外墻和屋面保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算方法研究

Word版本，下載可自由編輯外墻和屋面保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算方法研究下面是我給大家?guī)?lái)關(guān)于外墻和屋面保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算辦法的相關(guān)內(nèi)容，以供參考。

按照生命周期分析法的原理，通過(guò)單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的采暖總耗費(fèi)的數(shù)學(xué)模型，得出了一個(gè)容易的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的計(jì)算式。使用該辦法對(duì)大連地區(qū)典型節(jié)能住所建造外墻和屋面的保溫層厚度舉行了計(jì)算分析。分析結(jié)果表明在實(shí)際工程中，外墻和屋面的保溫層厚度應(yīng)按照各地區(qū)各建造物的詳細(xì)條件計(jì)算得到，而不應(yīng)容易地直接取用推舉值或憑閱歷來(lái)確定，這樣才干有效地提升建造物的經(jīng)濟(jì)性。

1引言

在外墻和屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置保溫層以提升外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻，是改善我國(guó)目前寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)居住建造采暖能耗大、熱環(huán)境差等情況重要的有效的措施。在保溫材料確定的狀況下，保溫層厚度是打算建造保溫水平的重要參數(shù)。普通隨著保溫層厚度的增強(qiáng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能提升，從而降低建造負(fù)荷，采暖設(shè)備造價(jià)和采暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)降低；但同時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑費(fèi)用也相應(yīng)增強(qiáng)，因此，一定存在某一特定的保溫層厚度，即經(jīng)濟(jì)厚度δop，使建造物總費(fèi)用最小。保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的合理計(jì)算可以防止因按照閱歷挑選保溫層厚度所造成的綜合效益損失，因此，討論保溫層厚度的計(jì)算辦法對(duì)建造節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，計(jì)算保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的辦法有無(wú)數(shù)種，包括采暖年平均最小費(fèi)用法、Lagrange乘子法、生命周期耗費(fèi)分析法等。由實(shí)際狀況可知，保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的影響因素?zé)o數(shù)，假如其數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、參數(shù)眾多且不易確定，往往會(huì)造成使用不便，終于仍然流于閱歷推斷。因此，應(yīng)探尋比較臨近客觀現(xiàn)實(shí)，又易于計(jì)算的辦法。采納生命周期耗費(fèi)分析法對(duì)建造物總耗費(fèi)舉行經(jīng)濟(jì)分析，是國(guó)外使用較多的一種辦法，對(duì)于我國(guó)也具有一定的參考價(jià)值。

2數(shù)學(xué)模型

對(duì)于節(jié)能建造能耗的分析，國(guó)外大都采納生命周期耗費(fèi)分析法.LCCA法是全面評(píng)價(jià)事物性能的辦法，即對(duì)建造物從建筑、使用至拆除的囫圇過(guò)程舉行全面性的整體評(píng)估，從宏觀上為節(jié)省能源提供了方向。本模型主要分析了建造物在其生命周期中的采暖能耗，從單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的年采暖總費(fèi)用動(dòng)身，舉行經(jīng)濟(jì)分析，提出了在節(jié)能建造設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的數(shù)學(xué)模型，得出一個(gè)容易的計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度公式。

2.1外墻和屋面的單位面積熱損失

冬季建造物采暖熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量和冷風(fēng)滲透的耗熱量，其中冷風(fēng)滲透的耗熱量不直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，在計(jì)算保溫層經(jīng)濟(jì)厚度時(shí)只考慮外墻和屋面耗熱量的影響。

2.1.1單位面積熱損失可用下式計(jì)算：

Q＝K-ΔT

式中Q-單位面積的耗熱量，W/m2；

K-傳熱系數(shù)，W/；

ΔT-冬季室內(nèi)外溫差，℃。

2.1.2單位面積年熱損失可用采暖度日數(shù)計(jì)算：

QA＝86400-DD-K

式中QA—年采暖耗熱量，J/m2；

DD-采暖度日數(shù)，℃-d；

K-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/。

21.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)為：

K＝

式中Ri、Ro-分離為內(nèi)、外表面的換熱阻，m2-K/W；

Rw-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻，m2-K/W；

Rin-保溫層的熱阻，m2-K/W。

Rin＝

式中δ-保溫層厚度，m;

