21世纪北方节能建筑的热工设计

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-2-3 11:19:50 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:传热

我国是能源短缺的国家,人均能源占有率不足美国等发达国家的1/5。但我国的能源浪费又十分严重,能源便用不合理。在建筑方面有人作过统计,我国以采暖、空调为主的建筑能耗占全国能耗的10.7%,占采暖地区社会能耗的21.4%。具体表现为外墙、屋顶耗能为发达国家的4倍,门窗为2倍,空气渗透为5倍。为此国家建设部制订了建筑节能规划,提出了从1996年至2005年分三个阶段,每阶段逐级节能30%。为此1999年我校同德国奥尔登堡高等专科学校、长春星宇集团合作在吉林省立顶“21世纪北方节能建筑的研究”。研究确定建筑耗热量指标不高于17.4w/㎡。课题结束后,在长春工程学院建成306㎡的示范性绿色节能建筑,在星宇名家住宅小区建成6871㎡的示范工程。本文以306㎡的示范工程为基准,对该顶目的热工设计作以简单介绍。

二、外墙的热工设计

为保证建筑耗热指标17.4w/㎡的限制,外墙的传热系数限值为≤0.3w/㎡k。

1、外墙主体部位的传热系数计算

主墙体结构见图一:


图一主墙结构图

墙体的传热系数的计算用下式:

W/ ㎡.℃ (4)

式中:K---墙体的传热系数,W/㎡.℃;

---墙体内外表面的对流换热系数,W/㎡.℃;

---墙体各层的厚度,m;

---墙体各层的导热系数,W/m.℃。

对于围护结构内表面的换热系数,查暖通空调设计技术措施P28得R=0.133;则=7.52W/ m.℃;查查暖通空调设计技术措施P30得=23W/ m.℃。查得:水泥沙浆面层的导热系数为0.93;增强纤维网布的导热系数为0。058;苯板的导热系数为0.027;聚合砂浆的导热系数为0.93;混凝土空心砖的导热系数为0.29;聚合砂浆内饰面的导热系数为0.93。

代入已知条件得:

W/㎡.℃

主墙体部分的面积为外墙总面积减去窗洞面、窗台上部冷桥的面积、窗台下部冷桥的面积、楼处冷桥的面积、外门洞面积、二楼门连窗的面积,本建筑的窗洞面积为,6×1.5×1.6+12×1.8×1.6+6×0.9×1.6=57.6㎡,外门洞的面积有一楼二个M4,二楼二个M1,总面积为:1×2×2+0.7×2×2=7.8㎡,

所以主墙体部分的面积为:

2、外墙周边热桥部分的传热系数

(1)窗台下边部分的传热系数

窗台部分见图二:


图二窗台下部墙体图

窗台板取100㎜厚,材料为钢筋混凝土,导热系数为1.512W/m.℃,中间苯板的导热系数为0.027W/m.℃,内表面对流换系数为7.52W/㎡.℃,外表对流换热系数为23W/㎡.℃。则传热系数如下:

W/㎡.℃

窗台下部冷桥的面积计算,一、二层C1(洞口尺寸1500*1600)窗共6个,C2(洞口尺寸1800*1600)窗共12个,C3(洞口尺寸900*1600)窗共6个,二楼两个门连窗的下部冷桥的面积,窗台板伸出窗洞一侧为120㎜总面积为:

(2)窗台上边部分的传热系数

窗台上边部分的结构见图三:


图三窗台上部墙体图

各层的导热系数同上,代入见下式:

W/㎡.℃

窗台上部冷桥的面积为过梁长乘厚度,过梁厚为200㎜,过梁长伸出窗洞每侧为240㎜,同时包括一楼两个M4外门的过梁的冷桥,二楼两个M1的过梁的冷桥,二楼两个MC-1的过梁冷桥,所以面积为:

(3)楼板部分冷桥传热系数

楼板部分结构见图四:

 


图四楼板部墙体图

代入已知条件计算得:

W/㎡.℃

楼板部分冷桥的面积用楼板厚乘楼板的外截面积,楼板厚取120㎜,则面积为:

