4.3 围护结构热工设计
4.3 围护结构热工设计
4.3.1 进行围护结构热工计算时，外墙和屋面的传热系数(K)应采用包括结构性热桥在内的平均传热系数(Km)。工业建筑金属围护结构典型构造形式的传热系数见本标准附录B。
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4.3.1 在工业建筑中，金属围护结构是常用的形式，本标准附录B给出了其典型构造形式的传热系数。
4.3.2 根据建筑所在地的气候分区，一类工业建筑围护结构的热工性能应分别符合表4.3.2-1～表4.3.2-8的规定，当不能满足本条规定时，必须进行权衡判断。
表4.3.2-1 严寒A区围护结构传热系数限值
注：S为体形系数。
表4.3.2-2 严寒B区围护结构传热系数限值
注：S为体形系数。
表4.3.2-3 严寒C区围护结构传热系数限值
注：S为体形系数。
表4.3.2-4 寒冷A区围护结构传热系数限值
注：S为体形系数。
表4.3.2-5 寒冷B 区围护结构传热系数限值
注：S为体形系数。
表4.3.2-6 夏热冬冷地区围护结构传热系数和太阳得热系数限值
表4.3.2-7 夏热冬暖地区围护结构传热系数和太阳得热系数限值
表4.3.2-8 不同气候区地面热阻限值和地下室外墙热阻限值
注：1 周边地面系指据外墙内表面2m以内的地面；
2 地面热阻系指建筑基础持力层以上各层材料的热阻之和；
3 地下室外墙热阻系指土壤以内各层材料的热阻之和。
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4.3.2 本条为强制性条文，必须严格执行。
对于一类工业建筑，环境控制方式为供暖和空调，以供暖为主的情况。建筑节能侧重于围护结构保温和供暖系统节能设计；对于以空调为主的情况，建筑节能侧重于建筑围护结构隔热和空调系统节能设计，因此，采用热工性能良好的建筑围护结构是降低一类工业建筑能耗的重要途径之一。本条的传热系数、太阳得热系数、热阻系数是结合模型计算和全国各个气候分区的实际案例综合得出的。
对某一典型单层工业厂房进行了不同室内发热量条件下，空调供暖负荷和热工性能参数关系的比较分析。该案例厂房为24m×114m，层高5m，窗墙比为0.2，屋顶天窗比例为0.05。室内热扰作息时间按照一班倒工作制设置，通过近百个模拟案例的计算，得出如下结论：
(1)对于轻微室内发热量(Q＜10W／m3)的工业厂房，提高围护结构的保温性能对于建筑节能有一定的效果，但经济回收期较长，并与厂房所在地的室外气候特征密切相关，严寒地区约为10年，气候越炎热地区，回收期越长。
(2)对于中度室内发热量(Q≥10W／m3)的工业厂房，增强围护结构的保温隔热性能，由于其节能量有限且经济回收周期长，不建议盲目做保温隔热要求。
对全国各个气候分区总共46个工业建筑围护结构热工性能参数进行统计，结果汇总如表2和图1所示。
表2 工业建筑围护结构热工性能参数
图1 调研厂房建筑体形和热工性能参数四分位图
注：图中从低到高依次为最小值，25％位值，中位值，75％位值，最大值。
4.3.3 根据建筑所在地的气候分区，二类工业建筑围护结构的热工性能宜符合表4.3.3-1～表4.3.3-5的规定。
表4.3.3-1 严寒A区围护结构传热系数推荐值[W／(m2·K)]
表4.3.3-2 严寒B区围护结构传热系数推荐值[W／(m2·K)]
表4.3.3-3 严寒C区围护结构传热系数推荐值[W／(m2·K)]
表4.3.3-4 寒冷A区围护结构传热系数推荐值[W／(m2·K)]
表4.3.3-5 寒冷B区围护结构传热系数推荐值[W／(m2·K)]
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4.3.3 二类工业建筑是以通风为环境控制方式，其节能设计旨在给出满足一定室内设计参数时所需的围护结构热工性能设计方法，从而避免供暖空调系统能耗。
二类工业建筑与民用建筑节能设计方法有显著差异和不同，相对于民用建筑，二类工业建筑通常存在很大的余热强度和通风换气次数。对于二类工业建筑，除气候分区外，室内余热强度和通风换气次数是影响环境控制方式和节能设计方法的主要因素，体形系数和窗墙比对围护结构传热系数的影响较小。
