课程编号
14
第十四课：建筑设计中的热损失（Heat Loss in Architectural Design）
本课继续探讨 建筑围护结构（Building Envelope），重点关注 热损失（Heat Loss） 及其控制方法。建筑的 能效设计 依赖于良好的 保温、密封和防止冷桥，从而减少 能耗和提升室内舒适度。
一、建筑热损失的基本概念
1. 什么是热损失？
• 热损失（Heat Loss） 指 建筑内部热量通过围护结构传递到外部环境。
• 目标：
• 减少冬季热量流失，降低供暖需求
• 减少夏季热量进入，降低空调负荷
• 提高居住舒适性，降低能源成本
2. 热损失的主要途径
热损失途径 | 占比 (%) | 主要原因 |
屋顶（Roof） | 25% | 热量上升，通过屋顶散失 |
墙体（Walls） | 35% | 外墙传导热量 |
门窗（Doors & Windows） | 25% | 玻璃导热、密封性差 |
地板（Floors） | 15% | 地基传热、地面冷桥 |
结论：
• 墙体和屋顶是热损失的主要来源，需要加强 保温措施。
• 门窗是围护结构的薄弱环节，需使用 高性能玻璃和密封系统。
二、热传递的基本原理
1. 牛顿冷却定律
“热量总是从高温物体流向低温物体”
—— Sir Isaac Newton
建筑中的应用：
• 冬天：室内暖气 流向室外 → 需 减少热损失
• 夏天：室外热空气 进入室内 → 需 减少热增益
2. 热传递的三种方式
传递方式 | 描述 | 建筑中的影响 |
传导（Conduction） | 热量通过固体材料传递 | 发生在 墙体、地面、屋顶 |
对流（Convection） | 热量通过空气流动传递 | 影响 门窗密封性 |
辐射（Radiation） | 热量通过电磁波传递 | 影响 太阳辐射、玻璃窗隔热 |
三、如何减少热损失？
1. 增加保温层（Insulation）
• 保温材料能有效阻止热传导
• 关键部位：
• 屋顶保温（减少25%热损失）
• 墙体保温（减少35%热损失）
• 地板保温（减少15%热损失）
2. 提高门窗的能效
• 低辐射玻璃（Low-E Glass）：
• 减少辐射热损失
• 三层玻璃（Triple Glazing）：
• 减少热传导，提高保温性能
• 密封系统：
• 减少空气渗透，防止对流热损失
3. 防止冷桥（Thermal Bridge）
• 冷桥：指 建筑局部导热性过高，导致热量快速流失
• 解决方案：
• 避免结构连接处裸露
• 连续保温层，减少冷热交接处的能量损失
4. 控制空气渗透（Air Tightness）
• 密封门窗，防止冷风进入
• 使用高性能密封胶（Sealants）
• 增加通风控制系统，确保空气流通
四、保温材料的分类
1. 纤维类保温材料（Open-Fiber Insulation）
材料 | 特点 | 适用范围 |
矿棉（Mineral Wool） | 透气性好，吸音 | 墙体、屋顶 |
玻璃棉（Glass Wool） | 防火，价格低 | 墙体、地面 |
天然纤维（羊毛、棉） | 环保，可再生 | 生态建筑 |
2. 闭孔泡沫保温材料（Closed-Cell Insulation）
材料 | 特点 | 适用范围 |
聚苯乙烯（EPS/XPS） | 高强度，防水 | 地板、外墙 |
聚氨酯（PUR/PIR） | 导热系数低，轻质 | 屋顶、墙体 |
五、建筑能效测量
1. 热导率（Thermal Conductivity, λ）
• 单位：W/mK
• 数值越低，保温性能越好
• 常见材料导热系数：
材料 | λ 值（W/mK） |
混凝土 | 1.5-2.0 |
砖块 | 0.6-1.2 |
矿棉 | 0.032-0.040 |
XPS | 0.028-0.035 |
2. 传热系数（U-Value）
• 单位：W/m²K
• 数值越低，隔热效果越好
• 欧洲建筑法规要求墙体 U ≤ 0.3W/m²K
六、热损失的计算示例
1. 计算建筑墙体的 U 值
已知：
• 墙体包含：
• 砖层（100mm, λ=0.6 W/mK）
• 矿棉（150mm, λ=0.035 W/mK）
• 石膏板（12mm, λ=0.25 W/mK）
计算步骤：
1. 计算各层热阻：
• 砖层：
• 矿棉：
• 石膏板：
2. 计算 U 值：
结果：
• 该墙体 U 值为 0.22W/m²K，符合节能建筑标准。
七、总结
1. 建筑围护结构是减少热损失的关键，尤其是 墙体、屋顶和门窗。
2. 热量通过传导、对流、辐射方式流失，需综合控制。
3. 采用高性能保温材料（如矿棉、XPS），降低建筑能耗。
4. 避免冷桥，提高密封性，减少空气渗透。
5. 计算 U 值，确保建筑符合节能标准。
下一课将进一步探讨不同建筑结构的节能设计策略，优化建筑围护结构的热性能。
