一、住宅熱量散失示意圖
Through the windows and doors通過窗和門(大約損失房屋內部總熱量的)25%
Through the floor通過地板/地面(大約損失房屋內部總熱量的)15%
Through the roof/attic通過屋頂/閣樓/頂樓(大約損失房屋內部總熱量的)25%
Through the walls通過墻體(大約損失房屋內部總熱量的)25%
Up to 25% heat loss through the roof高達25%的熱損失通過屋頂
Up to 35% heat loss through un-insalated walls高達35%的熱損失通過非絕緣墻體(即:不保溫隔熱的墻體)
Heat Losses熱損失
roof 屋頂(損失熱量)25%~30%
walls 25%~30% 墻體(損失熱量)25%~30%
floor 10%~20% 地面(損失熱量)10%~20%
windows 25%~30% 窗洞(損失熱量)25%~30%
common air leaks常見的空氣泄漏
air leaking into the house漏氣進入房屋
air leaking out of the house空氣泄漏出房屋
source:U.S. EPA來源:美國環保局
crawl space(地板下面的供水管或電線等通過的)空間
sill plate(基礎墻頂面的木質)底板
top plate(木結構框架的)頂板
duct register空調管道
attic hatch閣樓上的開口
recessed light嵌燈
plumbing vent stack通風豎管管道
dropped soffit接連底面
dryer vent烘干機通風孔
outdoor faucet室外水龍頭
(一)傳統的住宅建造材料的保溫隔熱性能比較
建筑材料傳導熱量的能力稱為導熱性,用物理學上的一個概念“導熱系數”來表示。
假若一種建筑材料的導熱系數越小,那么這種建筑材料的保溫隔熱性能就越好。
建筑材料的導熱性能,實際上取決于建筑材料本身的化學組成、孔隙率、含水率、溫差等許多因素。
如果建筑材料本身的孔隙率比較高的話,那么這種建筑材料的保溫隔熱性能就會好一點;如果一種建筑材料由于環境的原因,它的含水率比較高,那么這種建筑材料此時的保溫隔熱性能就會差許多。
目前,國內農村房屋的外墻,采用燒制粘土磚的占多數。國內城鎮樓房的外墻,采用燒制空心粘土磚,或者使用機制空心混凝土砌塊的也比較常見。當然,在城市,采用現澆鋼筋混凝土的不同結構形式的樓房,其填充圍護墻體,使用空心混凝土砌塊,使用加氣混凝土塊,或者使用其它新型墻體材料的也有。
建造住宅常用的幾種材料,比如,木材、粘土磚、混凝土、石材、鋼材,它們的保溫隔熱性能,按前面列舉的順序是依次降低的,即,木材的保溫隔熱性能最好,石材、鋼材的保溫隔熱性能最差。
木材,是人類最親近的,一種古老的建造房屋所使用的材料。在當今的歐美日等許多發達國家,有大量的使用天然木材建造的住宅的存在。過去人們對木材有許多傳統的、概念性的認識,比如,住宅使用木材建造,容易發生火災;木材構件,受潮或者見水以后,容易腐朽,壽命不長,等等。現如今,采用現代技術加工制造的木材構件,它的防火、防潮、防水、使用壽命等性能,已經大大改觀。
雖然石材具有抗壓能力強,耐風蝕,耐老化的特點,但是現如今,完全采用裸露著的石材砌筑墻體的住宅,已經很少能見到。因為,石材本身的保溫隔熱性能較差。用石材建造的房屋,冬冷夏熱,不適合人們在里面居住。當然,也有少量采用石材和其它材料制作復合墻體的住宅的存在,這種住宅的墻體構造,已經采取了相應的保溫隔熱處理的措施。