对于二类工业建筑，建筑围护结构的传热系数是推荐值，而不是限值。这就意味着二类工业建筑围护结构传热系数值既考虑了冬季的保温要求，也考虑了夏季隔热及排出室内余热的需求。围护结构传热系数大于或小于推荐值都不利于室内热环境和节能。
表4.3.3-1～表4.3.3-5给出了在不同余热强度和换气次数条件下的围护结构传热系数推荐值。外墙传热系数推荐值与室内余热强度有很大的关系，在同一气候区，余热强度越低，围护结构传热系数的推荐值也越小，反之，推荐值越大。当室内余热强度大于50W／m3时，不论严寒还是寒冷地区，都不需要考虑保温。在不同气候区及室内热源强度等条件下，屋面传热系数推荐值差别不大，是由于屋面传热系数都要考虑防止夏季太阳辐射得热。外墙传热系数推荐值与通风换气次数也有很大的关系，当实际通风换气次数和表中计算条件存在较大差异时，需进行权衡判断。
当室内余热强度不稳定或有值班温度要求时，如果对应工业建筑经济可行的围护结构传热系数，室内温度仍低于要求范围，则需要增加供暖设备以满足冬季室内温度要求。当余热强度很大时，对应工业建筑一般围护结构传热系数上限值条件下，室内温度仍超过要求范围，需增大窗户开启面积或增加机械通风量，提高换气次数。
4.3.4 生产车间应优先采用预制装配式外墙围护结构，当采用预制装配式复合围护结构时，应符合下列规定：
1 根据建筑功能和使用条件，应选择保温材料品种和设置相应构造层次；
2 预制装配式围护结构应有气密性和水密性要求，对于有保温隔热的建筑，其围护结构应设置隔汽层和防风透气层；
3 当保温层或多孔墙体材料外侧存在密实材料层时，应进行内部冷凝受潮验算，必要时采取隔气措施；
4 屋面防水层下设置的保温层为多孔或纤维材料时，应采取排气措施。
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4.3.4 常用建筑围护结构有砌筑类、现浇类、装配类，在工业建筑项目中，结合建筑工业产业化要求以及工业建筑建造特征，采用预制装配类建筑围护结构，并采用相应新材料、新工艺、新技术。对于装配式围护结构技术，系统构造的材料选择和系统设计是其性能保证的关键。
4.3.5 建筑围护结构应进行详细构造设计，并应符合下列规定：
1 采用外保温时，外墙和屋面宜减少出挑构件、附墙构件和屋顶突出物，外墙与屋面的热桥部分应采取阻断热桥措施；
2 有保温要求的工业建筑，变形缝应采取保温措施；
3 严寒及寒冷地区地下室外墙及出入口应防止内表面结露，并应设防水排潮措施。
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4.3.5 门窗与墙体缝隙处，如果不做特殊处理，易形成热桥，冬季会造成结露，因此要求对这些特殊部位采用保温、密封构造，特别是一定要采用防潮型保温材料，如果是不防潮的保温材料，其在冬季就会吸收了凝结水变得潮湿，降低保温效果。这些构造的缝隙要采用密封材料或密封胶密封，杜绝外界的雨水、冷凝水等影响。变形缝是保温的薄弱环节，加强对变形缝部位的保温处理，避免变形缝两侧墙出现结露问题，也减小通过变形缝的热损失。
4.3.6 建筑围护结构采用金属围护系统且有供暖或空调要求时，构造层设计应采用满足围护结构气密性要求的构造；恒温恒湿环境的金属围护系统气密性不应大于1.2m3／(m2·h)。
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4.3.6 金属围护结构的气密性指标是保证其传热系数至关重要的性能，因此，对其提出相应要求。
4.3.7 外门设计宜符合下列规定：
1 严寒和寒冷地区有保温要求时，外门宜通过设门斗、感应门等措施，减少冷风渗透；
2 有保温或隔热要求时，应采用防寒保温门或隔热门，外门与墙体之间应采取防水保温措施。
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4.3.7 本条说明如下：
1 严寒地区的生产性建筑性质决定了其外门开启的频繁度，外门频繁开启造成室外冷空气大量进入室内，导致供暖能耗增加。设置门斗可以避免冷空气直接进入室内。除了严寒地区以外，寒冷地区及其他地区也存在此类现象，因此应该采取相应措施。
