建筑热损失模拟器 — 围护结构与通风热损失计算

参数设置

围护结构总面积 A

m²

外墙、屋顶、楼板与窗户的总面积

平均传热系数 U

W/m²K

围护结构的保温性能。越小越保温

室内温度 T_in

°C

室外温度 T_out

°C

换气次数 n

次/h

每小时室内空气被替换的次数

房间容积 V

m³

供暖空间的总体积

计算结果

—

室内外温差 (K)

—

围护结构（传导）损失 (W)

—

通风热损失 (W)

—

总热损失 (kW)

—

热损失系数 (W/K)

—

每 m² 热损失 (W/m²)

—

建筑截面图 — 热量逃逸动画

从温暖室内通过墙体、屋顶、窗户与楼板逃逸的热量（橙色箭头），以及暖空气离开、冷空气进入的交换（蓝色箭头）。箭头粗细与两个损失分量的大小成比例。

总热损失 vs 室外温度

热损失构成（传导与通风）

理论与主要公式

$$Q_{fabric}=A\,U\,\Delta T,\qquad Q_{vent}=0.33\,n\,V\,\Delta T$$

围护结构（传导）热损失与通风热损失。A：围护结构面积，U：平均传热系数，ΔT：室内外温差，n：换气次数，V：房间容积。0.33 为空气的容积比热 [W·h/(m³·K)]。

$$Q_{total}=Q_{fabric}+Q_{vent},\qquad Q\text{-value}=A\,U+0.33\,n\,V$$

总热损失为两个分量之和，与室内外温差 ΔT 成正比。热损失系数（Q-value）是每开尔文的损失，可独立于天气概括建筑的保温性能。

什么是建筑热损失

🙋

冬天即使开着暖气，过一会儿房间又变冷了。这是不是说我加进去的热量正在往某处逃跑？

🎓

正是如此。由于温暖房间与寒冷室外之间存在温差，热量在不断向外流出——这就是"热损失"。所以要把房间保持在恒定温度，暖气就必须一瓦一瓦地补上逃走的那部分热量。弄清热量从哪里逃、逃多少，是节能设计、暖气选型以及估算燃料费的起点。

🙋

热量逃跑的"通道"具体在哪里呢？

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主要有两条。第一条是传导（围护结构）损失——热量直接穿过墙体、屋顶、楼板，尤其是窗户而散失。围护结构的每个部位都有一个"U值（传热系数）"，表示每平方米、每度温差下热量通过的难易程度。U值越小，保温越好。传导损失就是"围护结构面积 × U值 × 室内外温差"。把左侧的U值滑块调小，就能立刻看到传导损失下降。

🙋

原来如此。那第二条路径呢？

🎓

第二条是通风（渗漏）损失。每当温暖的室内空气离开建筑，冷的室外空气就进来替代，并需要从头加热。无论空气是通过通风口有意排出，还是从缝隙裂缝中漏出，都是一样的。这种损失随换气次数和房间容积增大。公式是"0.33 × 换气次数 × 房间容积 × 温差"，其中 0.33 是空气的容积比热。

🙋

两个公式里都有"温差"。这就是天冷时供暖更吃力的原因吗？

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正是这样。传导损失和通风损失都与温差成正比，所以建筑的供暖需求会随天气同步变化。把这两项损失按每开尔文温差合并起来，就得到热损失系数——这是建筑每度损失多少瓦特的最简洁概括。把这个数值降下来，正是保温、高性能玻璃、气密施工与热回收通风的全部目的。公式揭示的两大杠杆很清楚：降低U值，并控制换气次数。

常见问题

热损失是两条路径之和。围护结构（传导）热损失为 Q_fabric = A·U·ΔT，其中 A 为围护结构总面积，U 为平均传热系数，ΔT 为室内外温差。通风热损失为 Q_vent = 0.33·n·V·ΔT，其中 0.33 为空气的容积比热（W·h/(m³·K)），n 为换气次数，V 为房间容积。总热损失为两者之和，在稳态下等于供暖设备必须补充的热量。