λ-保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)，W-m/K。

2.2單位面積年采暖總費(fèi)用

建造物年采暖總費(fèi)用等于保溫層的投資費(fèi)用和采暖耗熱費(fèi)用之和，即：

Ct＝Cin+Ch

式中Ct-單位面積年采暖總費(fèi)用，￥/m2；

Cin-單位面積保溫層的投資費(fèi)用，￥/m2；

Ch-單位面積年采暖耗熱費(fèi)用，￥/m2。

2.2.1保溫層的投資費(fèi)用Cin按下式計(jì)算：

Cin＝Ci-δ

式中Ci-單位體積保溫材料的造價(jià)，￥/m3；

δ-保溫層厚度，m。

2.2.2采暖所用耗熱量的費(fèi)用Ch采納生命周期耗費(fèi)分析法舉行計(jì)算：

Ch＝PWF-Ce

式中PWF-貼現(xiàn)系數(shù)，即將資金的未來(lái)值折算成現(xiàn)值；

Ce-單位面積采暖年運(yùn)行費(fèi)用，￥/m2-a。

式中QA—同前，J/m2；

Cf-煤價(jià)，￥/kg；

η-采暖系統(tǒng)的總效率，η＝η1-η2；

η1-室外管網(wǎng)輸送效率，普通取0.9；

η2-鍋爐的運(yùn)行效率，普通取0.68；

Hc-煤的發(fā)熱量，kJ/kg。

貼現(xiàn)系數(shù)PWF確實(shí)定辦法如下：

若g＝i，PWF＝-1；

若g＜i，則I＝/；

若g＞i，則I＝/；

那么，PWF＝[1-(1+I)-N]/I。

式中i-銀行利率，%；

g-通貨膨脹率，%；

N-使用年限，a；

I-貼現(xiàn)率，%。

2.3經(jīng)濟(jì)厚度的計(jì)算

綜合以上各式～，收拾得到：

如前所述，建造采暖總費(fèi)用Ct存在一個(gè)最小值Ct，min，其對(duì)應(yīng)的厚度值即為經(jīng)濟(jì)厚度δop。

由得：

3實(shí)例計(jì)算及分析

3.1建造概述

以大連市一座節(jié)能住所建造為例。其主體采納框架結(jié)構(gòu)，六層樓，層高2.8m，南北向，單框雙玻塑鋼窗，樓梯間不采暖。墻體和屋面構(gòu)造取用目前大連地區(qū)節(jié)能建造常用的構(gòu)造，本算例對(duì)各種構(gòu)造的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度舉行分析。

3.2計(jì)算結(jié)果及分析

3.2.1保溫層厚度與費(fèi)用的關(guān)系

當(dāng)墻體及保溫層的構(gòu)造和材料一定時(shí)，保溫層厚度直接影響建造采暖的經(jīng)濟(jì)性。

擠塑苯板的容重為15kg/m3，單位體積的造價(jià)為Ci＝260￥/m3；選用遼寧鞍山半煙末煤，煤發(fā)熱量Hc＝20.9MJ/kg，其價(jià)格Cf＝0.22￥/Kg；當(dāng)前國(guó)家年貸款利率i＝6.21%，通貨膨脹率g＝2%，使用年限N＝10，經(jīng)計(jì)算得，PWF＝9.27；Ro＝0.04㎡-K/W，Ri＝0.11㎡-K/W。

建造采暖過(guò)程中，保溫層的投資費(fèi)用Cin隨保溫層厚度δ的增強(qiáng)呈線性增大，而采暖所用耗熱費(fèi)用Ch與保溫層厚度δ之間是非線性關(guān)系，開(kāi)頭隨δ增大而快速降低，當(dāng)δ達(dá)到一定值時(shí)，Ch變得平緩，可見(jiàn)繼續(xù)增大δ并不能使Ch得到顯然地節(jié)約；從而導(dǎo)致建造年采暖總費(fèi)用Ct隨著δ的增強(qiáng)，先減小后有所增長(zhǎng)，在δop＝40mm時(shí)存在一個(gè)最小值，為9.6萬(wàn)元。

3.2.2不同結(jié)構(gòu)的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度分析

類型1外貼擠塑苯板20～35405~20類型2外貼EPS5046-4類型3內(nèi)貼帶鋼絲網(wǎng)苯板30～40466~16類型4內(nèi)抹保溫砂漿30～40477~17.保溫層設(shè)計(jì)厚度和計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度比較

對(duì)大連市節(jié)能建造各種常用構(gòu)造的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度舉行計(jì)算，并與目前設(shè)計(jì)中采納的保溫層厚比較。

