寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案.doc
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1、 寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案周佩杰【摘要】本文以寒冷和严寒地区建筑门窗的节能保温为主线,对现行国家标准进行了介绍,指出了影响门窗节能保温的五大因素,对门窗的节能设计和解决方案进行了阐述,可供在实际工作中应用。【Abstract】In this paper, cold and cold regions insulation building the main line of energy-saving windows and doors on the existing national standards were introduced, and pointed out the w
2、indows of the five factors of energy-saving insulation, energy-efficient design on the doors and windows and solutions are described, for in practical work application.【主题词】辐射、传导、对流、通风。【Keywords】Radiation, conduction, convection, ventilation.建筑围护结构节能是建筑节能的重要组成部分,特别是寒冷和严寒地区建筑围护结构节能在我国最为重要,这是该地区的面积约占国
3、土面积的三分之二。我国严寒地区是指东北、内蒙古和西部部分地区,最冷1月平均温度-10,7月平均气温25;寒冷地区是指中上部和西部部分地区,最冷1月平均温度-100,7月平均气温1828。为实现建筑采暖能耗降低65%左右的节能目标,所有建筑设计必须按此进行设计,并在实际运行中也要持续达到此目标。建筑门窗占建筑墙体30%-50%,是建筑节能的重要环节,为此在寒冷和严寒地区做好门窗的节能保温更为重要。一、寒冷和严寒地区节能设计标准GB 560189-2005 公共建筑节能设计标准和JGJ 26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准对寒冷和严寒地区节能设计进行了详细的规定。1 为了使建筑围护结构
4、热工性能要求更合理JGJ 26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准对寒冷和严寒地区进一步划分为5个气候子区:气候子区分区依据备注严寒地区(区)严寒(A)区6000HDD18HDD18:采暖度日数CDD26:空调度日数严寒(B)区5000HDD186000严寒(C)区3800HDD185000寒冷地区(区)寒冷(A)区2000HDD183800 CDD2690寒冷(B)区2000HDD18902 为实现建筑采暖能耗降低50%左右,公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005)对公共建筑外围护结构热工设计规定: 2.1 严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。2.2 根据建筑
5、所处城市的建筑气候分区,围护结构的热工性能见下表围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 气候分区严寒地区A区严寒地区B区代表性城市海伦、博克图、伊春、呼玛、海拉尔、满洲里、齐齐哈尔、富锦、哈尔滨、牡丹江、克拉玛依、佳木斯、安达长春、乌鲁木齐、延吉、通辽、通化、四平、呼和浩特、抚顺、大柴旦、沈阳、大同、本溪、阜新、哈密、鞍山、张家口、酒泉、伊宁、吐鲁番、西宁、银川、丹东围护结构部位体形系数0.30.3体形系数0.4体形系数0.30.3体形系数0.4外墙(包括非透明幕墙)0.450.400.500.45单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比比0.23.03.22.80.2比0.32.82
6、.92.50.3比0.42.52.62.20.4比0.52.02.11.80.5比0.71.71.81.6屋顶透明部分2.52.6围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 和遮阳系数SC(东、南、西向/北向)气候分区寒冷地区代表性城市兰州、太原、唐山、阿坝、喀什、北京、天津、大连、阳泉、平凉、石家庄、德州、晋城、天水、西安、拉萨、康定、济南、青岛、安阳、郑州、洛阳、宝鸡、徐州围护结构部位体形系数0.30.3体形系数0.4外墙(包括非透明幕墙)0.600.50单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比传热系数遮阳系数SC传热系数遮阳系数SC比0.23.53.00.2比0.33.02.50.3
7、比0.42.70.70/2.30.70/0.4比0.52.30.60/2.00.60/0.5比0.72.00.50/1.80.50/屋顶透明部分2.70.502.70.503.50.35说明有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。2.3 建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.70。当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时,玻璃(或其他透明材料)的可见光透射比不应小于0.40。2.4 屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。2.5 外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%;透明幕墙应具有可开启的部分或设有通风换气装置。2.
8、6 外窗的气密性等级不得小于4级(2002年标准)(单位缝长:1.5q1 0.5 m3/(h),单位面积:4.5q2 1.5 m3/(h)。2.7 透明幕墙的气密性等级不得小于3级(固定部分:0.05q0.10),可开启部分:1.5q2.5。3 为实现建筑采暖能耗降低65%左右,严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ 26-2010对居住建筑外围护结构热工设计规定: 3.1 建筑群的总体布置,单体建筑的平面、立面设计和门窗的设置,应考虑冬季利用日照并避开冬季主导风向。3.2 建筑物宜朝向南北或接近朝向南北。建筑物不宜设有三面外墙的房间,一个房间不宜在不同方向的墙面上设置两个或更多的窗。3.