热损失系数是建筑每开尔文温差所损失的热量：Q-value = A·U + 0.33·n·V [W/K]。它不依赖室外温度，是建筑自身的属性，也是保温性能最简洁的指标。该值越小，表示保温与气密性越好，供暖负荷也越低。由于实际热损失就是该系数乘以温差，因此该公式也解释了为何越冷的天气供暖需求越大。

公式给出两个有效杠杆。第一是降低传热系数 U：加厚保温材料、改用高性能玻璃（中空或 Low-E）、减少热桥，都能直接削减围护结构传导损失。第二是控制换气次数 n：用气密施工阻止非计划渗漏，并通过热回收通风提供必要新风，回收离开暖空气中的热量。注意窗户虽然面积小，但传热系数很高，往往成为围护结构损失的主角。

围护结构损失和通风损失都与室内外温差 ΔT 成正比，因此当室外温度等于室内温度（ΔT = 0）时，总热损失为零。当室外温度高于室内温度时，ΔT 变为负值，热损失也变为负——即热量从室外流入建筑。本工具保留该符号，并将其正确显示为无需供暖、可能需要制冷的区域。

实际应用

节能住宅设计与保温等级：在新建住宅或改造的设计中，降低围护结构平均传热系数（U_A 值）是达到节能标准的核心。像本工具这样，把传导损失（由围护结构面积与U值得出）与通风损失（由换气次数与容积得出）分开把握，就为"应加强保温，还是重新审视气密性与通风方案"这一设计判断打下了基础。你还能体会到，仅把窗户玻璃从中空升级为三层，传导损失就会大幅变动。

供暖设备选型：空调、地暖或锅炉的能力（千瓦）必须能补上建筑在最冷一天所损失的热量。把设计室外温度（各地区规定的严寒值）输入室外温度滑块，读出此时的总热损失，即可得到所需供暖能力的初步估算。能力不足会使隆冬时房间无法暖起来；能力过大则会频繁开关，损害效率与舒适。

燃料费与碳排放估算：用热损失系数乘以当地的供暖度日数（将室内外温差按一整年累加的值），即可估算全年供暖能耗。再乘以燃料单价与设备效率（COP）得到费用，乘以排放因子得到 CO₂ 排放量。这是估算保温改造投资回收年限的起点。

建筑热负荷模拟的前期评估：在用 EnergyPlus 或 TRNSYS 进行详细的动态热负荷计算之前，先用本工具这样的稳态估算，初步判断"传导与通风哪个占主导""总损失的数量级"。如果详细分析结果与该估算相差一个数量级，就可作为合理性检查，指向所输入的面积、U值、通风量或气象数据中的某处错误。

常见误解与注意事项

第一个大误解是"窗户面积小，对热损失影响不大"。窗户确实只占整个围护结构面积的 20～30%，但窗户的U值可接近无保温墙体——是保温墙体的数倍。由于传导损失是"面积 × U值"，U值突出的窗户即使面积小，也会成为传导损失最大的单一通道。实际上，保温较差的住宅近一半热量都从窗户逃走。本工具采用单一平均U值，仅供估算；详细设计时应按部位分开计算，各自取U值与面积。

其次，是"提高气密性、减少通风就能节能"的草率结论。如果只为削减通风损失而把通风量压到必要新风量以下，室内的 CO₂、湿度与化学物质会积聚，引发结露、霉菌与健康问题。建筑法规之所以规定居室至少约 0.5 次/h 的换气，正是出于此因。正确做法是用气密施工阻止非计划渗漏，并用热回收通风提供必要新风，从离开的暖空气中回收热量。气密与通风必须成套规划。

最后，是认为"仅凭这个计算就能确定供暖负荷"。本工具只处理稳态热损失；实际供暖负荷还包括透过窗户的太阳得热（冬天是助力）、来自人体、家电、烹饪的内部得热、建筑热容量造成的时间延迟，以及与地面接触楼板的特殊传热。热损失给出供暖负荷"偏上限的骨架"，但一旦计入太阳得热与内部得热，实际需求往往会更小。本工具用于概念理解与快速估算。