮風(fēng)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖。
(2)風(fēng)速
單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)通過(guò)的距離，m/s
(五)降水
1.降水量
降水量是指一定時(shí)間段內(nèi)液態(tài)或固態(tài)(經(jīng)融化后)降水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透或流失而在水平面積累的水層厚度，單位：mm
2.降水時(shí)間
指一次降水過(guò)程從開(kāi)始到結(jié)束的持續(xù)時(shí)間，單位：h或min
3.降水強(qiáng)度
指單位時(shí)間內(nèi)的降水量。降水強(qiáng)度的等級(jí)，是以24h的總量來(lái)劃分：小雨<10mm;中雨10～25mm;大雨25～50mm;暴雨50～100mm。
(六)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)
從建筑熱工設(shè)計(jì)角度出發(fā)把我國(guó)各地氣候分為五個(gè)氣候分區(qū)，分區(qū)指標(biāo)和建筑設(shè)計(jì)要求如表1-2，各城市的建筑氣候分區(qū)按表1-3規(guī)定。
某一時(shí)刻空間所有各點(diǎn)的溫度分布叫做溫度場(chǎng)。一般它是空間坐標(biāo)x，y，z和時(shí)間τ的函數(shù)。即：
(1—16)
式(1—16)表示物體的溫度在x，y，z三個(gè)方向和在時(shí)間上都有變化的三維不穩(wěn)定溫度場(chǎng)。
如果溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化，稱(chēng)為穩(wěn)定溫度場(chǎng)，這時(shí)t=f(x,y,z)。如果穩(wěn)定溫度場(chǎng)僅和兩個(gè)或一個(gè)坐標(biāo)有關(guān)，則稱(chēng)為二維或一維穩(wěn)定溫度場(chǎng)。一維穩(wěn)定溫度場(chǎng)是溫度場(chǎng)中最簡(jiǎn)單也是建筑熱工設(shè)計(jì)計(jì)算中最常用的一種情況，可表示為：
(1—17)
一、穩(wěn)定傳熱
具有穩(wěn)定溫度場(chǎng)的傳熱過(guò)程叫做穩(wěn)定傳熱。溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的傳熱過(guò)程叫做不穩(wěn)定傳熱。
(一)通過(guò)平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱
在穩(wěn)定導(dǎo)熱情況下，可以認(rèn)為各層材料本身既不發(fā)熱也不蓄熱，平壁內(nèi)部既無(wú)熱源也無(wú)熱匯，由內(nèi)表面進(jìn)入平壁的熱流密度毫無(wú)損耗地通過(guò)各個(gè)材料層，最后由外表面流出。
1.單層均質(zhì)平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱
(1-18)
式中θi—單層平壁內(nèi)表面的溫度，℃;
θe—單層平壁外表面的溫度，℃;
δ—單層平壁的厚度，m;
λ—材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K);
R—單層平壁的導(dǎo)熱熱阻，m2·K/W。
(1—19)
熱阻是熱流通過(guò)平壁時(shí)所受到的阻力，是平壁抵抗熱流通過(guò)的能力。在同樣溫差下，導(dǎo)熱熱阻越大，通過(guò)平壁的導(dǎo)熱熱流密度就越小。反之，導(dǎo)熱熱阻越小，通過(guò)平壁的熱流也就越大。
增大平壁層導(dǎo)熱熱阻的方法：①加大平壁層的厚度
�、谶x擇導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料。
2.通過(guò)多層均質(zhì)平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱
(1-20)
式中
θi—多層平壁內(nèi)表面的溫度，℃;
θe—多層平壁外表面的溫度，℃;
δ1,δ2……δn—各層材料的厚度，m;
λ1,λ2……λn—各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m·K);
R1，R2，…Rn—各材料層的導(dǎo)熱熱阻，m2.K/W。
3.通過(guò)組合壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱
由兩種以上材料構(gòu)成的材料層稱(chēng)為組合壁，又叫
非均質(zhì)材料層，見(jiàn)圖1—4。包括各種形式的空心砌塊、
填充保溫材料的墻體等，但不包括多孔黏土空心磚，
其平均熱阻應(yīng)按式(1—21)計(jì)算：
式中F1，F(xiàn)2…Fn—按平行于熱流方向劃分的各個(gè)傳熱面積，m2;
Ro,1，Ro,2，…，Ro,n。—各個(gè)傳熱部位的傳熱阻，m2·K/W;
φ—修正系數(shù)。
如果組合壁中出現(xiàn)圓孔，應(yīng)首先將圓孔折算成相等面積的方孔，其他尺寸不變，再按上述方法計(jì)算。
(二)通過(guò)平壁的穩(wěn)定傳熱
1.通過(guò)多層平壁傳熱的熱流強(qiáng)度
(1—22)
式中ti——室內(nèi)溫度，℃;
te——室外溫度，℃;
Ro——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻，m2·K/W;
n——多層平壁的材料層數(shù)。
2.傳熱阻于傳熱系數(shù)的計(jì)算
維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻R0表示維護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣邊界層共同阻抗熱量傳遞的能力，等于傳熱過(guò)程中熱流沿途所受到的阻力之和，即
(1-23)
式中Ri——內(nèi)表面的換熱阻m2.K/W，，αi表示內(nèi)表面的換熱系數(shù)，W/(m2·K)，取值間表1-4。
Re——外表面的換熱阻m2.K/W，，αe表示外表面的換熱系數(shù)，W/(m2·K)，取值間表1-5。
Rj——多層平壁各層的導(dǎo)熱熱阻，m2·K/W。
維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K0表示維護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1oC，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)1m2面積傳遞的熱量。單位：W/(m2·K)。數(shù)值上，它等于維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻的倒數(shù)，即
(1-24)
3.平壁內(nèi)的溫度分布
在一維穩(wěn)定傳熱條件下，通過(guò)平壁內(nèi)各點(diǎn)的熱流強(qiáng)度處處相等;同一材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度分布呈直線關(guān)系。同一材料層內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度為：
(1-25)
式中θ1,θ2——維護(hù)結(jié)構(gòu)材料層內(nèi)、外界面溫度，oC;
x——任意一點(diǎn)至界面1的距離，m;
d——該材料層的厚度，m
由上式可見(jiàn)，溫度隨距離的變化為一次函數(shù)，所以同一材料層內(nèi)的溫度分布為直線。在由多層材料構(gòu)成的平壁內(nèi)，溫度的分布是由多條直線組成的一條折線。溫度曲線見(jiàn)圖1-5
在穩(wěn)定傳熱條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度分布有以下幾個(gè)特征：
(1)因室內(nèi)外空氣溫度是一定的，故空氣溫度分布是
平直線;
(2)表面邊界層內(nèi)的溫度分布是曲線，當(dāng)空氣溫度高
于表面溫度時(shí)曲線向上凸，反之，則曲線向下凹;
(3)內(nèi)部各個(gè)均質(zhì)材料層本身的溫度分布則是一條從
高溫界面坡向低溫界面的折線，折點(diǎn)就在材料層的界面
上，且各個(gè)折線段的坡度大小與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比。
材料層的導(dǎo)熱系數(shù)越小，在該層內(nèi)的溫度降落或升高的幅
度就越大，該段折線也就越陡;反之，導(dǎo)熱系數(shù)越大，該材料層內(nèi)的溫度降落或升高的幅度就越小，該段折線也就越平緩。
(三)封閉空氣間層的熱阻
空氣層是一種特殊的構(gòu)造形式。它廣泛存在于墻體、屋頂、門(mén)窗和地面等構(gòu)造之中，發(fā)揮其保溫、隔熱、防潮等作用。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的空氣層厚度一般在5～300mm之間�？諝鈱拥膫鳠徇^(guò)程和材料層導(dǎo)熱或表面換熱過(guò)程有著本質(zhì)區(qū)別。
1.封閉空氣間層的傳熱機(jī)理
對(duì)于封閉空氣層來(lái)說(shuō)，兩個(gè)表面之間的傳熱過(guò)程
同時(shí)包括了導(dǎo)熱、對(duì)流與輻射三種傳熱方式。
如圖1—6所示為封閉的垂直空氣層傳熱情況。
對(duì)于常溫下一般的空氣層傳熱而言，三種傳熱
方式中，輻射換熱占的比例最大，通常為總傳熱
量的70%以上，對(duì)流和導(dǎo)熱共占30%以下。
2.影響空氣間層熱阻的因素
空氣層熱阻的大小主要受到空氣層的表面溫度、
表面材料的輻射系數(shù)、厚度、放置位置(水平、垂直或傾斜)、
密閉性的影響。在空氣層的構(gòu)造尺度范圍內(nèi)，輻射換熱不受空氣層厚度變化影響，只取決于空氣層表面的輻射性質(zhì)。但導(dǎo)熱和對(duì)流卻與輻射情況截然不同，對(duì)于很薄的如厚度小于20mm的空氣層，熱阻隨厚度呈直線上升;而當(dāng)厚度大于20mm以后，空氣層的熱阻也就不再隨厚度的增大而增大了。水平空氣層熱流向上時(shí)的熱阻小于熱流向下時(shí)的熱阻。
3.提高空氣層熱阻的措施
在空氣層的表面上粘貼輻射系數(shù)小(即黑度小)、反射系數(shù)大的材料，比較典型的就是工程上常用的鋁箔，但一般可作為保溫用途的空氣層多處于低溫或負(fù)溫條件下，為了不使空氣層冷表面溫度過(guò)低而發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，鋁箔通常是粘貼到熱表面上。理論和實(shí)踐還證明，空氣層雙面貼鋁箔與單面貼鋁箔相比，對(duì)于提高熱阻作用不大。
二、周期性不穩(wěn)定傳熱
(一)周期性熱作用的概念
圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的室內(nèi)外環(huán)境的熱作用，都是隨時(shí)間變化的。這決定著圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度和傳熱量也要隨著時(shí)間而變化。這種傳熱過(guò)程稱(chēng)為不穩(wěn)定傳熱。若外界熱作用隨時(shí)間呈現(xiàn)周期性變化，則叫做周期性不穩(wěn)定傳熱。當(dāng)溫度隨時(shí)間的正弦(或余弦)函數(shù)作規(guī)則變化時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的熱作用為簡(jiǎn)諧熱作用，一般用余弦函數(shù)表示。
周期性熱作用并不是嚴(yán)格按照余弦函數(shù)的規(guī)律
變化的，太陽(yáng)輻射造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度的周期
性波動(dòng)、室外空氣的溫度波動(dòng)等都是如此。但經(jīng)過(guò)
數(shù)學(xué)上的級(jí)數(shù)展開(kāi)和諧量分析，這種周期性的溫度
波動(dòng)情況常用余弦函數(shù)的形式描述，見(jiàn)圖1—7。此
時(shí)，溫度隨時(shí)間變化情況表示為：
(1-26)
式中tτ——τ時(shí)刻的溫度值，℃;
——在一個(gè)周期內(nèi)的平均溫度值，℃;
At，——在一個(gè)周期內(nèi)的最高溫度與平均溫度之差，稱(chēng)為溫度波幅，℃;
T——溫度波的周期，h;
τ——溫度波經(jīng)歷的時(shí)間，h;
φ——溫度波的初始相位角，度。
(二)半無(wú)限大物體周期性傳熱的特征
半無(wú)限大物體，是指物體的一側(cè)為一個(gè)平面，而另一側(cè)可以延展到無(wú)限遠(yuǎn)的領(lǐng)域。比如大地的傳熱問(wèn)題就是一個(gè)典型的半無(wú)限大物體傳熱，見(jiàn)圖1—8。半無(wú)限大物體在周期性熱作用下，其溫度波的變化過(guò)程具有以下幾個(gè)基本特征：
(1)空氣溫度te、表面溫度θf、物體內(nèi)部溫度θx三者都是以同樣的周期(T)波動(dòng)。
(2)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx，溫度波幅是依次減小的，即有Ae>Af>Ax，而在物體的內(nèi)部，溫度波幅Ax又是隨著深度x的增加按照指數(shù)函數(shù)規(guī)律減小。
(3)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx，在溫度波的傳播方向上各點(diǎn)的溫度波相位是依次向后推延的。
(三)有限厚度平壁周期性傳熱的特征
相對(duì)于無(wú)限大物體來(lái)說(shuō)，有限厚度物體的周期性傳熱規(guī)律會(huì)稍微復(fù)雜些，見(jiàn)圖1—9。一個(gè)子壁在室外周期熱作用下表現(xiàn)出以下幾個(gè)特征：
(1)空氣溫度te，外表面溫度亂θef、內(nèi)表面溫度θif三者都是以同樣的周期(T)波動(dòng)。
(2)從空氣溫度te到外表面溫度θef再到內(nèi)表面溫度θif，溫度波幅是依次衰減的，即有Ae>Aef>Aif
(3)從室外空氣溫度te到平壁外表面溫度θef再到平壁內(nèi)表面溫度θif，沿著溫度波的傳播方向，各位置上的溫度波相位是依次向后延遲的，即有φe<φef<φif。
溫度波傳遞過(guò)程中出現(xiàn)的衰減和延遲現(xiàn)象，是由于在平壁升溫和降溫過(guò)程中，材料的熱容作用和熱量傳遞中材料層的熱阻作用造成的。
(四)圍護(hù)結(jié)構(gòu)周期性傳熱過(guò)程的認(rèn)識(shí)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般都可以認(rèn)為是有限厚度的平壁，如果按照室內(nèi)外空氣溫度波動(dòng)情況區(qū)分，則當(dāng)室內(nèi)空氣溫度保持恒定時(shí)(如空調(diào)房間)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)只是外側(cè)受到周期波動(dòng)的熱作用，即單向諧波作用;當(dāng)室內(nèi)外的空氣溫度都做周期波動(dòng)時(shí)(如自然通風(fēng)房間)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)都要受到周期波動(dòng)的熱作用，即雙向諧波作用。不論在哪種情況之下，整個(gè)周期傳熱過(guò)程都可分解成三個(gè)單一的傳熱過(guò)程，即單純的穩(wěn)定傳熱過(guò)程、單純的外側(cè)諧波作用過(guò)程和單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過(guò)程，對(duì)其分別計(jì)算，再把各個(gè)單一傳熱過(guò)程的計(jì)算結(jié)果疊加起來(lái)，就可得到周期熱作用的綜合結(jié)果。建筑熱工設(shè)計(jì)主要關(guān)心的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度狀況。
(1)單純的穩(wěn)定傳熱過(guò)程：是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外側(cè)空氣平均溫度作用下所完成的穩(wěn)定傳熱過(guò)程，其在內(nèi)表面上形成的平均溫度的計(jì)算方法按穩(wěn)定傳熱計(jì)算;
(2)單純的外側(cè)諧波作用過(guò)程：假定室內(nèi)側(cè)的溫度不變，單純計(jì)算因外側(cè)空氣溫度的波動(dòng)量引起的內(nèi)表面溫度的波動(dòng)量;
(3)單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過(guò)程：假定室外側(cè)的溫度不變，單純計(jì)算因內(nèi)側(cè)空氣溫度的波動(dòng)量引起的內(nèi)表面溫度的波動(dòng)量。
(五)諧波作用下材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱特性指標(biāo)
1.材料的蓄熱系數(shù)