9、3体形系数限值和窗墙面积比限值不大于下表规定体形系数限值窗墙面积比限值建筑层数3层(48)层(913)层14层朝向北东、西南严寒地区0.500.300.280.25严寒地区0.250.300.45寒冷地区0.520.330.300.26寒冷地区0.300.350.503.4根据建筑所处城市的建筑气候分区区属不同,围护结构的传热系数不得大于下表规定围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 气候分区严寒(A)区严寒(B)区严寒(C)区代表性城市伊春、海拉尔、黑河、哈尔滨、齐齐哈尔、富锦、牡丹江、吐鲁番、鸡西、绥芬河、喀什康定、呼和浩特、沈阳、彰武、清源、宽甸、本溪、长春、延吉、乌鲁木齐、大
10、同、四平、酒泉、通辽、集宁、西宁围护结构部位3层(48)层9层3层(48)层9层3层(48)层9层外墙0.250.400.500.300.450.550.350.500.60外窗窗墙面积比0.22.02.52.52.02.52.52.02.52.50.2比0.31.82.02.21.82.22.21.82.22.20.3比0.41.61.82.01.61.92.01.62.02.00.4比0.451.51.61.81.51.71.81.51.81.8阳台门下部门芯板1.21.21.2围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 和遮阳系数SC(东、西向/南、北向)气候分区寒冷(A)区寒冷(
11、B)区代表性城市唐山、太原、兰州、青岛、拉萨、张家口、丹东、大连、朝阳、锦州、营口、银川、承德、阳城、延安、宝鸡北京、天津、石家庄、济南、德州、郑州、安阳、西安、徐州、保定、运城、围护结构部位传热系数传热系数遮阳系数SC(东、西向/南、北向)3层(48)层9层3层(48)层9层3层(48)层9层外墙0.450.600.700.450.600.70外窗窗墙面积比0.22.83.13.12.83.13.10.2比0.32.52.82.82.52.82.80.3比0.42.02.52.52.02.52.50.45/0.45/0.45/0.4比0.451.82.02.31.82.02.30.35/0.
12、35/0.35/阳台门下部门芯板1.71.7说明有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。3.5 外窗及敞开式阳台门应具有良好的密闭性能,气密性能等级不应低于GB/T 7106-2008建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法的规定,其值是:地区气密等级气密性能限值单位开启缝长q1( m3/(m.h)单位面积q2/(m3/(m2.h)严寒地区61.5q11.04.5q23.0寒冷地区16层42.5q12.07.5q26.07层及7层以上61.5q11.04.5q23.03.6 楼梯间及外走廊与室外连接的开口处应设置窗或门,且该窗和门应能密
13、闭。严寒(A)区和严寒(B)区的楼梯间宜采暖,设置采暖的楼梯间的外墙和外窗应采取保温措施。3.7 居住建筑不宜设置凸窗。严寒地区除南向外不应设置凸窗,寒冷地区北向的卧室和起居室不得设置凸窗。设置的凸窗凸出不应大于400mm,其传热系数比普通窗降低15%,且其它不透明部分和外墙传热系数相等。3.8 阳台和直接连通的房间之间应设置隔墙和门、窗。当阳台和直接连通的房间之间不设置隔墙和门、窗时,应将阳台作为所连通房间的一部分按相关规定设计。当阳台和直接连通的房间之间设置隔墙和门、窗,并符合相关规定的限值时,可不对阳台外表面作特殊热工要求;当大于相关规定的限值时,不透明部分应不大于相关规定的限值的120
14、%,严寒地区阳台窗的传热系数2.5 W/(m2K),寒冷地区阳台窗的传热系数3.1 W/(m2K),阳台外表面窗墙比3mm,为此必须提高框扇的强度来满足抗风压和温差变形对强度要求,也就是在强度设计过程中在寒冷和严寒地区同时要考虑温差变形。2 季节温差引起的窗框、扇的伸缩与墙体接缝处理由于严寒或寒冷地区一年之中季节的温差变化较大,使得窗外形尺寸在一年内产生变化,从而要处理窗框扇的伸缩问题,特别是与墙洞口的安装缝隙、连接、密封处理非常关健。窗框在夏季时的伸长量:(+L)=(th-t工)L窗框在冬季时的伸长量:(-L)=(t工 tl)L式中:th夏季时窗外表面温度 tl冬季时窗外表面温度 t工工厂生
15、产窗的环境温度窗与墙洞口之间的接缝宽度:F= L+(tS t安)L/+ CT/2式中:两侧伸缩取2,一侧伸缩取1 t安窗安装时的现场的的温度,一般在5-30范围 CT窗的制造、安装、墙洞口施工误差 密封胶的位移能力%在严寒和寒冷地区必须按上式计算出窗与洞口之间的接缝宽度,保证窗与墙体之间有良好的接缝处理和弹性联接,是保证门窗质量最后而最关键的环节。3、室内健康环境 3.1 温度、相对湿度、结露点温度的关系在严寒和寒冷地区的窗好坏,就是结露问题,为了避免窗结露,必须弄清表面结露与室内外温度、室内相对湿度和窗的传热系数K值的关系。 在给定温度的空气中,只能含有一定数量的水蒸气,当不能再含有更多的水
16、分时,所达到的状态,称为饱和状态。空气达到饱和以前所能含有的水分量,是随空气温度升高而增加。 20时1立方米的空气水汽含量达到18克时,就达到饱和了,这时空气的湿度为100%。如果没有达到饱和,仅含7.2克的水汽,这时的空气的相对湿度为40%。在室外温度、门窗的隔热性能、室内温度、室内空气的相对湿度等条件下,空气的相对对湿度达到100%,而空气仍被继续冷却,这时就形成露水。所谓露点就是指空气温度下降使空气的相对湿度达到100%时的温度,既最初产生露水(冷凝水)时的温度。露点在0以下,就会在室内角落处墙内壁凝结成霜,玻璃内表面会冻结成晶莹的窗花。相对湿度(RH)=空气中的水蒸气含量/同温度空气达
17、到饱和时水蒸气含量100%从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中只要知道温度、相对湿度、结露点温度中二个数据,就可以从表中查得另外一个数据。例:设温度为10,RH=80%,求露点温度及含湿量,若温度升至20时含湿量保持不变,求这时的相对湿度RH是多少。从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中查得,露点温度为6.5,含湿量为6.1克/千克干空气,若温度升至20时,查得的相对湿度为RH=42%露点、温度和相对湿度的关系值表(表1)3.2 窗表面结露窗表面结露与室内外温度,窗的传热系数K值及室内外相对湿度RH有关。T露=ti-(ti- t0)RiKt0 = (T露-ti+ti RiK )/ RiK
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