在本文選用參數(shù)的條件下，計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度與實(shí)際工程設(shè)計(jì)中采納的保溫層厚度比較臨近，但是存在差值，分析產(chǎn)生差值的緣由如下：一是設(shè)計(jì)參數(shù)的差異，如各地的煤價(jià)不同等因素；另一個(gè)緣由是工程中的設(shè)計(jì)厚度僅從傳熱系數(shù)角度考慮以滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，而計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度δop則綜合考慮了建造物在其生命周期中的經(jīng)濟(jì)性。

在本文計(jì)算條件下，計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度普通大于設(shè)計(jì)厚度，即δop＞δ設(shè)計(jì)。例如，類型1墻體保溫層計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度為δop=40mm，當(dāng)設(shè)計(jì)值取用20mm時(shí)，二者差值可達(dá)20mm。與取用經(jīng)濟(jì)厚度的保溫層相比較，雖然取用20mm的保溫層也可以滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，而且保溫層投資費(fèi)用降低了一半，但卻使年采暖總費(fèi)用增強(qiáng)了2萬(wàn)元，可見(jiàn)計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性影響很大。同時(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，考慮到保溫材料實(shí)際保溫性能與理論值有所差距而應(yīng)留有一定的裕量，故提升相應(yīng)保溫層的設(shè)計(jì)厚度很有須要。

3.2.3不同墻體EPS保溫層厚度比較

當(dāng)保溫材料一定，墻體的主體結(jié)構(gòu)不同時(shí)，保溫材料的厚度也應(yīng)不同。本文取用EPS保溫結(jié)構(gòu)，對(duì)不同主體結(jié)構(gòu)的墻體舉行比較分析。在本文計(jì)算條件下，EPS保溫層的計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度小于推舉厚度，即δop＜δ設(shè)計(jì)，并且對(duì)于不同外墻主體結(jié)構(gòu)，差值大小不同；采納粘土實(shí)心磚時(shí)，差值超過(guò)10mm，可見(jiàn)推舉值有的偏大。在實(shí)際工程中，外墻和屋面的保溫層厚度應(yīng)按照各地區(qū)各建造物的詳細(xì)條件計(jì)算得到，而不應(yīng)容易地直接取用推舉值或憑閱歷來(lái)確定，這樣才干有效地提升建造物能耗的經(jīng)濟(jì)性。

4關(guān)于經(jīng)濟(jì)厚度的幾點(diǎn)探討

如前文所述，建造圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的影響因素眾多，在對(duì)其舉行分析與計(jì)算過(guò)程中，一些重要的因素常作簡(jiǎn)化處理，直接影響了保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算的精確?????性。因此，筆者認(rèn)為以下幾方面的問(wèn)題還待于深化討論：

4.1計(jì)算利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷時(shí)，普遍使用室外平均計(jì)算溫度Te，然而實(shí)際上熱流隨著外界氣候、環(huán)境、時(shí)光等因素時(shí)刻發(fā)生變化。為此，應(yīng)建立動(dòng)態(tài)負(fù)荷和保溫層厚度之間的關(guān)系式。

4.2目前，保溫層厚度確實(shí)定辦法普通僅考慮冬季采暖費(fèi)用，對(duì)于冬季采暖夏季不用空調(diào)的地區(qū)比較適用；但若在兩者都采納的地區(qū)，在計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度時(shí)，應(yīng)考慮到夏季空調(diào)費(fèi)用的影響。討論表明，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，在非最熱月或夜間氣溫低時(shí)不利于建造散熱，反而導(dǎo)致年空調(diào)冷負(fù)荷增大。

4.3保溫層經(jīng)濟(jì)厚度是從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)確定的。然而，在能源緊急和環(huán)境惡化的今日，保溫層厚度的挑選不僅關(guān)系到節(jié)省能源問(wèn)題，同時(shí)也關(guān)系到環(huán)境庇護(hù)問(wèn)題。假如圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱性能良好，從而熱源的出力減小，燃料用量隨之削減，產(chǎn)生的污染物量也降低，則有利于環(huán)境的庇護(hù)。確切地說(shuō)，經(jīng)濟(jì)厚度應(yīng)改為最優(yōu)厚度，選取的厚度應(yīng)使經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的效益最佳。有關(guān)建造物對(duì)環(huán)境影響的課題，必需從建造物的生命周期中去舉行全面性的整體評(píng)估。在計(jì)算保溫層的厚度時(shí)，考慮的因素。

5結(jié)論

保溫層厚度的挑選關(guān)系到節(jié)能建造的造價(jià)和運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。生命周期耗費(fèi)分析法計(jì)算保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的數(shù)學(xué)模型，考慮了建造物在其生命周期中的采暖能耗，具有科學(xué)、容易、便利等特點(diǎn)。當(dāng)缺少采暖系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范、