對(duì)勻質(zhì)半無(wú)限大物體，一側(cè)的空氣溫度作周期性的波動(dòng)，那么，材料層表面的溫度和熱流也都要隨之作同樣周期的波動(dòng)，此時(shí)用表面上的熱流波幅Aq與表面溫度波幅Aθ之比來(lái)表示材料蓄熱能力的大小，稱(chēng)為材料的蓄熱系數(shù)。蓄熱系數(shù)是材料在周期性熱作用下得出的一個(gè)熱物理量，用S表示，單位是W/(m2·K)。其定義式為：
(1-27)
式中S——材料蓄熱系數(shù)，W/(m2·K);
λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K);
c——材料的比熱容，kJ/(kg·K);
ρ——材料的密度，kg/m3;
T——熱作用的周期，s。
通常建筑材料以24h為周期的蓄熱系數(shù)用S24表示。‘
蓄熱系數(shù)越大，材料的熱穩(wěn)定性越好，材料表面的溫度波幅就小;反之亦然。材料蓄熱系數(shù)的大小取決于導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱容c、密度ρ以及熱流波動(dòng)的周期T。
密度大的材料，其蓄熱性能好;密度小的材料，蓄熱性能差。因此，重型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性好，而輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差�？諝忾g層的蓄熱系數(shù)S=0。
材料受潮或含水后蓄熱系數(shù)就會(huì)增大，材料蓄熱系數(shù)隨濕度變化的規(guī)律與導(dǎo)熱系數(shù)相似。
2.熱惰性指標(biāo)D
材料層的熱惰性指標(biāo)是用來(lái)說(shuō)明材料層抵抗溫度波動(dòng)能力的一個(gè)參量，用D表示，是一個(gè)無(wú)量綱的量。對(duì)于單一的材料層，其定義式為：
D=S·R(1—28)
式中D——材料層的熱惰性指標(biāo);
S——材料層的蓄熱系數(shù)，W/(m2·K);
R——材料層的熱阻，m2·K/W。
如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是由多層材料組成的，則其熱惰性指標(biāo)是由各材料層的熱惰性指標(biāo)相加而得出。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)的某層由幾種材料組合時(shí)，則需先求出該材料層的平均熱阻和平均蓄熱系數(shù)，再計(jì)算熱惰性指標(biāo)。
熱惰性指標(biāo)的大小也能夠很好地表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度波幅衰減的快慢程度。D值越大，溫度波幅衰減越快。重型圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗外界空氣溫度波動(dòng)的能力要比輕型結(jié)構(gòu)強(qiáng)�？諝鈱拥腄=0。
3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料層表面的蓄熱系數(shù)計(jì)算
圍護(hù)結(jié)構(gòu)在周期性熱作用下表面溫度的波動(dòng)，不僅與材料本身的蓄熱系數(shù)S有關(guān)，而且與邊界條件有關(guān)，即在溫度波前進(jìn)的方向上，該材料層所接觸的另一種材料或空氣的熱物理性能和散熱條件，對(duì)其表面溫度的波動(dòng)也有影響。因此，對(duì)于有限厚度的材料層，用材料層的表面蓄熱系數(shù)Y來(lái)表征材料表面對(duì)溫度波動(dòng)的反應(yīng)。所謂材料層表面蓄熱系數(shù)，系指在周期性熱作用下，材料層表面溫度升高或降低loC時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，單位面積表面儲(chǔ)存或釋放的熱量。表面蓄熱系數(shù)Y和蓄熱系數(shù)S的定義式是相同的，都等于材料層表面的熱流振幅與表面溫度振幅之比。
根據(jù)溫度波的前進(jìn)方向，材料層表面的蓄熱系數(shù)分為材料層內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)Ym，i以及外表面的蓄熱系數(shù)Ym…
當(dāng)某一材料層的熱惰性指標(biāo)Dm≥1時(shí)，材料層表面的蓄熱系數(shù)可近似按該材料層的蓄熱系數(shù)取值，即Ym·e。
4.圍護(hù)結(jié)構(gòu)衰減倍數(shù)和延遲時(shí)間的計(jì)算
(1)室外溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時(shí)的衰減倍數(shù)γ0和延遲時(shí)間ξ0的計(jì)算
室外空氣溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，要經(jīng)歷外表面空氣邊界層和各層材料層(包括空氣間層)的振幅衰減和時(shí)間延遲過(guò)程。
衰減倍數(shù)：室外空氣溫度諧波的波幅Ae，與由其引起的平壁內(nèi)表面的溫度波幅Aif之比，稱(chēng)為溫度波的穿透衰減倍數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為平壁的衰減倍數(shù)，用v0表示，即：
(1-29)
相位延遲：在室外空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位φif,e與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位φe之差，用φe-if表示，即：
(1-30)延遲時(shí)間：在室外空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間差，用ξ0表示。在建筑熱工學(xué)中，習(xí)慣于用延遲時(shí)間評(píng)價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。
(1-31)
(2)室內(nèi)溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時(shí)的衰減倍數(shù)v0和延遲時(shí)間ξif的計(jì)算
室內(nèi)空氣溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，只經(jīng)歷一個(gè)內(nèi)表面邊界層的振幅衰減和時(shí)間延遲過(guò)程。
衰減倍數(shù)：室內(nèi)空氣溫度諧波的波幅Ai與由其引起的平壁內(nèi)表面的溫度波幅Aif,i之比：
相位延遲φi-if：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位差，即：
延遲時(shí)間ξif：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間差，且有：
一、建筑節(jié)能目標(biāo)
建筑節(jié)能是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，通過(guò)實(shí)施各項(xiàng)節(jié)能措施可以緩解能源資源的緊張局面，減輕大氣污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和提高建筑熱環(huán)境的質(zhì)量。建筑節(jié)能涉及建筑設(shè)計(jì)與施工，建筑的設(shè)計(jì)與建造應(yīng)與地區(qū)氣候相適應(yīng)，充分利用自然通風(fēng)和太陽(yáng)能等可再生能源。我國(guó)政府高度重視建筑節(jié)能工作，在國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》中，將建筑節(jié)能作為節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域，要求建筑節(jié)能在“十一五”期間實(shí)現(xiàn)節(jié)約1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的規(guī)劃目標(biāo)。這一目標(biāo)既體現(xiàn)了建筑節(jié)能在國(guó)家能源節(jié)約戰(zhàn)略中的重要地位，也向建筑節(jié)能工作提出了艱巨任務(wù)。1億噸的節(jié)能目標(biāo)經(jīng)初步分解，重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面加以落實(shí)：
(1)新建建筑節(jié)能。通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)四個(gè)直轄市及有條件地區(qū)執(zhí)行更高目標(biāo)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)更低能耗、綠色建筑的示范項(xiàng)目。嚴(yán)寒寒冷地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2100萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，夏熱冬冷地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2400萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，夏熱冬暖地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能220萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，全國(guó)新建公共建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2280萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)期在“十一五”期間，新建建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能7000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。
(2)既有建筑節(jié)能改造。這部分節(jié)能潛力最大，但實(shí)施難度相對(duì)較大。在北方采暖地區(qū)，結(jié)合供熱體制改革，進(jìn)行既有居住建筑節(jié)能改造和熱計(jì)量改造試點(diǎn)示范，摸索經(jīng)驗(yàn)，逐步推廣。在特大城市和大城市，進(jìn)行政府辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能運(yùn)行與改造的試點(diǎn)。預(yù)期在“十一五”期間，這兩部分可實(shí)現(xiàn)節(jié)能3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。
(3)可再生能源在建筑中規(guī)�；瘧�(yīng)用。我國(guó)太陽(yáng)能、淺層地能等可再生能源在建筑領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)太陽(yáng)能與建筑一體化的光熱、光電利用，淺層地能向建筑物供暖制冷，預(yù)期在“十一五”期間，太陽(yáng)能應(yīng)用面積1.6億m2，淺層地?zé)釕?yīng)用面積2.4m2，可實(shí)現(xiàn)替代常規(guī)能源960萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
目前我國(guó)已頒布了公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和針對(duì)四個(gè)不同建筑熱工分區(qū)的三個(gè)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)合理選擇建筑體形、朝向和窗墻面積比，增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能，使用能效比高的采暖和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和系統(tǒng)，采取室溫調(diào)節(jié)和熱量計(jì)量措施來(lái)降低采暖、空氣調(diào)節(jié)能耗。在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，采暖、空調(diào)能耗節(jié)約50%。
《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑分)》(JGJ26—95)適用于嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū);
《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ134—2001)適用于夏熱冬冷地區(qū);
《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ75—2003)適用于夏熱冬暖地區(qū)。
《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189—2005)，適用于新建、改建和擴(kuò)建的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。
二、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)
建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)有代表性的典型工程，對(duì)工程的關(guān)鍵參數(shù)作出規(guī)定。這些參數(shù)值即是規(guī)定性指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員可以不用做復(fù)雜的計(jì)算，而直接采用規(guī)定性指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的規(guī)定性指標(biāo)主要包括：建筑物體形系數(shù)、窗墻面積比、各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、外遮陽(yáng)系數(shù)等。各節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定性指標(biāo)參見(jiàn)第四節(jié)建筑保溫節(jié)能設(shè)計(jì)與第六節(jié)建筑防熱設(shè)計(jì)。但當(dāng)所設(shè)計(jì)的建筑不能滿(mǎn)足規(guī)定性指標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，即直接計(jì)算采暖、空氣調(diào)節(jié)能耗的性能化方法。
(一)單位建筑面積能耗指標(biāo)法
1.采暖地區(qū)居住建筑單位建筑面積能耗指標(biāo)
《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑)》規(guī)定采暖居住建筑的能耗指標(biāo)是：
(1)建筑物耗熱量指標(biāo)(QH)：在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內(nèi)計(jì)算溫度，單位建筑面積在單位時(shí)間內(nèi)消耗的、需由室內(nèi)采暖設(shè)備供給的熱量，單位：W/m2。
(2)采暖耗煤量指標(biāo)(g。)：在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內(nèi)計(jì)算溫度，單位建筑面積在一個(gè)采暖期內(nèi)消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量，單位：kg/m2。
2.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑單位建筑面積能耗指標(biāo)
《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》采用建筑物耗熱量、耗冷量指標(biāo)和采暖、空調(diào)全年用電量作為建筑物的節(jié)能綜合指標(biāo)。
采用動(dòng)態(tài)方法計(jì)算出的每棟建筑的采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量之和，不應(yīng)超過(guò)按采暖度日數(shù)列出的采暖年耗電量和按空調(diào)度日數(shù)列出的空調(diào)年耗電量限值之和。
(1)建筑物耗冷量指標(biāo)：按照夏季室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定的計(jì)算條件，計(jì)算出的單位建筑面積在單位時(shí)間內(nèi)消耗的需要由空調(diào)設(shè)備提供的冷量。
