节能基础计算培训.doc

节 能 基 础 计 算 培 训

本次节能基础知识培训主要针对墙体及窗户部分的计算、选型，其它一些节能方面的要求由于可调整性不大，因此不做重点讲解，整个过程将以花满园为例进行讲解。
一、 墙体（包括屋面）传热系数的计算
传热系数：传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K,°C），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米·度(W/㎡·K,此处K可用°C代替)。传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米·度/瓦（㎡·K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R值愈大，保温性能愈好。此值为计算值，可变。大家知道“变量×固量=变量”，对于此数值“导热系数(λ,单位：瓦/米·度)/材质厚度(δ，单位：米)=该材质的在传热系数”。在热工学中材质的导热系数为固值，因此每种单一材质的传热系数仅随厚度变化。（每种材质的导热系数不同，但是由于厚度不同，因此不同材质组成的隔热层的传热系数可能相同。）
在规范中还有一个审查指标----热惰性系数D，此值也是计算值：“材质的蓄热系数S×材质的热阻R=热惰性系数D”，热工学中的材质蓄热系数为固定值，因此材质的热惰性系数仅随材质的热阻变化。
下表将列出常用材料的热工性能参数：
序号
材质名称
干密度ρ
(Kg/m3)
导热系数λ
(W/m·K)
蓄热系数S
(W/㎡·K)
1
水泥砂浆
1800
0.93
11.37
2
水泥石灰砂浆
1700
0.87
10.75
3
保温砂浆（聚苯）
<230
0.08
0.964
4
加气混凝土
500
0.24
3.51
600
0.25
3.75
700
0.29
4.22
5
空心砖
单排孔

0.91
7.48
双排孔

0.79
8.42
三排孔

0.75
8.38
6
陶粒混凝土
1400
0.70
8.93
7
钢筋混凝土
2500
1.74
17.20
8
XPS挤塑保温板（屋面）
30
0.033
0.36
9
EPS聚苯板（立面）
20-30
0.042
0.36

1、 单一材质的传热系数、热阻、热惰性系数计算。
以200mm厚度加气块（干密度500）和双孔空心砖为例，其传热系数分别为：
加气块：
K=0.24/0.2=1.2W/㎡·K R=1/K=0.83㎡·K/W D=3.51x0.833=2.925
空心砖：
K=0.79/0.2=3.95W/㎡·K R=1/K=0.253㎡·K/W D=8.42x0.253=2.13
2、 普通墙体传热系数
以常用200mm加气块墙体（干密度500），双面水泥砂浆抹灰（20mm）为例，进行计算
墙体热阻：R=ΣR= 0.2/(0.24x1.25)+0.02/0.93+0.02/0.93=0.71
D=ΣRS=3.321
这里注意1.25此值，此值为导热系数λ和蓄热系数S的修正系数a，是根据墙体的使用功能及部位进行修正，见下表：
序号
材料、构造、施工、地区及使用情况
a值
1
作为夹心层浇筑在混凝土墙体及屋面构建中的块状多孔保温材料（如加气混凝土、泡沫混凝土及水泥膨胀珍珠岩等），因干燥缓慢及灰缝影响
1.60
2
铺设在密闭屋面中的多孔保温材料（如加气混凝土、泡沫混凝土及水泥膨胀珍珠岩等），因干燥缓慢
1.50
3
铺设在密闭屋面中及作为夹心层浇筑在混凝土构件中的半硬质矿棉、岩棉、玻璃板等，因压缩和吸湿
1.20
4
作为夹心层浇筑在混凝土构件中的泡沫板等，因压缩
1.20
5
开孔型保温材料（如水泥刨花板、木丝板、稻草板等），表面抹灰或与混凝土浇筑在一起，因灰浆渗入
1.30
6
加气混凝土、泡沫混凝土砌块墙体及加气混凝土条板墙体、屋面，灰缝影响
1.25
7
填充在空心墙体及屋面构件中的松散保温材料（如稻壳、木屑、矿棉、岩棉等），因下沉
1.20
8
矿碴混凝土、炉渣混凝土、浮石混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、加气混凝土等实心墙体及屋面构件，在严寒地区，且在室内平均相对湿度超过６５％的采暖房间内使用，因干燥缓慢
1.15

在此，需要注意的是：在热工学中，由于墙体两侧与之直接接触的是空气，空气与墙体之间存在对流换热（热交换的一种形式，主要分为热传递、对流传热、辐射传热），因此，在计算墙体热阻时，应将对流热阻纳入其中，空气的对流热阻仅与空气的温度及空气的流动有关，常用的对流传热系数（即对流热阻的倒数）如下表：
常用的空气对流传热系数及热阻
外墙表面方向
表面特性
对流换热系数α
热阻Ri
内表面
地面、墙面、表面平整或有肋状突出的顶棚，当h/s≤0.3时（h肋高，s为肋间净距）
8.7
0.11
有肋状突出的顶棚，当h/s〉0.3时
7.6
0.13
外表面
外墙或屋顶
19
0.05

