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              外墻和屋面保溫層經濟厚度計算方法研究

              時間:2015-07-27 10:16:51 點擊:


              核心提示:摘要: 根據生命周期分析法的原理,利用單位面積圍護結構(考慮墻體或屋面)的采暖總耗費的數學模型,得出了一個簡單的保溫

              摘要: 根據生命周期分析法的原理,利用單位面積圍護結構(考慮墻體或屋面)的采暖總耗費的數學模型,得出了一個簡單的保溫層經濟厚度的計算式。使用該方法對大連地區典型節能住宅建筑外墻和屋面的保溫層厚度進行了計算分析。分析結果表明:在實際工程中,外墻和屋面的保溫層厚度應根據各地區各建筑物的具體條件計算得到,而不應簡單地直接取用推薦值或憑經驗來確定,這樣才能有效地提高建筑物的經濟性。對于我國節能建筑的工程設計具有一定的參考和應用價值。 

              關鍵詞: 節能建筑 生命周期耗費分析法 LCCA 保溫層 經濟厚度

              1 引言
              在外墻和屋面等圍護結構中設置保溫層以提高外圍護結構熱阻,是改善我國目前嚴寒和寒冷地區居住建筑采暖能耗大、熱環境差等狀況重要的有效的措施。在保溫材料確定的情況下,保溫層厚度是決定建筑保溫水平的重要參數。一般隨著保溫層厚度的增加,圍護結構的絕熱性能提高,從而降低建筑負荷,采暖設備造價和采暖系統運行費用也相應降低;但同時,圍護結構的建造費用也相應增加,因此,一定存在某一特定的保溫層厚度,即經濟厚度δop ,使建筑物總費用(建造費用和經營費用之和)最小。保溫層經濟厚度的合理計算可以防止因根據經驗選擇保溫層厚度所造成的綜合效益損失,因此 ,研究保溫層厚度的計算方法對建筑節能具有重要的現實意義。

              目前,計算保溫層經濟厚度的方法有很多種,包括采暖年平均最小費用法[1]、Lagrange乘子法[2]、生命周期耗費分析法[3,4]等。由實際情況可知,保溫層經濟厚度的影響因素很多,如果其數學模型復雜、參數眾多且不易確定,往往會造成使用不便,最終仍然流于經驗判斷。因此,應探尋比較接近客觀現實,又易于計算的方法。采用生命周期耗費分析法對建筑物總耗費進行經濟分析,是國外(如美國等)使用較多的一種方法,對于我國也具有一定的參考價值。 

              2 數學模型
              對于節能建筑能耗的分析,國外大都采用生命周期耗費分析法(即“Life Cycle Cost Analysis”, 簡稱“LCCA”). LCCA法是全面評價事物性能的方法,即對建筑物從建造、使用至拆除的整個過程(即建筑物的生命周期)進行全面性的整體評估,從宏觀上為節約能源提供了方向。本模型主要分析了建筑物在其生命周期中的采暖能耗,從單位面積圍護結構(考慮墻體或屋面)的年采暖總費用出發,進行經濟分析,提出了在節能建筑設計過程中計算保溫層經濟厚度的數學模型,得出一個簡單的計算經濟厚度公式。

              2.1 外墻和屋面的單位面積熱損失

              冬季建筑物采暖熱負荷包括圍護結構的耗熱量和冷風滲透的耗熱量,其中冷風滲透的耗熱量不直接影響圍護結構的熱阻,在計算保溫層經濟厚度時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算:

              Q=K?ΔT

              式中 Q-單位面積的耗熱量,W/ m2;

              K-傳熱系數,W/(m2?℃);

              ΔT-冬季室內外溫差,℃。

              2.1.2 單位面積年熱損失可用采暖度日數計算:

              QA=86400?DD?K

              式中 QA―年采暖耗熱量,J/m2;

              DD-采暖度日數,℃?d;

              K-圍護結構的傳熱系數,W/(m2?℃)。

              21.3 圍護結構的傳熱系數為:

              K=

              式中 Ri、Ro-分別為內、外表面的換熱阻,m2?K/W;

              Rw-圍護結構的傳熱阻,m2?K/W;

              Rin-保溫層的熱阻,m2?K/W。

              Rin=

              式中 δ-保溫層厚度,m;

              λ-保溫層的導熱系數,W?m/K。

              2.2 單位面積年采暖總費用

              建筑物年采暖總費用等于保溫層的投資費用和采暖耗熱費用之和,即:

              Ct=Cin +Ch (1)

              式中 Ct-單位面積年采暖總費用,¥/ m2;

              Cin-單位面積保溫層的投資費用,¥/ m2;

              Ch-單位面積年采暖耗熱費用,¥/ m2。

              2.2.1 保溫層的投資費用Cin按下式計算:

              Cin=Ci?δ (2)

              式中 Ci-單位體積保溫材料的造價,¥/m3;

              δ-保溫層厚度,m。

              2.2.2 采暖所用耗熱量的費用Ch采用生命周期耗費分析法(即僅考慮資金的時間價值)進行計算:

              Ch=PWF?Ce (3)

              式中 PWF-貼現系數(Present Worth Factor),即將資金的將來值折算成現值;

              Ce-單位面積采暖年運行費用,¥/ m2?a。

               (4)

              式中 QA―同前,J/m2;

              Cf-煤價,¥/kg;

              η-采暖系統的總效率,η=η1?η2;

              η1-室外管網輸送效率,一般取0.9;

              η2-鍋爐的運行效率,一般取0.68;

              Hc-煤的發熱量,kJ/kg。

              貼現系數PWF的確定方法如下:

              若g=i,PWF=(1+i)-1;

              若g< i,則I=(i-g)/(1+g);

              若g> i,則I=(g-i



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