(2)建筑物耗熱量指標(biāo)：按照冬季室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定的計(jì)算條件，計(jì)算出的單位建筑面積在單位時(shí)間內(nèi)消耗的需要由采暖設(shè)備提供的熱量。
(3)空調(diào)年耗電量：按照夏季室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定的計(jì)算條件，計(jì)算出的單位建筑面積空調(diào)設(shè)備每年所要消耗的電能。
(4)采暖年耗電量：按照冬季室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定的計(jì)算條件，計(jì)算出的單位建筑面積采暖設(shè)備每年所要消耗的電能。
(二)對(duì)比評(píng)定法
在《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，節(jié)能綜合評(píng)價(jià)采用“對(duì)比評(píng)定法”。
對(duì)比評(píng)定法是將所設(shè)計(jì)建筑物的空調(diào)采暖能耗和相應(yīng)參照建筑物的空調(diào)采暖能耗作對(duì)比，根據(jù)對(duì)比的結(jié)果來(lái)判定所設(shè)計(jì)的建筑物是否符合節(jié)能要求。對(duì)比評(píng)定法采用了一個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，不同的建筑有著不同的單位面積能耗，但有著基本相同的節(jié)能率。
(1)參照建筑：采用對(duì)比評(píng)定法時(shí)作為比較對(duì)象的一棟符合節(jié)能要求的假想建筑。
(2)空調(diào)采暖年耗電量(脫)：按照設(shè)定的計(jì)算條件，計(jì)算出的單位建筑面積空調(diào)和采暖設(shè)備每年所要消耗的電能。
(3)空調(diào)采暖年耗電指數(shù)(ECF)：實(shí)施對(duì)比評(píng)定法時(shí)需要計(jì)算的一個(gè)采暖空調(diào)能耗無(wú)量綱指數(shù)，其值與空調(diào)采暖年耗電量EC相對(duì)應(yīng)。
(三)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能權(quán)衡判斷
《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：當(dāng)建筑設(shè)計(jì)不能完全滿(mǎn)足規(guī)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)要求時(shí)，計(jì)算并比較參照建筑和所設(shè)計(jì)建筑的全年采暖和空氣調(diào)節(jié)能耗，判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總體熱工性能是否符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。
參照建筑指對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能進(jìn)行權(quán)衡判斷時(shí)，作為計(jì)算全年采暖和空氣調(diào)節(jié)能耗用的假想建筑，參照建筑的形狀、大小、朝向、內(nèi)部的空間劃分和使用功能應(yīng)與所設(shè)計(jì)建筑完全一致。在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，當(dāng)所設(shè)計(jì)建筑的體形系數(shù)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，參照建筑的每面外墻均應(yīng)按比例縮小，使參照建筑的體形系數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。當(dāng)所設(shè)計(jì)建筑的窗墻面積比大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，參照建筑的每個(gè)窗戶(hù)(透明幕墻)均應(yīng)按比例縮小，使參照建筑的窗墻面積比符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。參照建筑的屋頂透明部分的面積應(yīng)按比例縮小，使參照建筑的屋頂透明部分的面積符合規(guī)定要求。
三、采暖地區(qū)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)
(一)適用范圍
該標(biāo)準(zhǔn)適用于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)設(shè)置集中采暖的新建和擴(kuò)建居住建筑熱工與采暖節(jié)能設(shè)計(jì)。暫無(wú)條件設(shè)置集中采暖的居住建筑，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)宜按該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
居住建筑主要包括住宅建筑、集體宿舍、旅館、招待所、托幼建筑等。
(二)術(shù)語(yǔ)
(1)采暖期室外平均溫度(‘e)：在采暖期起止日期內(nèi)，室外逐日平均溫度的平均值。
(2)采暖期度日數(shù)(Ddi)：室內(nèi)基準(zhǔn)溫度18~C與采暖期室外平均溫度之間的溫差，乘以采暖期天數(shù)的數(shù)值，單位：℃·d。
(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)(εi)：不同地區(qū)、不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，因受太陽(yáng)輻射和天空輻射的影響，使得其在兩側(cè)空氣溫差同樣為1K情況下，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位建筑面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量會(huì)改變。這個(gè)改變后的傳熱量，與未受太陽(yáng)輻射和天空輻射影響的原有傳熱量的比值，即為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)。
(4)建筑物體形系數(shù)(S)：建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶(hù)門(mén)的面積。
(5)窗墻面積比：窗戶(hù)洞口面積與房間立面單元面積(即建筑層高與開(kāi)間定位線圍成的面積)的比值。
(三)建筑物耗熱量指標(biāo)
(1)建筑物耗熱量指標(biāo)應(yīng)按下式計(jì)算：
(1-35)
式中qH——建筑物耗熱量指標(biāo)，W/m2;
qH·T——單位建筑面積通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/m2;
qINF——單位建筑面積的空氣滲透耗熱量，W/m2;
qI·H——單位建筑面積的建筑物內(nèi)部得熱(包括炊事、照明、家電和人體散熱)，對(duì)于住宅建筑，取3.80W/m2。
(2)單位建筑面積通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量應(yīng)按下式計(jì)算：
(1-36)
式中ti——全部房間平均室內(nèi)計(jì)算溫度，一般住宅建筑，取16oC;
te——采暖期室外平均溫度，℃;
εi——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù);
Ki——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，對(duì)于外墻應(yīng)取其平均傳熱系數(shù);
Fi——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2;
A0——建筑面積，m2。
(3)單位建筑面積的空氣滲透耗熱量應(yīng)按下式計(jì)算：
(1-37)
式中Cp——空氣比熱容，取0.28W.h/(kg·K);
ρ——空氣密度，kg/m3，取te條件下的值;
N——換氣次數(shù)，住宅建筑取0.5次/h;
V——換氣體積，m3。
(4)集體宿舍、招待所、旅館、托幼建筑等居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫應(yīng)達(dá)到當(dāng)?shù)夭膳≌ㄖ嗤乃健?br /> 四、夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)
(一)適用范圍
適用于夏熱冬冷地區(qū)新建、改建和擴(kuò)建居住建筑的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。
夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的建筑熱工和暖通空調(diào)設(shè)計(jì)必須采取節(jié)能措施，在保證室內(nèi)熱環(huán)境的前提下，將采暖和空調(diào)能耗控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
(二)術(shù)語(yǔ)
(1)采暖度日數(shù)(HDDl8)：一年中，當(dāng)某天室外日平均溫度低于18oC時(shí)，將低18℃的度數(shù)乘以1天，并將此乘積累加。
(2)空調(diào)度日數(shù)(CDD26)：一年中，當(dāng)某天室外日平均溫度高于26oC時(shí)，將高于26℃的度數(shù)乘以1天，并將此乘積累加。
(3)典型氣象年(TMY)：以近30年的月平均值為依據(jù)，從近10年的資料中選取一年各月接近30年的平均值作為典型氣象年。由于選取的月平均值在不同的年份，資料不連續(xù)，還需要進(jìn)行月間平滑處理。
(三)室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)
(1)冬季采暖室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)符合下列要求：
1)臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取16～18℃;
2)換氣次數(shù)取1.0次/h。
(2)夏季空調(diào)室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)符合下列要求：
1)臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取26—28℃;
2)換氣次數(shù)取1.0次/h。
五、夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)
(一)適用范圍
適用于夏熱冬暖地區(qū)新建、擴(kuò)建和改建居住建筑的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。
夏熱冬暖地區(qū)居住建筑的建筑熱工和空調(diào)暖通設(shè)計(jì)必須采取節(jié)能措施，在保證室內(nèi)熱舒適環(huán)境的前提下，將空調(diào)和采暖能耗控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
(二)術(shù)語(yǔ)
(1)外窗的綜合遮陽(yáng)系數(shù)(Sw)：Sw是考慮窗本身和窗口的建筑外遮陽(yáng)裝置綜合遮陽(yáng)效果的一個(gè)系數(shù)，其值為窗本身的遮陽(yáng)系數(shù)(SC)與窗口的建筑外遮陽(yáng)系數(shù)(SD)的乘積。
(2)平均窗墻面積比(CM)：整棟建筑外墻面上的窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分的總面積與整棟建筑的外墻面的總面積(包括其上的窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分面積)之比。
(三)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)
(1)夏熱冬暖地區(qū)劃分為南北兩個(gè)區(qū)。北區(qū)內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮夏季空調(diào)，兼顧冬季采暖。南區(qū)內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)考慮夏季空調(diào)，可不考慮冬季采暖。
(2)夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)
居住空間室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度26℃;
2)計(jì)算換氣次數(shù)1.0次/h。
(3)北區(qū)冬季采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)
1)居住空間室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度16oC;
2)計(jì)算換氣次數(shù)1.0次/h。
一、建筑保溫綜合處理的基本原則
(一)充分利用可再生能源可再生能源包括太陽(yáng)能和地?zé)崮艿取Ｔ诮ㄖ卦O(shè)計(jì)中，對(duì)太陽(yáng)能的利用主要是兩個(gè)方面，一是對(duì)太陽(yáng)輻射熱的吸收，二是對(duì)太陽(yáng)輻射熱的蓄集。
(二)防止冷風(fēng)的不利影響
應(yīng)爭(zhēng)取不使大面積外表面朝向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，當(dāng)受條件限制而不可能避開(kāi)主導(dǎo)風(fēng)向時(shí)，亦應(yīng)在迎風(fēng)面上盡量少開(kāi)門(mén)窗或其他開(kāi)口。建筑的主要人口盡量不要朝向冬季主導(dǎo)風(fēng)向。
(三)合理進(jìn)行建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)
應(yīng)從建筑選址、分區(qū)、建筑和道路布局走向、建筑朝向、建筑體形、建筑間距、冬季主導(dǎo)風(fēng)向、太陽(yáng)輻射、建筑外部空間環(huán)境構(gòu)成等方面綜合處理。
建筑物宜布置在避風(fēng)、向陽(yáng)地段，不宜布置在山谷、洼地、溝底等凹地里。建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向。
對(duì)采暖地區(qū)的建筑，外表面盡量避免過(guò)多的凹凸，居住建筑的體形系數(shù)宜控制在0.30及0.30以下;若體形系數(shù)大于0.30，則屋頂和外墻應(yīng)加強(qiáng)保溫。公共建筑的體形系數(shù)應(yīng)小于或等于0.40。
夏熱冬冷地區(qū)的條式建筑物的體形系數(shù)不應(yīng)超過(guò)o.35，點(diǎn)式建筑物的體形系數(shù)不應(yīng)超過(guò)0.40。
夏熱冬暖地區(qū)的北區(qū)內(nèi)，單元式、通廊式住宅的體形系數(shù)不宜超過(guò)0.35，塔式(或點(diǎn)式)住宅的體形系數(shù)不宜超過(guò)0.40。
(四)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能
提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能主要從控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)和加強(qiáng)熱橋部位保溫兩方面人手。
(五)使房間具有良好的熱特性與合理的供熱系統(tǒng)
房間的熱特性應(yīng)適合其使用性質(zhì)，例如全天使用的房間應(yīng)有較大的熱穩(wěn)定性，房間內(nèi)表面材料應(yīng)選用蓄熱系數(shù)大的材料。對(duì)于只有白天使用(如辦公室)或只有一段時(shí)間使用的房間(如影劇院的觀眾廳)，內(nèi)表面材料則應(yīng)選用蓄熱系數(shù)小的材料。
二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)
在冬季，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱一般可粗略地按穩(wěn)定傳熱計(jì)算。評(píng)價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體(外墻和屋面)保溫性能的主要指標(biāo)是傳熱阻R0或傳熱系數(shù)K0。
(一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小傳熱阻