此外，对于夏热冬暖地区（广州、深圳等地），当外立面采用如下遮阳措施时，将会产生附加热阻R0，计算外墙或屋顶热阻时，应予考虑。
1 浅色饰面(如浅色粉刷、涂层和面砖等)；
2 屋顶内设置贴铝箔的封闭空气间层；
3 用含水多孔材料做屋面层；
4 屋面蓄水；
5 屋面遮阳；
6 屋面有土或无土种植；
7 东、西外墙采用花格构件或爬藤植物遮阳。
附加热阻值R0如下表所示：

因此，当墙体的综合热阻R总=R+R0+Ri 传热系数 K=1/R总
3、 混合墙体传热系数
在实际工程中，墙体不可能都由同一种材质构成，最常见的组合是混凝土墙体与砌体的混合墙体，对于此类墙体，应该分别计算出不同材质墙体的传热系数，然后进行面积加权平均计算，从而得到综合传热系数（此公式同样适用于平均热惰性系数计算）。

现在以花满园为例进行计算。
已知：
1、 屋面构造（由上至下）：面砖（可忽略不计），水泥砂浆30mm，陶粒混凝土平均厚度60mm，XPS保温板30mm，细石混凝土40mm，防水层（可忽略不计），水泥砂浆20mm，钢筋混凝土120mm；求屋面的传热系数。
2、 墙体构造为加气块（干密度700）和混凝土墙体（圈梁、构造柱等）两部分组成，面积比为4：6，厚度为200mm，双面水泥砂浆抹灰20mm，外立面采用浅色涂料，试计算此墙体的平均传热系数K、热惰性系数D。

二、 遮阳系数的计算
外窗在整个建筑节能占有重要席位，除了有热传递外，还有因采光而产生的太阳辐射传热，因此需重点控制外窗的遮阳（控制太阳辐射传热）和传热效果（控制热传递）。由于我国南北跨度较大，因此在南方比较重视遮阳系数的大小，在北方则注重外窗的传热系数的大小。
1、 窗墙比与建筑综合遮阳系数
对于不同朝向的窗墙比，其所对应的遮阳系数的限值不同，下表为深圳地区窗墙比及遮阳系数的限值。
深圳地区不同朝向窗墙比Cm限值
朝向
东
南
西
北
窗墙比Cm限值
0.3
0.5
0.3
0.45
外窗的综合遮阳系数限值
外墙
（ρ≤0.8）
外窗的综合遮阳系数SW
平均窗墙
面积比
CM≤0.25
平均窗墙
面积比
0.25＜CM
≤0.3
平均窗墙
面积比
0.3＜CM
≤0.35
平均窗墙
面积比
0.35＜CM
≤0.4
平均窗墙
面积比
0.4＜CM
≤0.45
K≤1.5,D≥3.0
≤0.8
≤0.7
≤0.6
≤0.5
≤0.4
K≤1.0,D≥2.5
或K≤0.7
≤0.9
≤0.8
≤0.7
≤0.6
≤0.5
注：1．本条文所指外窗包括阳台门的透明部分。
2．ρ是外墙外表面的太阳辐射吸收系数。
2、 外窗综合遮阳系数
外窗综合遮阳系数在此位控制重点，由于其属于计算值，影响因素较多，主要有三方面：建筑外立面的影响，窗框材质的影响、玻璃选型的影响，其中前者的影响叫做外窗建筑遮阳系数，后两者的影响叫做外窗遮阳系数，外窗的综合遮阳系数Sw=窗户遮阳系数Sc×建筑外综合遮阳系数SD。
3、 建筑外遮阳系数
下表列出常用的建筑外遮阳系数
遮阳形式
SD
可完全遮挡直射阳光(可以有散射光透进)的固定百叶、固定挡板、遮阳板
0.5
可基本遮挡直射阳光的固定百叶、固定挡板、遮阳板
0.7
较密的花格
0.7
非透明活定百叶或卷帘
0.6
注：位于窗口上方的上一楼层的阳台作为不透光水平遮阳板考虑
除以上固定形式外，建筑外综合遮阳系数也经常用于计算得出：
直遮阳两种，三者关系如下：

水平遮阳和垂直遮阳计算公式如下：

其中： ----水平遮阳板遮阳系数；
----垂直遮阳板遮阳系数；
-系数应符合下表规定
PF -------遮阳板外挑系数，为遮阳板外挑长度A与遮阳板端部到窗对边距离B之比，当PF>1时，取PF=1。