外墙的平均传热系数为:

从设计看出外墙的传热系数为0.203w/㎡k,小于0.3的限定值,符合设计要求。

墙体总面积为:238.258㎡。

三、屋顶热工设计

屋顶传热系数的限值为0.4w/㎡k。

屋顶的结构见下图五:


图五屋顶结构图

屋顶各层结构的热工性能同上,代入已知条件得如下所示:

W/㎡.℃

从计算值看出屋顶的传热系数基本符合限定值的要求。

屋顶的面积为:F=14.86×10.46-3.2×1.5×2-2×4×1.1=137.04m2

四、地面热工设计

地面传热系数的限定值为0.3w/㎡k。

地面的结构见图六:


图六地面结构图

直接铺设在地面上的保温地面,各地带的传热阻用下式计算:

㎡.℃/W (7)

式中:R0---非保温地面各地带的热阻,分别如下:

第一地带 R0=2.15 ㎡.℃/W

第二地带 R0=4.3 ㎡.℃/W

第三地带 R0=8.62 ㎡.℃/W

第四地带 R0=14.22 ㎡.℃/W

--保温层厚度,m;

---保温层材料的导热系数,W/m.℃

所以各地带的导热系数如下:

第一地带 R0=2.15+0.12/0.027=6.59㎡.℃/W

第二地带 R0=4.3+0.12/0.027=8.74㎡.℃/W

第三地带 R0=8.62+0.12/0.027=13.06㎡.℃/W

第四地带 R0=14.22+0.12/0.027=18.664㎡.℃/W

各层的传热系数为:

第一地带 K0=1/R0=0.152W/㎡.℃

第二地带 K0=0.1144 W/㎡.℃

第三地带 K0=0.077 W/㎡.℃

从计算值看出地面的传热系远小于0.3限定值。

各地面的面积为:

第一地带 F0=14.86×2×2+(10.46-4)×2×2=85.28㎡

第二地带 F0=(14.86-4)×2×2+(10.46-8)×2×2=53.28㎡

第三地带 F0=(14.86-8)×2×2=27.44㎡

第四地带 F0=0㎡

五、窗和门的热工设计

窗和门的传热系数限定为1.6w/㎡k。

1、窗的热工设计

外窗全部为钢塑窗单框双玻,传热系数均为:K=1.6W/㎡.℃,属合要求。

各朝向的面积分别为:F=8×1.8×1.6=23.04㎡

F西=2×1.8×1.6+2×1.5×1.6=10.56㎡

F=8×0.9×1.6+2×1.5×1.6=16.32㎡

F=2×1.5×1.6+2×1.8×1.6=10.56㎡

2、门的热工设计

门的传热系数限定值为1.6w/㎡k。

外门均采用双层保温门,传热系数为:K=1.6 W/㎡.℃,属合要求。各朝向的外门面积为:

F=2×0.7×2=2.8㎡,F=4×1×2=8㎡

把空气渗入耗热量等计算后得出,单位面积耗热指标为15.55w/㎡。

六、热工测试

星宇名家的6871㎡节能建筑2002年6月完工,2002年12月至2003年1月请哈尔滨工业大学建筑节能检测中心进行了热工测试。检测内容是;1)建筑物单位耗热量;2)建筑物室内平均温度;3)建筑物围护结构传热系数;4)建筑热桥部位的内表面温度;5)建筑物的热工缺陷等。检测结果如下:1)室内平均温度19.51℃;2)室外温度-10.24℃;3)供热量44.73kw;4)建筑物单位采暖耗热量15.95w/㎡。5)热桥内表面温度12.25℃。

七、结论

在3年的时间内,通过国内外调查研究,设计论证、实施及热工测试工作。达到了第三阶段节能30%的目标,单位面积的耗热量为15.95w/㎡,比设计值还要小。当然作好建筑物的节能工作,在结构、采暖系统、照明等方面都有大量的工作要作。在这暗无天日里只介绍热工方面的设计工作,供设计人员参考。



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