內(nèi)表面溫度取決于室內(nèi)外溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻。傳熱阻越小，內(nèi)表面溫度越高，為了不使圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面結(jié)露，在《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50176—93)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》)中規(guī)定，設(shè)置集中采暖的建筑物，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，且應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，其最小傳熱阻應(yīng)按下式計(jì)算確定：
(1-38)
式中R0,min——圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小傳熱阻，m2·K/W;
Ri——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱阻，m2·K/W;
ti——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，℃，一般居住建筑取18oC;高級(jí)居住建筑，醫(yī)療、托
幼建筑，取20oC;工業(yè)企業(yè)的輔助建筑按《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》取值，以生產(chǎn)工藝要求為主的廠房或?qū)嶒?yàn)室應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)范取值;
te——圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算溫度，℃，在《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中將圍護(hù)結(jié)構(gòu)按熱惰性
指標(biāo)D值的不同分為4類(lèi)，規(guī)定了4種室外計(jì)算溫度的取值方法，見(jiàn)表1-6
n——溫差修正系數(shù)，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)所處位置情況，按《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》取值;
[Δt]——室內(nèi)空氣與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間的允許溫差，℃，根據(jù)房間性質(zhì)及結(jié)構(gòu)類(lèi)型，可查《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》取值。
對(duì)熱穩(wěn)定性要求較高的建筑(如居住建筑、醫(yī)院和幼兒園等)，當(dāng)采用輕型結(jié)構(gòu)時(shí)，外墻的最小傳熱阻應(yīng)在按式(1—38)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行附加，其附加值按表1—7取值。
(三)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫構(gòu)造方案
為達(dá)到保溫要求，常常在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)保溫材料層。墻體由保溫材料層和主體結(jié)構(gòu)復(fù)合而成。
1.保溫材料
絕熱材料是指導(dǎo)熱系數(shù)小于0.25W/(m·K)且能用于絕熱工程的材料。習(xí)慣上稱(chēng)控制室內(nèi)熱量外流的材料為保溫材料;防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的叫隔熱材料。選擇保溫材料時(shí)，不僅需要考慮材料的熱物理性能，還應(yīng)該了解材料的強(qiáng)度、耐久性、耐火、耐侵蝕性，以及使用保溫材料時(shí)的構(gòu)造方案、施工工藝、材料的來(lái)源和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。
2.保溫構(gòu)造方案
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造必須同時(shí)考慮保溫和承重的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫構(gòu)造方案大致可分為以下兩大類(lèi)：
(1)單一材料結(jié)構(gòu)
只要材料導(dǎo)熱系數(shù)足夠小，機(jī)械強(qiáng)度能滿(mǎn)足承重要求，又有足夠的耐久性，那么采用保溫與承重相結(jié)合的單一材料結(jié)構(gòu)方案，在構(gòu)造上比較簡(jiǎn)單，施工亦比較方便。但隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，許多單一材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求，因此必須發(fā)展高效保溫節(jié)能的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)。
(2)復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)
復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)由保溫層和結(jié)構(gòu)主體層復(fù)合而成，保溫層主要起保溫作用，不起承重作用。它可以是單一保溫材料層，也可以是復(fù)合保溫材料層。選擇這種結(jié)構(gòu)時(shí)，保溫材料的靈活性比較大，不論是板塊狀、纖維狀還是松散顆粒狀材料均可應(yīng)用。有時(shí)也可用封閉空氣間層作保溫層;或者將空氣間層和實(shí)體保溫層及主體結(jié)構(gòu)復(fù)合在一起以滿(mǎn)足比較高的保溫要求。
復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)按保溫層所處的位置可分為內(nèi)保溫(保溫層在室內(nèi)一側(cè))，外保溫(保溫層在室外一側(cè))，中間保溫(保溫層在中間夾芯)幾種類(lèi)型。保溫層的位置正確與否對(duì)結(jié)構(gòu)及房間的使用質(zhì)量、結(jié)構(gòu)造價(jià)、施工和維持費(fèi)用都有重要影響。從保溫節(jié)能的角度看，外保溫的優(yōu)點(diǎn)較多。但內(nèi)保溫往往施工方便，適用于間歇使用的房間，中間保溫則有利于松散填充材料的利用。
(3)外保溫的優(yōu)越性
1)可減少熱橋處的熱損失，防止熱橋內(nèi)表面結(jié)露;
2)對(duì)防止或減少保溫層內(nèi)部產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)十分有利;
3)使房間的熱穩(wěn)定性好;
4)使墻或屋頂?shù)闹饕糠质艿奖Ｗo(hù)，大大降低溫度變形;
5)可節(jié)省保溫材料，降低建筑造價(jià)。
外保溫除上述優(yōu)點(diǎn)外，還特別適用于既有建筑節(jié)能改造。
但外保溫方案的一些優(yōu)點(diǎn)也是有前提的。例如，對(duì)規(guī)模不太大的建筑(如住宅)，外保溫能夠提高結(jié)構(gòu)及房間的熱穩(wěn)定性，而當(dāng)建筑內(nèi)部有大熱容量的結(jié)構(gòu)(隔墻、柱)和空氣調(diào)節(jié)的設(shè)備時(shí)，外保溫的蓄熱作用就不太明顯了。
外保溫的缺點(diǎn)是保溫材料需經(jīng)過(guò)選擇，要求不受雨水沖刷也不受大氣污染的影響。大多數(shù)保溫材料都有一定的吸濕性，材料吸濕以后，熱阻會(huì)嚴(yán)重下降，因此當(dāng)采用這種構(gòu)造方案時(shí)，應(yīng)在表面覆蓋一層防水層或飾面。
(4)屋頂外保溫做法
采用外保溫的屋頂，傳統(tǒng)做法是在保溫層上面做防水層。防水層的蒸汽滲透阻很大，使屋面容易產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)露，同時(shí)，由于防水層直接暴露在大氣中，受日曬、凍融等作用，極易老化和破壞。為了改進(jìn)這種狀況，產(chǎn)生了“倒鋪”屋面的做法。不僅可能完全消除內(nèi)部結(jié)露，而且可使防水層得到保護(hù)，從而大大提高耐久性，但這種方法要求保溫材料不吸水。
三、外窗、外門(mén)和地面的保溫設(shè)計(jì)
(一)窗戶(hù)的保溫
窗戶(hù)一方面引進(jìn)太陽(yáng)輻射熱，另一方面又通過(guò)冷風(fēng)滲透和本身傳熱損失大量熱量。由于窗戶(hù)損失的熱量多，降低了窗的內(nèi)表面溫度，其所產(chǎn)生的冷輻射會(huì)使人感到不舒適。
1.窗的傳熱系數(shù)和總熱阻
為減少窗戶(hù)傳熱，要求窗戶(hù)具有一定的熱阻，通常用傳熱系數(shù)K值來(lái)表征，其值愈小，保溫愈好。建筑外窗的傳熱系數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2.控制窗墻面積比
《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定采暖居住建筑窗墻面積比應(yīng)符合以下要求：北向，不應(yīng)大于0.25;東、西向，不應(yīng)大于0.30;南向，不應(yīng)大于0.35。公共建筑窗墻面積比的上限定為0.7，在此前提下，不同朝向，不同窗墻面積比的窗的傳熱系數(shù)及遮陽(yáng)系數(shù)有具體的條文規(guī)定。
3.提高氣密性，減少冷風(fēng)滲透
設(shè)計(jì)中應(yīng)采用氣密性良好的窗戶(hù)(包括陽(yáng)臺(tái)門(mén))，居住建筑外窗的氣密性等級(jí)，在1～6層建筑中，不應(yīng)低于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗空氣滲透性能分級(jí)及其檢測(cè)方法》(GB7107)規(guī)定的3級(jí)水平;在7～30層建筑中，不應(yīng)低于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4級(jí)水平。公共建筑外窗的氣密性不應(yīng)低于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4級(jí)水平。
在建筑物采用氣密窗或窗戶(hù)加設(shè)密封條的情況下，房間應(yīng)設(shè)置可以調(diào)節(jié)的換氣裝置或其他可行的換氣設(shè)施。
4.提高窗戶(hù)保溫能力的措施
影響窗戶(hù)保溫性能的主要因素有窗框材料及鑲嵌材料的熱工性能和光物理性能及窗型等。增加窗的保溫能力，主要從減少冷風(fēng)滲透和提高窗本身的保溫能力人手。
(1)提高窗框保溫性能
窗框材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，則窗的傳熱系數(shù)越小。以木材和塑料作窗框或采用復(fù)合型框如鋼塑型、鋼木型、木塑型窗框時(shí)，保溫性能較好;采用鋼或鋁合金作窗框時(shí)，熱損失將大大增加。為提高金屬窗框的保溫能力，最好作成空心斷面或采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料來(lái)截?cái)嘟饘倏虻臒針颉２徽撚檬裁床牧献鞔翱�，都�?yīng)將窗框與墻之間的縫隙，用保溫砂漿或泡沫塑料等填充密封。
(2)改善玻璃部分的保溫能力
單層玻璃本身的熱阻很小。在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，從衛(wèi)生和節(jié)能的角度考慮，往往是增加窗玻璃層數(shù)，采用二層或三層窗，靠?jī)蓪哟安Ａеg形成的空氣層來(lái)提高窗戶(hù)的保溫能力。如中空玻璃、三層或三層以上的玻璃，與單層玻璃相比，其保溫性能大大提高。玻璃的光物理性能是指玻璃對(duì)光波的透射、吸收、反射等性能。一般保溫要求玻璃對(duì)可見(jiàn)光有良好的透射系數(shù)，而對(duì)短波具有高透射系數(shù)，對(duì)長(zhǎng)波具有高反射系數(shù)。
(3)使用保溫窗簾
保溫窗簾可以日間打開(kāi)，夜間關(guān)閉。白天不用窗簾獲得熱輻射，夜間使用窗簾加強(qiáng)保溫。
(二)外門(mén)保溫設(shè)計(jì)
各種外門(mén)的總傳熱系數(shù)和總傳熱阻可以查閱《建筑設(shè)計(jì)資料集》有關(guān)熱工部分。雖然門(mén)的總熱阻比窗戶(hù)大，但與墻體、屋頂相比仍是保溫的薄弱環(huán)節(jié)。
應(yīng)盡可能選擇使用保溫性能好的門(mén)作為外門(mén)，并且要求門(mén)的密閉性好，以減少外門(mén)的冷風(fēng)滲透。
陽(yáng)臺(tái)門(mén)下部應(yīng)采取保溫措施。嚴(yán)寒地區(qū)要求陽(yáng)臺(tái)門(mén)下部門(mén)芯板的傳熱系數(shù)小于或等于1.35W/(m2·K)。
采暖居住建筑樓梯間和外廊應(yīng)設(shè)置門(mén)窗;在采暖期室外平均溫度為一0.1～一6℃的地區(qū)，樓梯間不采暖時(shí)，樓梯間隔墻和戶(hù)門(mén)應(yīng)采取保溫措施;在一6℃以下地區(qū)，樓梯間應(yīng)采暖，人口處應(yīng)設(shè)置門(mén)斗等避風(fēng)設(shè)施。
(三)地板保溫設(shè)計(jì)
1.對(duì)地板面層材料熱工性能的要求
地板面層材料的熱工性能用其吸熱指數(shù)B描述。B值越大，則地面從人腳吸取的熱量就越多越快。根據(jù)B值，可將地面劃分成3類(lèi)，見(jiàn)表1—8。
2.地板保溫
(1)直接接觸土壤的地面
直接接觸土壤的地面周邊的保溫應(yīng)該比中間好。采暖期室外平均溫度低于—5.0℃的地區(qū)，應(yīng)對(duì)建筑物外墻在室外地坪以下的垂直墻面，以及周邊直接接觸土壤的地面采取保溫措施。在室外地坪以下的垂直墻面，其傳熱系數(shù)不應(yīng)超過(guò)《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》規(guī)定的地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)限值。在外墻周邊從外墻內(nèi)側(cè)算起2.0m范圍內(nèi)，地面的傳熱系數(shù)不應(yīng)超過(guò)0.30W/(m2.K)。
(2)不采暖地下室上部樓板與直接接觸室外空氣的樓板
不采暖地下室上部樓板及直接接觸室外空氣的樓板的保溫也是必須注意的問(wèn)題。《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》對(duì)這些部位的傳熱系數(shù)有明確的規(guī)定。
四、傳熱異常部位的保溫設(shè)計(jì)
(一)熱橋保溫
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋部位系指嵌入墻體的混凝土或金屬梁、柱，墻體和屋面板中的混凝土肋或金屬件，裝配式建筑中的板材接縫以及墻角、屋頂檐口、墻體勒腳、樓板與外墻、內(nèi)隔墻與外墻連接等部位。這些部位保溫薄弱，熱流密集，內(nèi)表面溫度較低，可能產(chǎn)生程度不同的結(jié)露和長(zhǎng)霉現(xiàn)象，影響使用耐久性，必須采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)這些部位的保溫。
1.熱橋的類(lèi)型
熱橋的類(lèi)型分為貫通式與非貫通式兩種，
2.保溫要求
熱橋內(nèi)表面溫度需要單獨(dú)校核，如低于露點(diǎn)溫度，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)保溫。《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)五種形式熱橋的內(nèi)表面溫度規(guī)定驗(yàn)算公式。
3.保溫處理
構(gòu)造方式會(huì)影響保溫效果，因此設(shè)計(jì)時(shí)需遵循下列原則：
(1)盡量避免出現(xiàn)貫通式熱橋
鋼筋混凝土框架的填充墻中的梁、柱是最為典型的貫通式熱橋。這類(lèi)熱橋即使其寬度。遠(yuǎn)小于主體部分的厚度a，也能引起內(nèi)表面溫度明顯下降。因此，在必須使用貫通式熱橋時(shí)，可在熱橋部位采取局部保溫措施加強(qiáng)保溫，最好結(jié)合墻壁內(nèi)粉刷綜合處理。
(2)盡量將非貫通式熱橋布置在靠室外一側(cè)，因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)表面溫度要比熱橋靠室內(nèi)一側(cè)布置時(shí)高得多。
(3)盡量減少熱橋斷面面積。熱橋斷面面積越小，通過(guò)熱橋的熱損失就越小。因此，在不影響結(jié)構(gòu)功能的前提下應(yīng)盡量減少熱橋斷面面積。
(二)轉(zhuǎn)角保溫