水平遮阳和垂直遮阳的外遮阳系数计算公式的有关系数
遮阳装置
系数
东
南
西
北
水平遮阳板

0.35

0.35
0.2
0.20

-0.65
-0.65
-0.40
-0.40
垂直遮阳板

0.25
0.40
0.30
0.30

-0.60
-0.75
-0.60
-0.60
根据上述公式及表格，深圳地区各朝向遮阳系数计算公式如下：
遮阳形式
朝向
计算公式
备注
水平遮阳
东、南

当PF>1时，
取PF=1。
西、北

垂直遮阳
东

南

西、北

4、 玻璃及窗户的遮阳系数及其玻璃与窗户的综合性能
下表列出常用玻璃的热工性能，可供选择
玻璃型号
传热系数K（W/㎡·K）
遮蔽系数Se
5-6mm无色透明玻璃
6.3
0.96-0.99
6mm热反射镀膜玻璃
6.2
0.25-0.90
无色透明中空玻璃
3.5
0.86-0.88
热反射镀膜中空玻璃
3.4
0.20-0.80
Low-E中空玻璃
2.5
0.250.70
南玻
热反射镀膜玻璃
4.66-6.18
0.23-0.49
热反射镀膜中空玻璃
1.95-3.22
0.15-0.48
Low-e中空玻璃
1.31-2.03
0.20-0.61
信义玻璃
6mm无色透明玻璃
5.85-6.19
0.95
热反射镀膜玻璃
3.73-5.83
0.30-0.84
无色透明中空玻璃
2.53-3.12
0.81
热反射镀膜中空玻璃
2.20-2.85
0.20-0.74
Low-E中空玻璃
1.34-1.86
0.29-0.65
当玻璃与窗框结合成为窗户后，其热工性能有较大的变化，常用窗户的热工性能如下：
外窗类型
传热系数K（W/㎡·K）
遮阳系数Sc
铝合金窗
普通
单层无色透明玻璃
6.0
0.90-0.80
单层热反射玻璃
6.0
0.55-0.45
无色透明中空玻璃
3.5
0.85-0.75
Low-E中空玻璃
3.0
0.55-0.40
断热
单层无色透明玻璃
5.5
0.90-0.80
单层热反射玻璃
5.0
0.55-0.45
无色透明中空玻璃
3.0
0.85-0.75
Low-E中空玻璃
2.5
0.55-0.45
塑
钢
窗
单层无色透明玻璃
4.7
0.90-0.80
单层热反射玻璃
4.5
0.55-0.45
无色透明中空玻璃
2.5
0.85-0.75
Low-E中空玻璃
2.0
0.55-0.40
根据以上数据及公式即可计算窗户热工性能是否满足要求，
设计院常用的方法是：建筑外立面已定（即建筑综合遮阳系数已定），假定使用窗户型号（外窗遮阳系数已定），计算外窗综合遮阳系数，看是否满足要求。
而对于开发商而言，成本比较重要，理想状态是花最少的投资达到理想的效果，因此会采用逆运算：即已知建筑综合遮阳系数SD及外窗综合遮阳系数限值[Sw]，计算出窗户的最大遮阳系数Sc，从而方便选型。
下表为当初与设计院沟通时，采用的逆算法计算的花满园窗户的遮阳系数的限制：
户型编号及窗户朝向
水平遮阳系数

垂直遮阳系数

建筑外遮阳系数

综合遮阳系数限值

允许最大外窗遮阳系数Sc值
备注
楼栋
朝向
户型及窗户编号
该朝向窗墙比
A座
东
C2b户Lc-7窗
0.175
0.85
1
0.85
0.80
0.94
隔层遮阳
南
C2b户Lc-12窗
0.065
1
1
1
0.80
0.80
无遮阳
西
C2b户Lc-13窗
0.171
0.87
1
0.87
0.80
0.92
隔层遮阳
北
北向无明显与阳光接触外窗，即北向窗户的建筑外遮阳系数较小，选择单玻塑钢窗即可。
从以上结果可以看出，选择6mm单玻塑钢窗即可满足要求，从而降低了投资成本。
已知：某一建筑单元外窗为落地6mm单玻塑钢窗，其建筑外立面左右无垂直遮阳，水平遮阳板为据窗底5.7m（错层阳台布置），悬挑长度为1.5m，求该窗综合遮阳系数Sw。

三、 其它节能措施的控制
1、 节能计算依据
2、 电气照明节能措施
3、 建筑体型系数不要超标
4、 可开启扇面积
5、 设备运行耗电量