使用粘土磚建造墻體的住宅,由于磚塊本身的保溫隔熱性能也比較差,若不在磚墻上采取一定的保溫隔熱措施處理的話,也存在著 “冬冷夏熱”的問題。在國內,某些農村地區,為了改善磚墻住宅的保溫隔熱性能,也有在磚墻上釘貼“稻草板”(也有叫“秸稈板”的),或者釘貼石膏板等新型保溫板材的一些做法。
鋼筋混凝土結構的住宅,在許多大、中型城市中比較常見。經過多年的使用體驗,人們已經開始意識到,鋼筋混凝土結構的住宅,要采取多種措施,周全考慮其保溫隔熱,人們居住在這種住宅里面,才不會感覺到“冬冷夏熱”,因而需要大量使用空調,消耗浪費許多電能。在某些城市,看到建造的鋼筋混凝土結構的高層住宅樓,主體完工以后,在混凝土外墻的表面,粘貼一層可發性聚苯乙烯EPS保溫板材,然后在EPS板的外側,使用專用錨固脹栓固定一道熱鍍鋅鋼絲網(不是冷鍍鋅鋼絲網),最后在鋼絲網上進行砂漿抹灰處理。這種混凝土墻體的構造處理做法,其實是一種所謂的墻體外保溫的做法。
保溫釘圖示
鋼結構住宅,一般有:使用鍍鋅冷軋輕型鋼結構建造的住宅和使用型鋼構件建造的鋼結構住宅之分。這些鋼結構住宅,已經考慮到鋼材本身的保溫隔熱性能較差,因而無論是設計或者施工上,大都采取一些彌補性的措施,使用新型的材料和新型的構造做法,進行鋼結構住宅的保溫隔熱處理。
在住宅中,還有一個“熱橋”的概念非常重要。
住宅圍護結構中的一些部位,在室內室外溫差的作用下,會形成熱流相對密集、內表面溫度較低的區域。這些部位成為傳熱較多的橋梁,故稱為“熱橋”(Thermal bridge),在過去,也有人曾經將“熱橋”稱為“冷橋”(Cold bridge),現在國家統一規定一律使用“熱橋”這一概念。
所謂的冷橋和熱橋,不是一種構件,而是建筑物中,由于設計不當,出現的一種現象。
熱橋往往是由于該部位的傳熱系數比相鄰部位大得多、保溫性能差得多所致,在圍護結構中這是一種十分常見的現象。
住宅中常見的熱橋,有處在外墻周邊的鋼筋混凝土抗震柱、圈梁、門窗過梁,鋼筋混凝土框架梁、柱,或者鋼制框架梁、柱,鋼筋混凝土邊肋或小肋,或者金屬屋面板中的邊肋或小肋,以及金屬玻璃窗幕墻中和金屬窗中的金屬框和框料等。
與住宅中重要的“熱橋”概念相關的還有一個概念叫“熱橋效應”。
所謂“熱橋效應”,即熱傳導的物理效應。往往在樓層和墻角處,有混凝土圈梁和混凝土構造柱,混凝土材料比起其它砌墻材料,它的熱傳導性較大(混凝土材料的導熱性是普通磚塊導熱性的2至4倍),同時由于室內通風不暢,秋末冬初室內外溫差較大,冷熱空氣頻繁接觸,住宅墻體本體材料導熱不均勻,產生熱橋效應,容易造成住宅內墻結露、發霉甚至滴水。
“熱橋效應”是由于沒有處理好住宅墻體材料的熱傳導(保溫)而引起的。“熱橋效應”在磚混結構(以磚塊承重墻體為主,少量鋼筋混凝土梁或者柱構造結構。)的建筑中出現較多。
在住宅設計和材料使用上,采取有效的保溫措施,是解決熱橋現象發生的有效辦法。
采取外墻內保溫的方案,可以提高外墻內表面的溫度,但是外墻與隔墻、外墻與樓板等連接處的熱橋比較明顯。內保溫效果越好,經由熱橋散失熱量所占的比例就越大。
采用外墻外保溫的方案,則由于保溫層覆蓋住了整個住宅的外墻面,這樣能有利于避免熱橋現象的產生,但是對于門窗口四周側壁也應注意妥善處理,避免此處熱量過多散失。
至于鋁合金窗框的熱橋問題,可以通過在鋁合金窗框內設置斷熱條的方法來加以解決。
(二)幾種現代保溫隔熱材料的保溫隔熱性能比較
——膨脹聚苯乙烯EPS板、擠塑聚苯乙烯XPS板、聚氨酯PU板、改性聚氨酯PIR板。
膨脹聚苯乙烯EPS板-苯板-聚苯板
擠塑聚苯乙烯XPS板-擠塑板
聚氨酯PU板
改性聚氨酯PIR板
1、保溫隔熱效果方面比較