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的其他異常部位有：外墻角、外墻與內(nèi)墻交角、樓地板或屋頂與外墻交角等。這些部位由于構(gòu)造上的特殊性，如不加強(qiáng)保溫，其熱損失將大于主體部分。以外墻角為例，由于家具、設(shè)備的遮擋以及位于轉(zhuǎn)角部位，使得墻角處氣流不暢，墻角單位面積得到的熱量比主體部分少，另一方面，墻角處的散熱面積大于吸熱面積。在裝配式板材建筑中，交角處同時(shí)又是熱橋，因此交角處內(nèi)表面溫度遠(yuǎn)比主體部位低，容易造成這些部位結(jié)露或結(jié)霜。在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，不少房屋都發(fā)生這種現(xiàn)象。綜合國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究的結(jié)果，外墻角低溫的影響帶大約是墻厚d的1.5—2.0倍。附加保溫層的長(zhǎng)度為：二維墻角，l=(1.5—2.0)δ;三維墻角，l=(2.0—3.0)δ。
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于吸濕、冷凝、淋水等原因會(huì)受潮，其中冷凝受潮最為普遍，危害很大，且與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工狀況和室內(nèi)外溫濕狀況有關(guān)。
外圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于冷凝而受潮可分為兩種情況，即表面凝結(jié)與內(nèi)部凝結(jié)。所謂表面凝結(jié)，就是在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)凝結(jié)水，其原因是由于水蒸氣含量較多而溫度高的空氣遇到冷的表面所致。內(nèi)部凝結(jié)是當(dāng)水蒸氣通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度達(dá)到或低于露點(diǎn)時(shí)，水蒸氣即形成凝結(jié)水。表面凝水將有礙室內(nèi)衛(wèi)生，在某些情況下還將直接影響生產(chǎn)和房間的使用。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)量的冷凝水，會(huì)降低保溫隔熱層的性能，甚至降低結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量和耐久性。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)分析和檢驗(yàn)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部是否產(chǎn)生冷凝，以便采取措施加以防止和控制。
冷凝結(jié)露現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在冬季，夏季也時(shí)常發(fā)生。冬季冷凝通常是因氣候寒冷，使室內(nèi)墻面、地面、屋蓋、吊頂?shù)炔课坏谋砻鏈囟认陆�，從而發(fā)生表面冷凝和內(nèi)部冷凝。夏季冷凝通常是當(dāng)室外空氣向高溫高濕轉(zhuǎn)化，室內(nèi)墻面、地面、屋蓋、吊頂?shù)炔课坏臏囟炔荒芗皶r(shí)升高，或者室內(nèi)溫度較低，結(jié)構(gòu)表面的溫度低于室外空氣的露點(diǎn)溫度，或者外部高溫高濕空氣流人低溫房間達(dá)到飽和時(shí)，產(chǎn)生的水蒸氣凝結(jié)。
一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透
(一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透與計(jì)算
圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸氣的遷移現(xiàn)象稱(chēng)為蒸汽滲透。水蒸氣在材料中的滲透機(jī)理是比較復(fù)雜的，比傳熱(能量轉(zhuǎn)移)過(guò)程要復(fù)雜得多。在建筑設(shè)計(jì)中，為了了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕狀況，粗略分析水蒸氣的滲透量，以檢驗(yàn)材料內(nèi)部有無(wú)冷凝產(chǎn)生，對(duì)水蒸氣的滲透擴(kuò)散過(guò)程作了很多簡(jiǎn)化，認(rèn)為蒸汽滲透是穩(wěn)定條件下單純由水蒸氣分壓力差作用下的純濕傳導(dǎo)過(guò)程。如果外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)存在水蒸氣分壓力差，水蒸氣就會(huì)從壓力高的一側(cè)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向壓力低的一側(cè)滲透。蒸汽滲透強(qiáng)度，即在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的蒸汽量，與室內(nèi)外的水蒸氣分壓力差成正比，與滲透過(guò)程中受到的阻力成反比，按式(1—39)計(jì)算：
式中ψ——蒸汽滲透強(qiáng)度，g/(m2·h);
Ho——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總蒸汽滲透阻，m2.h.Pa/g;
Pi——室內(nèi)空氣的水蒸氣分壓力，Pa;
Pe——室外空氣的水蒸氣分壓力，Pa。
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總蒸汽滲透阻Ho，按式(1—40)確定：
式中δi——第i層材料的厚度，m;
μi——第i層材料的蒸汽滲透系數(shù)，g/(m·h.Pa)，i=1，2，3，…，n。
同結(jié)構(gòu)材料層蒸汽滲透阻相比，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的蒸汽滲透阻是微小的，所以在計(jì)算總蒸汽滲透阻時(shí)忽略不計(jì)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的水蒸氣分壓力，可近似地取為室內(nèi)外空氣的水蒸氣分壓力。封閉空氣間層的蒸汽滲透阻取為零，某些薄片材料和涂層材料的蒸汽滲透阻見(jiàn)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》。
(二)蒸汽滲透系數(shù)
蒸汽滲透系數(shù)表明材料的透汽能力，定義為lm厚的物體，兩側(cè)水蒸氣分壓力差為1Pa，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)lm2面積滲透的水蒸氣量。它與材料的密實(shí)程度、溫度和相對(duì)濕度有關(guān)。材料的孔隙率越大，透汽性就越強(qiáng)。同種材料密度越大，孔隙率就越小，透汽性也就越差。例如密度為500kg/m3和700kg/m3的加氣混凝土蒸汽滲透系數(shù)分別為μ=11.1X10-5g/(m·h.Pa)和μ=9.98X10-5g/(m·h.Pa)。同種密度不同種材料的蒸汽滲透系數(shù)不一定相同，例如密度同是1700kg/m3的粉煤灰陶�；炷�、水泥砂漿和輕砂漿磚砌體的盧值分別是μ=1.88X10-5g/(m·h.Pa)、9.75X10-5g/(m·h.Pa)和12.0X10-5g/(m·h.Pa)。這是因?yàn)椴牧瞎羌艹煞值拿芏炔煌�，以致材料孔隙率不同的緣故。因此，某些密度小孔隙率低的輕質(zhì)材料也具有較低的蒸汽滲透系數(shù)，如聚苯乙烯泡沫塑料μ=1.60X10-5g/(m·h.Pa)，和鋼筋混凝土μ=1.58X10-5g/(m·h.Pa)接近。
玻璃和金屬板材的蒸汽滲透系數(shù)為零，可以起到隔絕蒸汽的作用。此外，用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔汽的材料還有卷材和瀝青材料，其蒸汽滲透系數(shù)較低，如瀝青混凝土的μ=0.75X10-5g/(m·h.Pa)
二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝的檢驗(yàn)
單層圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外側(cè)透氣性較好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不需進(jìn)行內(nèi)部冷凝受潮驗(yàn)算，對(duì)于外側(cè)有卷材或其他密閉防水層的平屋頂結(jié)構(gòu)，以及保溫層外側(cè)有密實(shí)保護(hù)層的多層墻體結(jié)構(gòu)，當(dāng)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)層為加氣混凝土和黏土磚等多孔材料時(shí)，應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部冷凝受潮驗(yàn)算。
(一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝受潮判斷
一般采暖建筑，雖然允許結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生一定量的冷凝水，但是為了保證結(jié)構(gòu)的耐久性和保溫性，材料的濕度不得超過(guò)一定的限度。允許增量系指經(jīng)過(guò)一個(gè)采暖期，保溫材料重量濕度增量在允許范圍之內(nèi)，以便采暖期過(guò)后，保溫材料中的冷凝水逐漸向外側(cè)和內(nèi)側(cè)散發(fā)，而不致在內(nèi)部逐年積聚，導(dǎo)致濕度過(guò)高。
判別圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會(huì)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，可以按下述步驟進(jìn)行：
(1)根據(jù)室內(nèi)外空氣的溫濕度t和確定室內(nèi)外水蒸氣分壓力Pi和Pe計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的水蒸氣分壓力Pm，并作出“戶(hù)”的分布線。對(duì)于采暖房屋，取當(dāng)?shù)夭膳诘氖彝饪諝獾钠骄鶞囟群推骄鄬?duì)濕度作為室外計(jì)算參數(shù)。
(2)根據(jù)室內(nèi)外空氣溫度ti和te，確定各層的溫度，并從相應(yīng)手冊(cè)中查出對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣分壓力“Ps”，并作出Ps的分布線。
(3)根據(jù)“P”和“Ps”分布線，比較“P”和“Ps”大小來(lái)判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會(huì)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。“Ps”線與“P”線不相交且處處大于“P”，說(shuō)明內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生冷凝;“Ps”線與“P”線相交，在“Ps”小于“P”部位有冷凝產(chǎn)生，如圖1—11所示。
圖1-11圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝的檢驗(yàn)(a)內(nèi)部不產(chǎn)生冷凝;(b)內(nèi)部有冷凝
(二)冷凝界面的確定
在蒸汽滲透途徑中，若材料的蒸汽滲透系數(shù)出現(xiàn)由大變小的界面，水蒸氣至此遇到較大的阻力，最易發(fā)生冷凝現(xiàn)象。習(xí)慣上把這個(gè)最易出現(xiàn)冷凝，且凝結(jié)最嚴(yán)重的界面，稱(chēng)做圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的“冷凝界面”。冷凝界面一般出現(xiàn)在沿蒸汽滲透方向絕熱材料和其后密實(shí)材料的交界面處。
(三)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕耦合的基本概念
在含濕材料中，溫度差不僅驅(qū)使熱量從高溫向低溫傳遞，而且也驅(qū)使水蒸氣質(zhì)量從一處向另一處轉(zhuǎn)移;同樣，水蒸氣分壓力差不僅驅(qū)使水蒸氣從高濃度向低濃度傳遞，同時(shí)也使熱量從一處轉(zhuǎn)移到另一處。在建筑熱工學(xué)把這種熱濕相互作用、相互影響的現(xiàn)象稱(chēng)為熱濕耦合。
三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)受潮的防治和控制措施
(一)表面結(jié)露的防治和控制
當(dāng)室內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，將發(fā)生表面結(jié)露現(xiàn)象。提高室內(nèi)表面溫度和降低室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度是避免表面結(jié)露的原則，主要措施為：
(1)對(duì)正常濕度的房間，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻應(yīng)大于《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中所要求的“最小傳熱阻”。
(2)利用保溫材料，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻，進(jìn)而提高其內(nèi)表面溫度，是較常用、經(jīng)濟(jì)的方法，不過(guò)要結(jié)合實(shí)際情況考慮保溫材料的選擇和設(shè)置位置。通常情況下采用外保溫方法能提高結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及內(nèi)部溫度，以減少內(nèi)部冷凝的可能性。采用內(nèi)保溫方法極有可能使保溫材料與結(jié)構(gòu)界面處產(chǎn)生內(nèi)部冷凝，要相應(yīng)地采取措施防止內(nèi)部冷凝的出現(xiàn)。
(3)利用空氣間層來(lái)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻。封閉的空氣間層不僅具有良好的保溫作用，而且具有很好的防潮性能。一般將空氣層布置在主體結(jié)構(gòu)低溫側(cè)。若布置在高溫側(cè)，則必須采取相應(yīng)的措施排出空氣間層低溫側(cè)可能出現(xiàn)的冷凝水。
(4)房間使用過(guò)程中，應(yīng)保持圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面氣流通暢，以提高內(nèi)表面溫度，避免結(jié)露。家具、壁廚等不宜緊貼外墻布置，一般應(yīng)留5cm的空氣流通間層。
(5)利用通風(fēng)降低室內(nèi)空氣濕度，從而降低室內(nèi)露點(diǎn)溫度。對(duì)于密閉的房間應(yīng)設(shè)置通風(fēng)口，既可補(bǔ)人新風(fēng)，又可進(jìn)行降濕。對(duì)于有濕源產(chǎn)生的房間，如廚房和浴室以及高濕度房間，當(dāng)采用自然通風(fēng)不能消除表面冷凝時(shí)，必須設(shè)置排汽罩或風(fēng)機(jī)，進(jìn)行局部機(jī)械通風(fēng)以降低室內(nèi)含濕量。
(6)對(duì)于因室內(nèi)溫度周期性波動(dòng)造成的表面冷凝，可采用蓄熱能力大的材料作內(nèi)裝修，以便延緩內(nèi)表面溫度的急劇下降。
(7)其他控制措施
對(duì)于因濕度激增而引起的短期少量結(jié)露，可采用具有吸解濕性能的材料進(jìn)行內(nèi)表面裝修。這些材料能自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，即使有少量結(jié)露也能被面層吸收，不會(huì)出現(xiàn)明顯的水珠。
對(duì)于室內(nèi)氣溫已接近露點(diǎn)溫度的高濕房間，如浴室、洗染間等，即使加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻，也不能防止表面冷凝，此時(shí)應(yīng)盡量避免在表面形成水滴掉落下來(lái)，且需設(shè)防水層，以阻止表面凝水滲入圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。連續(xù)處于高濕條件下，又不允許屋頂內(nèi)表面的凝水滴落到設(shè)備和產(chǎn)品上的房間，可設(shè)吊頂，使吊頂空間與室內(nèi)相通，讓吊頂有一坡度，有組織地引導(dǎo)凝水，或加強(qiáng)屋頂內(nèi)表面附近通風(fēng)。對(duì)于間歇使用的高濕房間，在其圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面可增設(shè)吸濕能力強(qiáng)且本身又耐潮濕的飾面層或涂層，防止水滴形成。
(二)內(nèi)部冷凝的防治和控制
圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣分壓力低于該點(diǎn)的實(shí)際水蒸氣分壓力時(shí)，會(huì)發(fā)生內(nèi)部冷凝。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度和降低其內(nèi)部水蒸氣分壓力可避免內(nèi)部冷凝，主要措施為：