2 因生产建筑外门通常较大，因此对于严寒和寒冷地区以及建筑外门有保温隔热要求。
4.3.8 外窗设计应符合下列规定：
1 无特殊工艺要求时，外窗可开启面积不宜小于窗面积的30％，当开启有困难时，应设相应通风装置；
2 有保温隔热要求时，外窗安装宜采用具有保温隔热性能的附框，气密性等级应符合现行国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB／T 7106的有关规定。
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4.3.8 本条说明如下：
1 为加强生产建筑的自然通风能力，减少机械通风能耗，故对外窗的开启面积提出要求，对有通风要求的生产建筑，首选外窗开启面积最大的立转窗。
2 为了保证生产建筑的节能效果，要求外窗具有良好的气密性能，以抵御夏季和冬季室外空气过多地向室内渗漏，因此对外窗的气密性能要有较高的要求。
4.3.9 以排除室内余热为目的而设置的天窗及屋面通风器应采用可关闭的形式。
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4.3.9 对于室内散发大量余热且无伴随污染物的情况，当冬季有保温要求时，需采用自动或手动的控制方式关闭天窗或屋面通风器，以减少由于通风换气引起的热量损失。
4.3.10 位于夏热冬冷或夏热冬暖地区，散热量小于23W／m3的厂房，当建筑空间高度不大于8m时，宜采取屋顶隔热措施。采用通风屋顶隔热时，其通风层长度不宜大于10m，空气层高度宜为0.2m。
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4.3.10 夏热冬冷或夏热冬暖地区的建筑物大都采用通风屋顶进行隔热，收到了良好效果。近些年来，民用建筑设置通风屋顶的也越来越多，所需费用很少，但效果却很显著。某些存放油漆、橡胶、塑料制品等的仓库，由于受太阳辐射的影响，屋顶内表面及室内温度过高，致使所存放的上述物品变质或损坏，乃至有引起自燃和爆炸的危险，除加强通风外，设置通风屋顶也是一种有效的隔热措施。
夏热冬冷或夏热冬暖地区散热量小于23W／m3的冷车间，夏季经围护结构传入的热量，占传入车间总热量的85％以上，其中经屋顶传入的热量又占绝大部分，以致造成屋顶对工作区的热辐射。为了减少太阳辐射热，当屋顶离地面平均高度小于或等于8m时，采用屋顶隔热措施。
4.3.11 夏热冬暖、夏热冬冷、温和地区的工业建筑宜采取遮阳措施。当设置外遮阳时，遮阳装置应符合下列规定：
1 东西向宜设置活动外遮阳，南向宜设水平外遮阳；
2 建筑物外遮阳装置应兼顾通风及冬季日照。
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4.3.11 大量的调查和测试表明，太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热、空调能耗上升的主要原因。因此，为了节约能源，要对窗口采取遮阳措施。
在设计遮阳时需考虑地区的气候特点和房间的使用要求以及窗口所在朝向。遮阳设施效果除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。可以把遮阳做成永久性或临时性的遮阳装置。永久性的即是在窗口设置各种形式的遮阳板，临时性的即是在窗口设置轻便的窗帘、各种金属或塑料百页等。在永久性遮阳设施中，按其构件能否活动或拆卸，又可分为固定式或活动式两种。活动式的遮阳可视一年中季节的变化，一天中时间的变化和天空的阴暗情况，任意调节遮阳板的角度，在寒冷季节，为了避免遮挡阳光，争取日照，还可以拆除。遮阳措施也可以采用各种热反射玻璃和镀膜玻璃、阳光控制膜、低发射率膜玻璃等，因此近年来在国内外建筑中普遍采用。
本条对严寒地区未提出遮阳要求。这是因为，在严寒地区，供暖能耗在全年建筑总能耗中占主导地位，冬季阳光充分进入室内，有利于降低冬季供暖能耗。因此，遮阳措施一般不适用于北方严寒地区。
夏季外窗遮阳在遮挡阳光直接进入室内的同时，可能也会阻碍窗口的通风，因此设计时要加以注意。