改性聚氨酯(PIR)板保溫隔熱效果最好,聚氨酯(PU)泡沫效果次之,擠塑板(XPS)效果再次之,苯板(EPS)最差。
2、耐冷熱性能方面比較
改性聚氨酯PIR板耐冷熱性能最好,聚氨酯(PU)泡沫耐冷熱性能次之,擠塑板(XPS)再次之,苯板(EPS)最差。
3、吸水率(性)方面
擠塑板(XPS)吸水率(性)最低,改性聚氨酯(PIR)板次之,聚氨酯(PU)再次之,苯板(EPS)最易吸水。
4、使用壽命方面
改性聚氨酯(PIR)板使用壽命最長,聚氨酯(PU)泡沫次之,擠塑板(XPS)再次之,苯板(EPS)最差。
5、價格方面
改性聚氨酯(PIR)板價格最高,聚氨酯(PU)泡沫次之,擠塑板(XPS)再次之,
苯板(EPS)最低。
6、阻燃性能方面(分:不加阻燃劑和加阻燃劑)
改性聚氨酯(PIR)板難燃,聚氨酯(PU)泡沫較易燃,擠塑板(XPS)較易燃,較易燃,
苯板(EPS)易燃。
雖然EPS苯板,具有價格比較便宜的優勢,因而被廣泛應用在住宅建設的一些地方,但是也需要重視,EPS苯板存在著兩個缺陷:
1、EPS苯板由于環境等方面的原因,受潮,或者吸水以后,會大大降低EPS苯板的保溫隔熱性能。
2、EPS苯板的阻燃性能較差,構造處理不好,存在著容易產生火災的可能性。
四、膨脹苯板EPS
磚墻表面基底抹灰漿之后粘貼EPS苯板
固定在住宅外墻上的EPS苯板施工現場
使用所謂的“保溫釘”將EPS苯板固定在住宅的外墻上 EPS苯板接縫,以及穿透管線的周邊,使用發泡聚氨酯密封
五、擠塑苯板XPS
特厚的擠出式XPS保溫隔熱板
鋼筋混凝土地下室墻體外側,先涂刷一層柏油瀝青質的防水層材料, 然后再粘貼一層擠塑XPS保溫隔熱板。
鋼筋混凝土地下室墻體外側,粘貼擠塑XPS保溫隔熱板的施工現場。
屋頂屋面板的上部鋪設擠塑XPS保溫隔熱板
室內天花板 - 天棚位置粘貼固定擠塑XPS保溫隔熱板
使用擠塑XPS保溫隔熱板包圍外墻的一所小房子
某住宅外墻構造層次圖示,可見,外側為僅起圍護作用的單磚墻體,
中間為擠塑XPS保溫隔熱板,最里面,起承重作用的為預制混凝土砌塊墻體。
當然,在砌筑外側磚墻時,會在不同的位置放置鋼制拉接件,
與里側混凝土砌塊墻體連系。
一磚墻住宅清理外側墻面準備粘貼擠塑XPS保溫隔熱板
住宅外側墻面已經粘貼并固定了擠塑XPS保溫隔熱板
住宅擠塑XPS保溫隔熱板的外側進行了抹灰處理
使用擠塑XPS保溫隔熱板的幾幢大型建筑
六、聚氨酯保溫板PU
聚氨酯PU板樣品示意圖
鋼筋混凝土地下室墻體的外側首先涂刷一層防水材料然后再粘貼一層聚氨酯PU板
屋頂聚氨酯PU保溫隔熱施工 七、聚氨酯保溫材料噴涂
聚氨酯保溫材料噴涂專用車輛
聚氨酯噴涂專用槍頭
現場噴涂發泡聚氨酯施工示意圖
一住宅地下室木結構底板上面現場噴涂發泡聚氨酯
事先噴涂了聚氨酯的大型木結構墻板的現場吊裝
在住宅外墻壁板上,事先鉆孔,然后,現場向墻體內腔中填充發泡聚氨酯。
某住宅屋頂施工現場, 在承重屋架桁架外側保護薄膜的上面,
鋪設一層改性聚氨酯PIR保溫隔熱板,
然后,再鋪放一層保護薄膜,
然后在這層保護膜的上面,釘設縱橫小型木龍骨骨架,
最后,在木龍骨上,安裝機制瓦片材料。
保溫材料類玻璃纖維加工制作小簡介
玻璃纖維,又叫玻璃絲,是一種特殊的玻璃制品。
玻璃纖維是將熔融玻璃纖維化,形成纖維狀的材料。
玻璃纖維的化學成分屬于玻璃類,是一種無機質纖維,
具有體積密度小、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐飾、化學性能穩定等特點。
玻璃纖維的制造,采用石英砂、石灰石、白云石等天然礦石為主要原料,
配合一些純堿、硼砂等化工原料首先熔化成液態狀玻璃,然后,
在融化狀態下,借助外力吹制并甩成絮狀細纖維,最后,經過冷卻,