1.設(shè)置多層圍護(hù)結(jié)構(gòu)
采用多層圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，材料層次的布置應(yīng)盡量使水蒸氣滲透的通路成為“進(jìn)難出易”。采暖建筑，應(yīng)將蒸汽滲透阻較大的密實(shí)材料布置在內(nèi)側(cè)，而將蒸汽滲透阻較小的材料布置在外側(cè)。在進(jìn)行夏季空調(diào)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)防潮設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意蒸汽滲透的方向是由外向內(nèi)，因此蒸汽滲透阻大的材料應(yīng)設(shè)在外側(cè)。
2.設(shè)置隔汽層
經(jīng)內(nèi)部冷凝驗(yàn)算必須設(shè)隔汽層時(shí)，可在保溫層水蒸氣流入的一側(cè)設(shè)置隔蒸汽層(如瀝青、卷材或隔汽涂料等)。
隔汽層應(yīng)布置在水蒸氣流入的一側(cè)，所以對(duì)采暖建筑應(yīng)布置在保溫層內(nèi)側(cè)，對(duì)于冷庫(kù)或空調(diào)建筑應(yīng)布置在隔熱層外側(cè)。若在全年中出現(xiàn)雙向的蒸汽滲透現(xiàn)象，則應(yīng)根據(jù)具體情況決定是否在內(nèi)外側(cè)都布置隔汽層。采用雙層隔汽層時(shí)，施工中應(yīng)保證保溫層不能受潮。
否則在使用中，萬(wàn)一在內(nèi)部產(chǎn)生冷凝，冷凝水就不易蒸發(fā)出去，所以一般情況下應(yīng)盡可能不用雙重隔汽層。
設(shè)置隔汽層的條件：
(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生冷凝;
(2)由冷凝引起的保溫材料重量濕度增量超過(guò)保溫材料重量濕度的允許增量。根據(jù)采暖期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)中保溫材料重量濕度的允許增量，取保溫層與外側(cè)密實(shí)層的交界處為冷凝計(jì)算界面。冷凝計(jì)算界面內(nèi)側(cè)所需的蒸汽滲透阻按式(1—41)計(jì)算：
此估算是建立在前述蒸汽滲透計(jì)算方法基礎(chǔ)之上的，且未考慮冷凝后液相水在材料中的遷移，因此，估算是很粗略的，但是偏于安全。
3.設(shè)置通風(fēng)間層或泄汽排水溝道
采用設(shè)置通風(fēng)間層或泄汽溝道的辦法最為理想，能讓進(jìn)入保溫層的水分有個(gè)出路，特別適用于濕度高的房間(如紡織廠)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及卷材防水屋面的平屋頂結(jié)構(gòu)。
4.冷側(cè)設(shè)置密閉空氣層
在保溫層外側(cè)設(shè)置密閉空氣層，可使處于較高溫度側(cè)的保溫層保持干燥。
5.綜合防潮措施
在實(shí)際的應(yīng)用中，往往是采用綜合的措施即同時(shí)采用上述兩種或兩種以上的措施。
(三)地面泛潮的防治和控制
在夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的建筑中，潮霉季節(jié)地面冷凝泛潮現(xiàn)象普遍存在，底層地面特別嚴(yán)重。地面下部宜采取保溫措施或架空做法，可使地面保持較高的溫度，減少冷凝現(xiàn)象發(fā)生。
防治和控制地板泛潮的原則，一是使室內(nèi)空氣濕度不要過(guò)高;二是使地板表面溫度不
要過(guò)低;三是避免室外濕空氣與地面直接接觸。
(1)采用蓄熱系數(shù)小的材料和微孔吸濕材料作地板的表面材料。光滑而密實(shí)的面層，如水磨石和水泥地面等，容易冷凝泛潮，微孔吸濕材料，如微孔地面磚、大階磚等作面層時(shí)，則防潮效果較好。素混凝土、三合土、木地板等地板飾面，雖然在夏天對(duì)降溫稍有不利，但對(duì)于防止和控制潮霉期地板泛潮卻有良好的效果。
(2)在建筑上裝置便于調(diào)節(jié)開(kāi)啟的門(mén)窗進(jìn)行間歇通風(fēng)。例如，裝置百葉窗、窗頂設(shè)置小型通氣孔及設(shè)推拉活動(dòng)窗扇等。還可以設(shè)置半截腰門(mén)、高門(mén)坎等。同時(shí)，房間要盡量爭(zhēng)取日照，以加速水分蒸發(fā)，提高地板溫度。
(3)采用空氣間層控制地面泛潮。房屋底層地面，尤其在高地下水位地區(qū)的房屋底層地面，地面潮濕程度加重，故應(yīng)注意設(shè)置防潮墊層措施，如加粗砂墊層或涂瀝青或設(shè)瀝青油氈防潮層等。
我國(guó)有關(guān)規(guī)范對(duì)建筑防熱設(shè)計(jì)有如下要求：
(1)夏熱冬暖地區(qū)，必須充分滿(mǎn)足夏季防熱要求;
(2)夏熱冬冷地區(qū)，必須滿(mǎn)足夏季防熱要求;
(3)寒冷地區(qū)的部分地區(qū)，要兼顧夏季防熱。
一、建筑防熱設(shè)計(jì)基本原則
(一)室內(nèi)過(guò)熱的原因
在南方炎熱地區(qū)的夏天，建筑物在強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射和氣溫的共同作用下，通過(guò)房子的屋面、外墻，把大量的熱量傳進(jìn)室內(nèi)，通過(guò)開(kāi)著的窗戶(hù)和門(mén)透進(jìn)太陽(yáng)輻射熱和熱空氣，周?chē)孛婧头课輰⑻?yáng)輻射反射到建筑的墻面和窗口;此外，室內(nèi)產(chǎn)生的生活的余熱，如電器、照明和人體散發(fā)的熱量和外面?zhèn)鬟M(jìn)來(lái)的熱量共同引起室內(nèi)過(guò)熱。
(二)建筑防熱途徑
建筑防熱應(yīng)采取自然通風(fēng)、窗戶(hù)遮陽(yáng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱、環(huán)境綠化等綜合性措施，盡量減少傳人室內(nèi)的熱量并使室內(nèi)的熱量盡快散發(fā)出去，改善室內(nèi)的熱環(huán)境。
1.減弱室外的熱作用
合理地選擇建筑的朝向和進(jìn)行建筑群布局，防止過(guò)度日曬。居住建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。盡量避免主要房間受到東、西向日曬。同時(shí)要綠化周?chē)h(huán)境，以降低環(huán)境輻射和空氣溫度。對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面，應(yīng)采用淺顏色以減少對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收，降低綜合溫度，從而減少進(jìn)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。
2.外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱和散熱
對(duì)屋頂及東、西外墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行隔熱處理，達(dá)到節(jié)能所要求的熱工指標(biāo)，使內(nèi)表面溫度滿(mǎn)足隔熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。白天隔熱好而夜間散熱又快的隔熱形式是最理想的，尤其適合在自然通風(fēng)情況下采用。通風(fēng)屋面和通風(fēng)墻是應(yīng)用廣泛而又有效的隔熱方式。
3.良好的自然通風(fēng)
自然通風(fēng)是排除室內(nèi)余熱，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境的主要途徑之一。組織自然通風(fēng)的措施包括：使房間的進(jìn)風(fēng)口盡量接近夏季主導(dǎo)風(fēng)向;居住區(qū)的總體規(guī)劃和居住建筑的平面、立面設(shè)計(jì)及門(mén)窗的設(shè)置，應(yīng)有利于自然通風(fēng)，利于室內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)分布;設(shè)置通風(fēng)構(gòu)造;利用綠化、地理環(huán)境組織通風(fēng)等。
4.遮陽(yáng)
建筑物的向陽(yáng)面，尤其是東、西向窗戶(hù)，宜優(yōu)先采用活動(dòng)或固定的建筑外遮陽(yáng)設(shè)施。在屋頂和西墻的外側(cè)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施，可以降低它們的室外綜合溫度。在建筑設(shè)計(jì)中，宜結(jié)合外廊、陽(yáng)臺(tái)、衫k檐等構(gòu)件達(dá)到遮陽(yáng)的目的。利用綠化、設(shè)置其他活動(dòng)的或固定的遮陽(yáng)設(shè)施也可實(shí)現(xiàn)有效的遮陽(yáng)。
5.利用自然能
利用自然能主要包括建筑外表面的長(zhǎng)波輻射、夜間對(duì)流、被動(dòng)蒸發(fā)冷卻、地冷空調(diào)、太陽(yáng)能降溫等防用結(jié)合的措施。
以上建筑防熱的各種措施，應(yīng)在建筑防熱設(shè)計(jì)中綜合使用。最主要的防熱措施是隔熱和自然通風(fēng)，同時(shí)輔以窗口遮陽(yáng)、環(huán)境綠化等手段。
二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)
對(duì)于空調(diào)建筑而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)的目的是減少室內(nèi)的冷量傳到室外，降低空調(diào)的能耗和設(shè)備的投資。對(duì)于自然通風(fēng)的建筑而言，因?yàn)榇昂烷T(mén)開(kāi)敞，室外的氣候直接影響室內(nèi)的熱狀況，更由于沒(méi)有機(jī)械制冷設(shè)備，只有通過(guò)建筑的隔熱設(shè)計(jì)才能改善室內(nèi)熱狀態(tài)。
(一)室外綜合溫度
夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部主要受兩個(gè)因素的影響——太陽(yáng)輻射照度和室外氣溫。引入室外綜合溫度的概念考慮這兩個(gè)方面的共同影響。室外綜合溫度是將室外氣溫和太陽(yáng)輻射對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用綜合而成的一個(gè)假想的室外氣象參數(shù)，定義為：
(1-42)
式中tsα——室外綜合溫度，℃;
te——室外氣溫，℃;
ρs——圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率;
I——外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的太陽(yáng)輻射照度，W/m2;
αe——外表面換熱系數(shù)，W/(m2.K);
tlr——外表面有效長(zhǎng)波輻射溫度，℃，對(duì)于屋面，tlr=3.50oC;對(duì)于外墻，tlr=1.8oC。
室外綜合溫度也是周期性變化的。它不僅和氣象參數(shù)(室外氣溫、太陽(yáng)輻射)有關(guān)，還與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的朝向和外表面材料的性質(zhì)有關(guān)。
式(1—42)中的ρsI/αe值叫作太陽(yáng)輻射的當(dāng)量溫度或等效溫度。氣溫對(duì)任何朝向的外墻和屋頂?shù)挠绊懯窍嗤摹５?yáng)輻射熱的影響就不同了，各朝向的室外綜合溫度大小不同。平屋頂?shù)氖彝饩C合溫度值最大，其次是西墻、東墻。因此，在炎熱的南方，隔熱的重點(diǎn)依次是屋頂、西墻、東墻。
(二)隔熱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度.
在自然通風(fēng)情況下，建筑物的屋頂和東、西向外墻的內(nèi)表面溫度應(yīng)滿(mǎn)足式(1—43)
(1-43)
要求：式中θi,max——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度，℃;
te,max——夏季室外計(jì)算溫度最高值，℃。
用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱計(jì)算的夏季室外計(jì)算溫度，是以25年每年最熱一天的平均溫度的累年平均值作為夏季室外計(jì)算溫度的平均溫度，以25年相應(yīng)的每年最熱一天的最高溫度的累年平均值作為夏季室外計(jì)算溫度的最高溫度，并取二者之差作為夏季室外計(jì)算溫度的振幅。
2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)
合理選擇外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱能力，就是選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、蓄熱系數(shù)及熱惰性等指標(biāo)的大小。對(duì)于空調(diào)房屋，因?yàn)橐髧o(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻大和室內(nèi)溫度波幅小，一般可以采用隔熱材料。而采用自然通風(fēng)的建筑，則應(yīng)根據(jù)建筑功能的不同，合理選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工指標(biāo)，如延遲時(shí)間和衰減倍數(shù)等。
(1)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)應(yīng)符合表1—9的規(guī)定。其中外墻的傳熱系數(shù)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)性冷橋的影響，取平均傳熱系數(shù)。
*當(dāng)屋頂和外墻的K值滿(mǎn)足要求，但D值不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)按照《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.1條來(lái)驗(yàn)算隔熱設(shè)計(jì)要求。
(2)夏熱冬暖地區(qū)居住建筑屋頂和外墻的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)應(yīng)符合表1—10的規(guī)定。
*D<2.5的輕質(zhì)屋頂，還應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的隔熱要求。
**D<2.5的輕質(zhì)外墻，還應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的隔熱要求。
(三)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱措施與效果
1.屋頂隔熱措施
南方炎熱地區(qū)屋頂?shù)臉?gòu)造可分為實(shí)體材料隔熱層屋頂和帶有空氣間層的隔熱屋頂、通風(fēng)間層隔熱屋頂、吊頂屋頂、閣樓屋頂、蓄水屋頂和植被屋頂?shù)榷囝?lèi)。主要隔熱措施為：
(1)淺色飾面(如淺色粉刷、涂層和面磚等)。
(2)增加屋頂?shù)臒嶙枧c熱惰性，用實(shí)體材料層或封閉空氣間層(貼鋁箔)進(jìn)行屋頂隔熱，減少屋頂傳熱和溫度波動(dòng)的振幅。
(3)使用通風(fēng)屋面
利用屋頂內(nèi)部通風(fēng)，可及時(shí)帶走白天上面?zhèn)魅说臒崃�，夜間也可對(duì)屋頂起散熱降溫作用。閣樓屋頂也屬于通風(fēng)屋頂。
通風(fēng)屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)要注意利用朝向形成空氣流動(dòng)的動(dòng)力，間層高度以20～24cm左右為宜，間層內(nèi)表面不宜過(guò)分粗糙，以降低空氣流動(dòng)阻力，并組織好氣流的進(jìn)、出路線。
(4)使用蓄水屋頂
水的熱容量大，且水在蒸發(fā)時(shí)需要吸收大量的汽化熱，從而大量減少傳人室內(nèi)的熱量，降低屋頂表面溫度，達(dá)到隔熱的目的。
(5)屋頂遮陽(yáng)
屋頂遮陽(yáng)是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中利用屋面作為活動(dòng)空間所采取的一項(xiàng)有效防熱措施，可采用百葉板遮陽(yáng)棚屋面和爬藤植物遮陽(yáng)棚屋面。
(6)屋頂有土或無(wú)土種植
植物可遮陽(yáng)，減少屋頂對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收;植物的光合作用將熱能轉(zhuǎn)化為生物能;植物葉面的蒸騰作用可增加蒸發(fā)散熱量;種植植物的基質(zhì)材料(如土壤)還可增加屋頂?shù)臒嶙枧c熱惰性。
2.外墻隔熱措施
(1)外墻外表面采用淺色飾面。
(2)增加墻體隔熱性能：
在墻體的內(nèi)側(cè)或外側(cè)加隔熱層;
采用雙排或三排孔混凝土或輕骨料混凝土空心砌塊墻體;
復(fù)合墻體內(nèi)側(cè)宜采用厚度為10cm的混凝土或磚等重質(zhì)材料;
使用帶鋁箔的空氣間層。使用單面鋁箔空氣間層時(shí)，鋁箔應(yīng)該設(shè)在高溫一側(cè)。
(3)墻體可做垂直綠化來(lái)遮擋陽(yáng)光。特別是東、西外墻可采用花格構(gòu)件或爬藤植物遮陽(yáng)。
(4)通風(fēng)墻與通風(fēng)遮陽(yáng)墻。
3.屋頂外墻隔熱措施的效果
計(jì)算屋頂和外墻總熱阻時(shí)，上述各項(xiàng)節(jié)能措施的當(dāng)量熱阻附加值可按表1—11取值。
4.外窗隔熱
(1)夏熱冬冷地區(qū)
多層住宅外窗宜采用平開(kāi)窗。建筑物1—6層的外窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的氣密性等級(jí)，不應(yīng)低于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗空氣滲透性能分級(jí)及其檢測(cè)方法》(GB7107)規(guī)定的3級(jí);7層及7層以上的外窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的氣密性等級(jí)，不應(yīng)低于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4級(jí)。
外窗(包括陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分)的面積不應(yīng)過(guò)大。不同朝向、不同窗墻面積比的外窗，其傳熱系數(shù)應(yīng)符合表1—12的規(guī)定。
(2)夏熱冬暖地區(qū)
居住建筑外窗的面積不應(yīng)過(guò)大，各朝向窗墻面積比應(yīng)符合下列規(guī)定：北向不大于0.45;東、西向不大于0.30;南向不大于0.50。采用不同平均窗墻面積比時(shí)，其外窗的傳熱系數(shù)K和綜合遮陽(yáng)系數(shù)S。應(yīng)符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
天窗面積不應(yīng)大于屋頂總面積的4%，其傳熱系數(shù)K不應(yīng)大于4.0W/(m2.K)，天窗本身的遮陽(yáng)系數(shù)SC不應(yīng)大于0.5。
居住建筑1～9層的外窗的氣密性應(yīng)滿(mǎn)足如下規(guī)定：在10Pa壓差下，每小時(shí)每米縫隙的空氣滲透量不大于2.5m3，每小時(shí)每平方米面積的空氣滲透量不大于7.5m3;10層及10層以上的外窗的氣密性應(yīng)滿(mǎn)足如下規(guī)定：在10Pa壓差下，每小時(shí)每米縫隙的空氣滲透量不大于1.5m3，每小時(shí)每平方米面積的空氣滲透量不大于4.5m3。
三、自然通風(fēng)降溫設(shè)計(jì)
(一)形成自然通風(fēng)的動(dòng)力因素
熱壓和風(fēng)壓綜合作用形成建筑物的自然通風(fēng)。從自然通風(fēng)降溫的角度來(lái)看，風(fēng)壓通風(fēng)對(duì)改善室內(nèi)氣候條件的效果比較顯著，應(yīng)首先考慮如何組織風(fēng)壓通風(fēng)來(lái)改善室內(nèi)熱環(huán)境。
1.熱壓通風(fēng)
熱壓通風(fēng)需要進(jìn)風(fēng)口低于出風(fēng)口才能形成。熱壓的大小取決于室內(nèi)外空氣溫差所形成的空氣密度差，以及進(jìn)出風(fēng)口的高差。
2.風(fēng)壓通風(fēng)
當(dāng)風(fēng)吹向建筑物時(shí)，在迎風(fēng)面上形成正壓區(qū)，而在建筑物屋頂、兩側(cè)及背風(fēng)面形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓區(qū)內(nèi)的空氣一般處于渦流狀態(tài)，又稱(chēng)為渦流區(qū)。如果建筑物上設(shè)有開(kāi)口，氣流就會(huì)從正壓區(qū)流人室內(nèi)，再?gòu)氖覂?nèi)流向負(fù)壓區(qū)，這就形成了風(fēng)壓通風(fēng)。風(fēng)壓的大小由風(fēng)速以及空氣動(dòng)力系數(shù)(由建筑物外表面尺寸及與風(fēng)向形成的夾角所決定，并隨位置而異)決定。
(二)建筑朝向和建筑群布局與自然通風(fēng)的關(guān)系
1.建筑朝向
選擇建筑朝向時(shí)，首先要爭(zhēng)取房間的自然通風(fēng)，同時(shí)綜合考慮防止太陽(yáng)輻射及防止暴風(fēng)雨吹襲。
為爭(zhēng)取房間的自然通風(fēng)，房間的縱軸宜盡量垂直于夏季主導(dǎo)風(fēng)向，主要房間應(yīng)布置在夏季的迎風(fēng)面。
2.建筑群布局
建筑群的布局對(duì)組織好室內(nèi)通風(fēng)具有重要作用，要避免某一建筑處于渦流區(qū)內(nèi)。影響渦流區(qū)長(zhǎng)度的主要因素是房屋的大小以及風(fēng)向投射角。渦流區(qū)的長(zhǎng)度隨房屋的高度及寬度的增大而增大，隨房屋的深度增大而減少。風(fēng)向投射角是風(fēng)向與房屋外墻面法線的交角。
表1—13是風(fēng)向投射角對(duì)渦流區(qū)長(zhǎng)度及室內(nèi)風(fēng)速的影響。隨著風(fēng)向投射角的增大，房屋背風(fēng)面渦流區(qū)的長(zhǎng)度在不斷縮小，但也影響到室內(nèi)風(fēng)速的降低。渦流區(qū)長(zhǎng)度縮小，能夠使后面的建筑避開(kāi)渦流區(qū)，有利于組織風(fēng)壓通風(fēng)，有利于縮短建筑間距。但風(fēng)向投射角太大，又會(huì)降低室內(nèi)風(fēng)速。所以，在建筑設(shè)計(jì)中要綜合考慮這兩方面的利弊，來(lái)決定合理的建筑間距，同時(shí)也可通過(guò)建筑群體布局方式的改變以達(dá)到縮小間距的目的。
注：H為房屋高度。本表的建筑模型為平屋頂，其高度：寬度：深度=1：8：2。
一般建筑群的平面布局有行列式、周邊式及自由式三種。行列式又可分為并列式、錯(cuò)列式和斜列式，從通風(fēng)效果來(lái)看，錯(cuò)列式和斜列式較并列式和周邊式為好。
建筑高度對(duì)自然通風(fēng)也有很大的影響，高層建筑對(duì)室內(nèi)通風(fēng)有利。但是高層建筑也存在把城市上空的風(fēng)引向地下，產(chǎn)生“樓房風(fēng)”的危害。在高層建筑的兩側(cè)及頂部繞流過(guò)去的風(fēng)速比較大，如果高層建筑的底層為開(kāi)敞式，通風(fēng)效果會(huì)加強(qiáng)，但是在設(shè)計(jì)時(shí)如考慮不周也會(huì)使其變成高速風(fēng)道。
(三)房間的開(kāi)口及通風(fēng)構(gòu)造的設(shè)置
1.房間開(kāi)口的位置及面積
必須為房間設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口才能組織起房間的穿堂風(fēng)。開(kāi)口位置和面積設(shè)置恰當(dāng)，可保證室內(nèi)的氣流達(dá)到一定速度和流場(chǎng)的均勻。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)、出風(fēng)口位置設(shè)在中央，氣流直通，對(duì)室內(nèi)氣流分布較為有利。當(dāng)開(kāi)口偏在一側(cè)時(shí)，容易使氣流偏移，導(dǎo)致部分區(qū)域有渦流現(xiàn)象，甚至無(wú)風(fēng)。房間的開(kāi)口位置一定要使氣流能夠經(jīng)過(guò)人在室內(nèi)經(jīng)常活動(dòng)的區(qū)域。
進(jìn)風(fēng)口直對(duì)著出風(fēng)口，會(huì)使氣流直通，房間內(nèi)其他地方很難受到氣流影響，除非進(jìn)風(fēng)口開(kāi)得很大。如果進(jìn)、出風(fēng)口錯(cuò)開(kāi)互為對(duì)角，氣流在室內(nèi)經(jīng)過(guò)的路線會(huì)長(zhǎng)一些，影響的區(qū)域會(huì)大一些。若進(jìn)、出風(fēng)口相距太近會(huì)使氣流偏向一側(cè)，導(dǎo)致室內(nèi)通風(fēng)效果不佳。如果進(jìn)、出風(fēng)口都開(kāi)在負(fù)壓區(qū)墻面一側(cè)或者整個(gè)房間只有一個(gè)開(kāi)口，則室內(nèi)通風(fēng)狀態(tài)較差。
開(kāi)口的高度也直接影響到室內(nèi)的通風(fēng)效果。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口設(shè)在高處時(shí)，氣流就貼著頂棚流動(dòng)，吹不到人的身上。只有把進(jìn)風(fēng)口設(shè)在較低處，氣流才能作用到人的身上。而出風(fēng)口的位置會(huì)對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生一些影響，出風(fēng)口低一些，室內(nèi)的氣流速度會(huì)大一些。
房間開(kāi)口面積影響室內(nèi)空氣流場(chǎng)。室內(nèi)的平均氣流速度只取決于較小的開(kāi)口尺寸。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口面積比出風(fēng)口小時(shí)，進(jìn)風(fēng)口處的風(fēng)速較大，但流場(chǎng)的分布不夠均勻;而進(jìn)風(fēng)口比出風(fēng)口大時(shí)，室內(nèi)流場(chǎng)分布比較均勻。如果進(jìn)、出風(fēng)口面積相等，開(kāi)口越大，流場(chǎng)分布的范圍就較大、較均勻，通風(fēng)狀況也較好;開(kāi)口小，雖然風(fēng)速相對(duì)加大了，但流場(chǎng)分布的范圍卻縮小了。
2.與通風(fēng)有關(guān)的構(gòu)造措施
門(mén)窗及有關(guān)構(gòu)造的設(shè)置要有利于導(dǎo)風(fēng)、排風(fēng)和調(diào)節(jié)風(fēng)向、風(fēng)速等。由于窗扇的開(kāi)啟有擋風(fēng)和導(dǎo)風(fēng)的作用，所以門(mén)窗如果裝置得宜，能增加通風(fēng)效果。當(dāng)風(fēng)向入射角較大時(shí)，如果窗扇向外開(kāi)啟成90o，會(huì)阻擋風(fēng)吹人室內(nèi)。此時(shí)，應(yīng)增大開(kāi)啟角度，將風(fēng)引入室內(nèi)。中軸旋轉(zhuǎn)窗扇可以任意調(diào)節(jié)開(kāi)啟角度，必要時(shí)還可以拿掉，導(dǎo)風(fēng)效果好。居住建筑外窗(包括陽(yáng)臺(tái)門(mén))的可開(kāi)啟面積不應(yīng)小于所在房間地面面積的8%;或者外窗的可開(kāi)啟面積不應(yīng)小于外窗面積的45%。
落地窗、鏤空窗、折門(mén)等，用在內(nèi)隔斷或外廊等處都是有利于通風(fēng)的構(gòu)造措施。
應(yīng)盡量利用樓梯間、天井等增加建筑物內(nèi)部的開(kāi)口面積，并充分利用這些開(kāi)口組織自然通風(fēng)。
(四)利用環(huán)境組織通風(fēng)
1.利用綠化
綠化安排得當(dāng)，可以對(duì)房屋周?chē)娘L(fēng)流起到導(dǎo)流或阻擋的作用。由于綠化環(huán)境的降溫作用，被導(dǎo)人室內(nèi)的空氣溫度已經(jīng)略有下降，因而更有利于防熱降溫。
2.利用地理環(huán)境
在山谷、海濱、湖濱地區(qū)修建房子時(shí)，應(yīng)充分利用地形風(fēng)(山谷風(fēng)、水陸風(fēng))進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)。
四、窗口遮陽(yáng)設(shè)計(jì)
(一)遮陽(yáng)的作用與效果
窗口遮陽(yáng)的目的是為了遮擋直射陽(yáng)光，減少進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射，防止室內(nèi)氣溫上升，避免眩光和防止物品受到陽(yáng)光照射產(chǎn)生變質(zhì)、褪色和損壞。但遮陽(yáng)也會(huì)對(duì)室內(nèi)采光和自然通風(fēng)造成一定的影響。遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)的影響是對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)流起導(dǎo)向作用，設(shè)置得當(dāng)會(huì)改善室內(nèi)的流場(chǎng)。一般情況下，遮陽(yáng)板的設(shè)置會(huì)使進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)流受到阻擋，降低室內(nèi)風(fēng)速。
遮陽(yáng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足：
(1)防止直射陽(yáng)光，并盡量減少散射陽(yáng)光;
(2)要有利于采光、通風(fēng)和防雨;不阻擋視線;
(3)與建筑協(xié)調(diào);
(4)構(gòu)造簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)耐久。
(二)遮陽(yáng)的形式
遮陽(yáng)設(shè)施可分為永久性和臨時(shí)性?xún)深?lèi)。臨時(shí)性設(shè)施是指在窗口設(shè)置的布簾、竹簾、軟百葉、帆布篷等。永久性的遮陽(yáng)設(shè)施又分為固定式和活動(dòng)式的。在夏熱冬冷地區(qū)，外窗宜設(shè)置活動(dòng)外遮陽(yáng)。在夏熱冬暖地區(qū)，則以安裝固定式遮陽(yáng)為宜。固定式遮陽(yáng)形式一般有水平式、垂直式、綜合式與擋板式四種。
1.水平式遮陽(yáng)
水平式遮陽(yáng)能夠有效地遮擋高度角較大、從窗戶(hù)上方入射的陽(yáng)光，適用于接近南向的窗口及北回歸線以南地區(qū)的北向附近的窗口。
2.垂直式遮陽(yáng)
垂直式遮陽(yáng)能有效地?fù)踝「叨冉禽^小，從窗戶(hù)側(cè)面入射的陽(yáng)光，主要適用于東北、西北及北向附近的窗戶(hù)。
3.綜合式遮陽(yáng)
綜合式遮陽(yáng)對(duì)遮擋高度角中等、從窗前斜入射下來(lái)的陽(yáng)光比較有效，遮陽(yáng)效果比較均勻，主要用于東南或西南附近的窗口。
4.擋板式遮陽(yáng)
擋板式遮陽(yáng)(包括花格等)是窗口前方設(shè)置的與窗面平行的擋板(或花格等)。擋板式遮陽(yáng)能夠有效地遮擋高度角比較低、正射窗口的陽(yáng)光，主要適用于東、西向附近的窗戶(hù)。
(三)遮陽(yáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)
遮陽(yáng)措施有如下幾種：綠化遮陽(yáng)、結(jié)合構(gòu)件的處理實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)以及專(zhuān)門(mén)設(shè)置的遮陽(yáng)。結(jié)合建筑構(gòu)件處理的手法有：加寬挑檐、設(shè)置百葉挑檐、外廊、凹廊、陽(yáng)臺(tái)與旋窗等。一般應(yīng)充分考慮利用綠化和構(gòu)件實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)，這些辦法都不能滿(mǎn)足遮陽(yáng)要求時(shí)，才設(shè)置專(zhuān)門(mén)的遮陽(yáng)措施。
1.遮陽(yáng)板面組合與構(gòu)造
為了有利于視野、采光、通風(fēng)、立面處理等因素，在滿(mǎn)足遮擋直射陽(yáng)光的前提下，可以考慮采用不同的遮陽(yáng)板面組合。
為便于熱空氣逸散，減少對(duì)通風(fēng)、采光的影響，通常將板面做成百葉形或蜂窩形，或者部分做成百葉形，或者部分做成百葉并在前面加上吸熱玻璃擋板。后一種做法對(duì)隔熱、通風(fēng)、采光、防雨都比較有利。
2.遮陽(yáng)板的安裝位置
遮陽(yáng)板的安裝位置對(duì)房間的通風(fēng)及熱環(huán)境影響較大。水平遮陽(yáng)板應(yīng)離開(kāi)墻面一定距離安裝，使大部分熱空氣能夠沿墻面排走。遮陽(yáng)板的安裝還應(yīng)盡量減少對(duì)風(fēng)的阻擋，最好還能夠兼起導(dǎo)風(fēng)板的作用。設(shè)置窗簾、軟百葉等臨時(shí)遮陽(yáng)措施時(shí)，宜安裝在室外，以減少對(duì)室內(nèi)氣溫的影響。
3.材料與顏色
遮陽(yáng)構(gòu)件的材料應(yīng)當(dāng)堅(jiān)固耐用，同時(shí)為減輕自重，宜采用輕質(zhì)材料。材料外表面對(duì)太陽(yáng)輻射熱的吸收系數(shù)要小，而內(nèi)表面的輻射系數(shù)要小。
遮陽(yáng)板朝向陽(yáng)光的表面應(yīng)采用淺色、亮色，以減少對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和增強(qiáng)對(duì)陽(yáng)光的反射，而背對(duì)陽(yáng)光的一面，則應(yīng)采用無(wú)光澤的暗色，以免產(chǎn)生眩光。