加工制作成商品包裝。
某住宅屋頂閣樓位置的保溫隔熱處理,可見,斜屋面板的下方最表面,有鋁箔反射薄膜,
閣樓水平位置,鋪放黃色的玻璃纖維保溫隔熱材料(國外的叫法:絕緣材料)
某住宅外墻構造層次圖示,可見,外側為僅起圍護作用的單磚墻體, 中間為玻璃纖維保溫隔熱材料,最里面,起承重作用的為預制混凝土砌塊墻體。
當然,在砌筑外側磚墻時,會在不同的位置放置鋼制拉接件,
與里側混凝土砌塊墻體連系。
十一、再生纖維素保溫材料
十六、保溫隔熱門窗
SUMMER HEAT GAIN THROUGH WINDOWS 71%夏天(住宅室內)熱量增加71%是通過窗戶
WINTER HEAT LOSS THROUGH WINDOWS 48%冬天(住宅室內)熱量損失48%是通過窗戶
玻璃是由石英砂、純堿、長石及石灰石經高溫燒制而成的。在住宅中,玻璃主要是用在窗戶上,起透視光線阻隔風氣的作用。
但是,玻璃材料本身的性質決定了玻璃的保溫隔熱性能很差,有“隔風不隔寒”的說法。
住宅中的門窗位置,是住宅外部圍護結構中保溫隔熱性能最薄弱的環節。
提高門窗本身的保溫隔熱性能,改進門窗與其周邊墻體或者屋面材料之間的密封處理,是降低住宅散失能耗的一項很重要的方面。
玻璃窗與窗洞周邊的墻體或者屋頂材料之間的構造密封情況,玻璃窗本身的窗框材料,玻璃窗窗框材料的斷面造型,玻璃窗上安裝的玻璃的種類,玻璃的層數,玻璃的新型技術的應用,等等,都與熱量損失有著密切的關系。
目前我國的窗體材質一般有,鋼窗、木窗、塑料窗、鋁合金窗、鋼板窗、不銹鋼窗、玻璃鋼窗、復合材質窗,等等。
在玻璃的熱工性能方面,有兩個很重要的指標,分別叫“U值”和“R值”。
傳熱系數(U值)(美國稱U值,中國稱K值)
U值用來度量導熱能力,表示材料在單位面積上允許熱量通過的能力,單位為W/m2·K。
材料的U值越低,說明材料的保溫性越好。
單層玻璃的U值是6,真空玻璃的U值是0.6,普通中空玻璃的U值大約是1.2-3,
熱阻值(R值)
R值,是指在指定的溫度下,某種材料在單位面積上阻止熱量穿過的能力。熱阻值的單位是 m2·K/W
材料的R值越高,就越適合作為保溫材料。
熱阻值(R值)和熱導系數(U值)互為倒數,即U=1/R。
平開窗是最為常見的一種窗子類型。平開窗的窗扇通過鉸鏈與窗框結合,窗扇可以旋轉開啟。
平開窗的優點是構造簡單,整扇窗可以100%打開,關閉時氣密性好,建筑熱工性能高。
在建筑節能要求越來越高的今天,平開窗將成為市場的主流。
平開窗的缺點是窗扇開啟后要占據一定的空間,在某些特別狹窄的位置,沒有足夠的空間容納開啟的窗時不宜采用。
平開窗,根據鉸鏈的位置,可以分為側開窗和懸窗兩種。
側開窗水平方向開啟,窗扇在開啟過程中始終保持平衡,不必擔心在重力影響下自行運動造成危險,一般用于面積較大的主窗。
懸窗由于是垂直方向開啟,開啟角度受到限制,一般用于廚房、衛房間等的通風換氣。
推拉窗采用裝有滑輪的窗扇在窗框上的軌道滑行。推拉窗的優點是窗無論在開關狀態下,均不占用額外的空間,構造也較為簡單。
推拉窗的缺點是最多只有50%的窗扇可以打開,關閉時氣密性差,無法達到平開窗的熱工性能,能耗較高,所以在先進國家很少采用這種窗。
為了能滿足更高的熱工性能的方面的要求,構造復雜的新型保溫窗,雙層真空Low-E低輻射玻璃窗,三層真空Low-E低輻射玻璃窗也將隨之流行起來。
塑鋼保溫窗的窗框剖面
多空腔塑料門窗型材
雙層中空玻璃窗斷面構造示意圖
現實生活中,作為普通的消費者,多數人分不清,單層玻璃窗,貼膜玻璃窗,雙層玻璃窗,雙層中空玻璃窗,三層玻璃窗,低輻射LOW-E玻璃窗,鍍膜玻璃窗,等等,它們之間的區別。