4.活動(dòng)遮陽(yáng)
活動(dòng)遮陽(yáng)，過(guò)去多采用木百葉轉(zhuǎn)動(dòng)窗，現(xiàn)在多用鋁合金、塑料制品、吸熱玻璃等材料。活動(dòng)遮陽(yáng)板的調(diào)節(jié)方式可為手動(dòng)或電動(dòng)，還可通過(guò)電子儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
5.綠化遮陽(yáng)
綠化遮陽(yáng)特別適合低層建筑，可以根據(jù)窗戶(hù)的朝向及太陽(yáng)高度角、方位角并充分考慮通風(fēng)、采光、觀景等需要，安排適當(dāng)?shù)奈恢门c樹(shù)種植樹(shù)，也可在窗外種植蔓藤植物。綠化不但能遮陽(yáng)，還能改善室外的微氣候，美化室外環(huán)境。
(四)遮陽(yáng)構(gòu)件計(jì)算
1.水平式遮陽(yáng)
水平遮陽(yáng)板挑出長(zhǎng)度按下式計(jì)算：
L—=H·ctghs·cosγs,w(1—44)
水平板兩翼挑出長(zhǎng)度D按下式計(jì)算：
D=H·ctghs·sinγs,w(1—45)
γs,w=As一Aw
式中H——窗臺(tái)至水平板下沿高度，m;
hs——太陽(yáng)高度角，度;
γs,w——太陽(yáng)方位角與墻面外法線方位角之差，度;
As——太陽(yáng)方位角;
Aw——墻面外法線方位角，正南方向Aw=0;由正南向西Aw>0;由正南向東Aw<0。
2.垂直式遮陽(yáng)
任意朝向窗口垂直遮陽(yáng)板挑出長(zhǎng)度按下式計(jì)算：
L┴=B·ctgγs,w(1—46)
式中L┴——垂直板挑出長(zhǎng)度，m;
B——板面間凈距(或板面至窗口另一邊的距離)，m。
3.綜合式遮陽(yáng)
計(jì)算任意朝向窗口綜合遮陽(yáng)板挑出長(zhǎng)度時(shí)，需先計(jì)算水平板和垂直板的挑出長(zhǎng)度，再根據(jù)兩者的計(jì)算數(shù)值按構(gòu)造的要求確定綜合式遮陽(yáng)板的挑出長(zhǎng)度。
4.擋板式遮陽(yáng)
任意朝向窗口的擋板式遮陽(yáng)尺寸，可分步計(jì)算確定。首先，按構(gòu)造需要確定板面到墻外表面的距離L_;再按式(1—47)確定擋板下端到窗臺(tái)的高度Ho：
(1-47)
接著，以Ho代替H，根據(jù)式(1—45)算出擋板兩翼至窗口邊線的距離D;最后，用水平板的下緣到窗臺(tái)的高度H減去H0即為擋板的高度。
(五)遮陽(yáng)系數(shù)計(jì)算
遮陽(yáng)系數(shù)是指在直射陽(yáng)光照射的時(shí)間內(nèi)，透進(jìn)有遮陽(yáng)窗口的太陽(yáng)輻射量與透進(jìn)沒(méi)有遮陽(yáng)窗口的太陽(yáng)輻射量的比值。遮陽(yáng)系數(shù)愈小，通過(guò)窗戶(hù)進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射量就愈小，防熱效果愈好。遮陽(yáng)系數(shù)的大小主要取決于遮陽(yáng)形式、構(gòu)造處理、安裝位置、材料與顏色等因素。綜合遮陽(yáng)系數(shù)Sw為外窗遮陽(yáng)系數(shù)SC與窗口的建筑外遮陽(yáng)系數(shù)SD的乘積。
1.水平遮陽(yáng)板的外遮陽(yáng)系數(shù)和垂直遮陽(yáng)板的外遮陽(yáng)系數(shù)
水平遮陽(yáng)板：
夏季：SDC,H=aCPF2+bCPF+1(1—48)
冬季：SDH,H=aHPF2+bHPF+l
垂直遮陽(yáng)板：
夏季：SDC.V=aCPF2十bCPF+l(1—49)
冬季：SDH.V=aHPF季外遮陽(yáng)系數(shù);
SD2+bHPF+1
式中SDC,H——水平遮陽(yáng)板夏H,H——水平遮陽(yáng)板冬季外遮陽(yáng)系數(shù);
SDC.V——垂直遮陽(yáng)板夏季外遮陽(yáng)系數(shù);
SDH.V——垂直遮陽(yáng)板冬季外遮陽(yáng)系數(shù);
aC、bC、aH、bH——系數(shù)，見(jiàn)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》;
PF——遮陽(yáng)板外挑系數(shù)(圖1—12)，為遮陽(yáng)板外挑長(zhǎng)
度A與遮陽(yáng)板根部到窗對(duì)邊距離B之比，
(1-50)
2.綜合遮陽(yáng)
綜合遮陽(yáng)為水平遮陽(yáng)板和垂直遮陽(yáng)板組合而成的遮陽(yáng)形式，
其外遮陽(yáng)系數(shù)值應(yīng)取水平遮陽(yáng)板和垂直遮陽(yáng)板的外遮陽(yáng)系數(shù)的乘積。
3.擋板遮陽(yáng)
在典型太陽(yáng)光線入射角下?lián)醢宓耐庹陉?yáng)系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：
(1-51)
式中η——冬季或夏季的擋板輪廓透光比，為窗洞口面積扣除
擋板輪廓在窗洞口上形成的陰影面積后的剩余面積
與窗洞口面積的比值;
η*——擋板構(gòu)造透射比，為擋板在給定的典型太陽(yáng)入射角
下的太陽(yáng)輻射透射比。
幾種典型遮陽(yáng)材料和構(gòu)造的太陽(yáng)輻射透射比，η*可按如下規(guī)定取值：
(1)混凝土、金屬類(lèi)擋板，η*=0.1;
(2)厚帆布、玻璃鋼類(lèi)擋板，η*=0.4;
(3)深色玻璃、卡布隆、有機(jī)玻璃類(lèi)擋板，η*=0.6;
(4)淺色玻璃、卡布隆、有機(jī)玻璃類(lèi)擋板，η*=0.8;
(5)金屬或其他非透明材料制作的花格、百葉類(lèi)構(gòu)造，η*=0.15。
4.幾種典型形式的建筑外遮陽(yáng)系數(shù)
幾種典型形式的建筑外遮陽(yáng)系數(shù)SD見(jiàn)表1—14。
*位于窗口上方的上衣樓層的陽(yáng)臺(tái)也作為遮陽(yáng)板考慮
一、建筑對(duì)日照的要求
日照是指物體表面被太陽(yáng)光直接照射的現(xiàn)象。陽(yáng)光直接照射到建筑地段和建筑物表面及其房間內(nèi)部的現(xiàn)象，稱(chēng)為建筑日照。
建筑對(duì)日照的要求視建筑的不同使用性質(zhì)而定，可概括為爭(zhēng)取日照和避免日照。建筑日照設(shè)計(jì)的主要目的是，根據(jù)建筑的不同使用要求，采取措施使房間內(nèi)部獲得適當(dāng)?shù)娜照眨乐惯^(guò)量的太陽(yáng)直射光。對(duì)某些有特殊要求的房間甚至終年限制陽(yáng)光的直射。
(一)爭(zhēng)取日照
需要爭(zhēng)取日照的建筑物有病房、幼兒活動(dòng)室和農(nóng)用日光室等。
爭(zhēng)取日照是因?yàn)樵陉?yáng)光的照射下，能夠引起動(dòng)植物的光生物學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)生物機(jī)體的新陳代謝。陽(yáng)光中的紫外線能夠預(yù)防和治療某些常見(jiàn)的疾病，如感冒、支氣管炎和佝僂病等。因此，爭(zhēng)取適宜的建筑日照具有重要的衛(wèi)生意義。其次，陽(yáng)光中的紅外線照射到室內(nèi)所產(chǎn)生的輻射熱能夠提高室內(nèi)溫度，有良好的取暖和干燥作用。此外，日照對(duì)建筑物的造型藝術(shù)也有一定的影響，能夠增強(qiáng)建筑物的立體感，提高建筑環(huán)境的藝術(shù)水平。
(二)避免日照
需要避免日照的建筑有兩類(lèi)：一類(lèi)是室內(nèi)環(huán)境不宜過(guò)熱的房間，如炎熱季節(jié)里，民用建筑的主要居室、恒溫恒濕的紡織車(chē)間、高溫的冶煉車(chē)間等;另一類(lèi)是易于引起視覺(jué)眩光和某些化學(xué)反應(yīng)的房間，如檔案庫(kù)、展覽室、閱覽室、繪圖室、精密儀器室，以及某些化學(xué)生產(chǎn)車(chē)間、實(shí)驗(yàn)室、藥品室等。
避免日照的原因在于，過(guò)量的日照，容易造成室內(nèi)過(guò)熱，對(duì)人的健康不利;也會(huì)造成某些生產(chǎn)工藝的廢品率上升。陽(yáng)光直射在工作面上產(chǎn)生的眩光，會(huì)損害人的視力。此外，直射陽(yáng)光會(huì)加快物品褪色、變質(zhì)、損壞的速度，甚至可能引起某些化學(xué)易燃晶燃燒和爆炸。
二、日照基本原理
(一)地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律
地球按一定的軌道繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一年。地球公轉(zhuǎn)的軌道平面叫黃道面。由于地軸是傾斜的，它與黃道面約成66oC33′的交角。公轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)交角和地軸的傾斜方向都是固定不變的。太陽(yáng)光線垂直照射在地球上的范圍，在南、北23o27′緯度線之間作周期性變動(dòng)。這兩條緯度線分別稱(chēng)為南回歸線和北回歸線。
(二)太陽(yáng)赤緯角a
通過(guò)地心并垂直地軸的平面與地球表面相交出來(lái)的圓，就是赤道。為了說(shuō)明地球公轉(zhuǎn)時(shí)陽(yáng)光直射地球的變動(dòng)范圍，引入太陽(yáng)赤緯角占的概念。它表示太陽(yáng)光線與地球赤道面所夾的圓心角。赤緯角是用來(lái)表征不同季節(jié)的一個(gè)數(shù)值。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)，顯然有
—23o27′≤δ≤—23o27′
地球氣候在一年中的變化過(guò)程，要經(jīng)歷春分、夏至、秋分和冬至四個(gè)重要節(jié)氣。
春分：陽(yáng)光直射點(diǎn)在赤道上，赤緯角δ=0°，南北半球晝夜等長(zhǎng)，均為12小時(shí)。
夏至：陽(yáng)光直射在北緯23o27'線(北回歸線)，并切過(guò)北緯66o33'線(北極圈)。赤緯角δ=23o27’，北半球白天最長(zhǎng)夜間最短，南半球則相反。
秋分：陽(yáng)光回到赤道，其赤緯角又為0o，南北半球的晝夜又是等長(zhǎng)。在北半球，夏至一秋分的季節(jié)視為夏季，晝長(zhǎng)夜短;南半球?yàn)槎荆归L(zhǎng)晝短。北極圈內(nèi)都處于面向太陽(yáng)的一側(cè)，是“永晝”;南極圈內(nèi)則處在背太陽(yáng)的一側(cè)，是“長(zhǎng)夜”。
冬至：陽(yáng)光直射在南緯23o27'線(南回歸線)，且切過(guò)南緯66o33′線(南回歸線)，其赤緯角δ=一23o27′，此日，北半球白天最短夜間最長(zhǎng);而南半球則相反。
(三)時(shí)角
太陽(yáng)所在的時(shí)圈與通過(guò)當(dāng)?shù)卣戏较虻臅r(shí)圈(子午圈)構(gòu)成的夾角稱(chēng)為時(shí)角。地球自轉(zhuǎn)一周360o需一天時(shí)間，因而每小時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)角為15′。
(1—52)
式中Ω——地方太陽(yáng)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)角，度，正午為零，上、下午對(duì)稱(chēng)，下午為正，上午為負(fù);
Tm——地方太陽(yáng)時(shí)，h。
(四)太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角
太陽(yáng)位置用太陽(yáng)高度角厶，和太陽(yáng)方位角A，來(lái)表示。太陽(yáng)高度角，是指太陽(yáng)光線與地平面的夾角。太陽(yáng)方位角是指太陽(yáng)光線在地平面上的投影線與地平面正南線所夾的角。以下幾種特殊的太陽(yáng)位置較為重要：
(1)任何一個(gè)地區(qū)，日出、日落時(shí)，太陽(yáng)高度角均為零。
(2)一天中，只有在正午，即地方太陽(yáng)時(shí)為12時(shí)的時(shí)候，太陽(yáng)高度角最大，此時(shí)太陽(yáng)位于正南。
(3)太陽(yáng)方位角，以正南點(diǎn)為零，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎�，表示太�?yáng)位于下午的范圍;逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)，表示太陽(yáng)位于上午的范圍。
(4)任何一天內(nèi)，上、下午太陽(yáng)的位置對(duì)稱(chēng)于正午，即上、下午的太陽(yáng)高度角數(shù)值相同，太陽(yáng)方位角的數(shù)值相同但符號(hào)相反。
確定太陽(yáng)高度角和方位角的目的是為了進(jìn)行日照時(shí)數(shù)、日照面積、房屋朝向和間距以及房屋周?chē)幱皡^(qū)范圍等問(wèn)題的計(jì)算。
影響太陽(yáng)高度角hS和方位角AS的因素有三個(gè)：赤緯角，它表明季節(jié)(即日期)的變化;時(shí)角，它表明時(shí)間的變化;地理緯度，它表明觀察點(diǎn)所在地方的差異。
1.太陽(yáng)高度角丸。
sinhS=sin(1-53)
式中hs一太陽(yáng)高度角，度;
φ—地理緯度，度;
δ—太陽(yáng)赤緯角，度;
Ω—時(shí)角，度。
2.太陽(yáng)方位角AS。
(1-54)
3.日出、日沒(méi)時(shí)的太陽(yáng)高度角
日出、日沒(méi)時(shí)hS，=0。
4.正午的太陽(yáng)高度角
正午時(shí)Ω=0，太陽(yáng)高度角最大。
(五)日照百分率
日照程度用日照時(shí)數(shù)和日照百分率來(lái)衡量。日照時(shí)數(shù)是指太陽(yáng)實(shí)際照射到某表面的時(shí)數(shù);日照百分率是指一定時(shí)間內(nèi)某地日照時(shí)數(shù)與該地的可照時(shí)數(shù)的百分比。同一緯度的可照時(shí)數(shù)是相同的，但因各地云量、大氣透明度不同，實(shí)際的日照時(shí)數(shù)就不一樣，因而各地的日照百分率也不相同。日照百分率越大，則到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射能的總和就越多，反之就少。
(六)地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)
日照設(shè)計(jì)所用的時(shí)間，均為地方平均太陽(yáng)時(shí)，它與時(shí)鐘所指示的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間會(huì)有一定的差值，兩者需要換算。
確立地球上時(shí)間基準(zhǔn)的重要因素是地球的經(jīng)度。全球共分3'60條經(jīng)線，經(jīng)國(guó)際協(xié)議，把通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的經(jīng)線稱(chēng)作本初子午線，定為0o，由此往東、西各分180o，分別稱(chēng)為東經(jīng)、西經(jīng)。所謂的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，就是各國(guó)按所處的地理位置的某一范圍，規(guī)定所轄地區(qū)的時(shí)間統(tǒng)一以某一條子午線的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。如我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是以東經(jīng)120o子午線作為北京時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。顯然，以太陽(yáng)正對(duì)某地子午線的時(shí)刻為中午埠時(shí)所推算出的時(shí)間，就是地方太陽(yáng)時(shí)。地方太陽(yáng)時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的換算可近似按式(1—55)進(jìn)行：
T0=Tm+4(L0–Lm)(1-55)
式中To——標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)：分;
Tm——地方太陽(yáng)時(shí)，時(shí)：分;
L0——標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午圈的經(jīng)度，度;
Lm——某地子午圈的經(jīng)度，度;
4(L0–Lm)——時(shí)差，分。
三、棒影圖原理及應(yīng)用
(一)棒影圖原理(圖1—13)
影的長(zhǎng)度L和影的方位角AS′為：
L=H·ctghs，(1—56)
AS′=As+180o(1—57)
式中H——棒高，m;
As——太陽(yáng)的方位角，度。
(二)棒影圖的應(yīng)用
(1)確定建筑物陰影區(qū);
(2)確定室內(nèi)日照區(qū);
(3)確定建筑物日照時(shí)間;
(4)確定建筑物間距和朝向;
(5)確定遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸。