中空玻璃,是將兩片玻璃通過有效的密封材料密封和間隔材料分隔開,并在兩片玻璃之間裝有吸收水氣的干燥劑,從而保證中空玻璃內腔長時間為干燥的空氣層,無水氣、灰塵存在。中空玻璃通常是使用鋼化玻璃來做的,這樣可以提高安全系數。為了提高中空玻璃的保溫性能,還可以往中間層內填充惰性氣體。
Glass(平板)玻璃 - Butyl丁基(熱熔密封膠) - Spacer間隔- Desiccant干燥劑- Polysulfide聚硫(密封劑)
中空玻璃因生產工藝相對簡單,又比真正的“真空玻璃”售價要低不少,因而是現在國內門窗市場上的主流產品。
當然,中空玻璃的保溫隔熱性能、隔聲性能要比單層玻璃要好許多。
夏季低輻射玻璃將太陽光熱量反射一部分回室外
冬季低輻射玻璃將室內的熱量反射一部分回來
中間有一道熱反射膜的中空玻璃
中間有三道熱反射膜的中空玻璃
十七、保溫混凝土模板ICF 上面介紹的是,歐美傳統形式建造住宅方面,所采取的保溫隔熱的一些措施。
實際上,在歐美,還有一部分,采用新型的保溫隔熱方式,所建造的節能住宅。
比如,采用保溫混凝土模板ICF所建造的住宅,以及采用SIPs承重保溫板所建造的住宅。
十八、承重斷熱板SIPs
兩面粘壓OSB定向刨花板,中間是EPS聚苯乙烯泡沫板。 SIPs板,可以作為承重構件,直接使用作為墻體或者屋面板。
因故稱SIPs板為承重斷熱板。
兩面粘壓OSB定向刨花板,中間是XPS擠塑聚苯乙烯泡沫板的承重斷熱板SIP。
一面粘壓OSB定向刨花板,另一面粘壓天然木板, 中間是XPS擠塑聚苯乙烯泡沫板的承重斷熱板SIP。
使用承重斷熱板SIP搭建住宅的墻體
使用承重斷熱板SIP搭建住宅的屋頂
使用承重斷熱板SIP搭建的住宅主體結構施工完畢 十九、能量回收通風系統ERV
在住宅的設計方面或者在材料的使用方面,采取一些措施之后,
住宅的密封性能強了,住宅的保溫隔熱能力也就提高了,
但是,往往住宅內部的空氣就可能不夠清新了。
室內空氣混濁,會直接影響著居住者的身體健康。
所以在一些歐美等發達國家,法律強制規定,
新建住宅內部,必須安裝新風送風系統——即,能量回收通風系統ERV
什么是“能量回收通風系統ERV”?通過下面的示意圖可以幫助理解。
Fresh Air from Outside
從外面進入新鮮空氣
Stale Air to Outside
混濁廢氣排出
Warm, Stale Air from Inside
從室內混濁空氣中吸收溫暖熱量
Pre heated Fresh Air to Inside
預加熱新鮮空氣送入室內
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能量的回收,是通過能量回收轉輪,在兩股方向相反的氣流排氣和新風之間
緩慢的旋轉,從較冷氣流中吸收顯熱和潛熱并釋放到暖氣流中。
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ERV系統可以捕獲和循環使用建筑能源,對進入建筑的空氣進行
預熱、預涼、增濕和干燥,而不是消耗掉所有進入建筑物的能源
然后將它們向外排放。
圖中左側,豎圓筒為外包整體發泡聚氨酯保溫材料的熱水存儲罐或者熱交換罐。 圖中右側部分,為傳統的燃氣熱風爐暖氣和通風系統。
住宅地下室設備間
圖中右側,豎圓筒為外包整體發泡聚氨酯保溫材料的熱水存儲罐或者熱交換罐。
圖中左側部分,為傳統的燃氣熱風爐暖氣和通風系統。
住宅地下室設備間 圖中左側,豎圓筒為外包整體發泡聚氨酯保溫材料的熱交換罐。
熱量存儲交換罐與地板熱水采暖系統的疏水器相連接,
右上方的小圓罐為地板熱水采暖系統的膨脹水箱,
圖中右側部分,為傳統的燃氣熱風爐暖氣和通風系統。
地下室中燃氣熱風爐暖氣和通風管道系統 (完)