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【建筑保温】史上最强的建筑保温科普，让老百姓们都知道做保温的重要性
&&&&&&& 作为建筑节能措施中最重要的技术&&墙体保温技术在我国已经应用和发展了三十几年，尤其是过了新千年之后，各个地区的节能设计标准强推之后，建筑墙体的节能更有了质的飞跃。以外墙外保温为主要代表的技术发展迅速，从产品形式单一化向多元化发展。伴随着迅速发展粗放式管理引起的保温材料失火、脱落等事故频频发生，使得普通老百姓一时间对墙体保温充满了质疑。风口浪尖上发展的保温技术与我国每年都在递增的高层建筑发展数量，使得人们迷茫和纠结于保温体系的应用。小编本次通过引用网络素材，系统性的介绍建筑保温相关的知识，希望能为普通大众做一次科普，让更多的人明白墙体保温的重要性。公众号国产建筑节能大师第一次发布，转载请注明出处。
1.什么是建筑节能？
&&&& 建筑节能是指在保证、提高建筑舒适性和生活质量的条件下，在建筑物使用的全过程中合理的、有效的使用能源，即降低能耗，提高能效。这里所说的建筑用能包括采暖、空调、热水供应、照明、电梯、炊事、家用电器等方面的能耗。其中采暖、空调和照明能耗占70%以上，因此建筑节能的重点是建筑采暖、空调和照明的节能。目前，建筑用能占全社会商品能耗的近30%，并将继续增长。能源问题已经成为制约国民经济发展，全面建设小康社会的主要因素之一。建筑用能与人民群众的利益密切相关，建筑节能需要全社会的共同努力。
2.为什么搞建筑节能既节能又省钱？
&&&& 与不节能的传统建筑相比，节能建筑由于采取了多项节能措施，一般说来，是要增加投资的，根据所采用的节能技术的不同，所增加的费用和所取得的收益也不一样。根据一些试点资料分析，以建筑节能投资增加额与住宅建筑本身的造价相比，节能50%时约占7%～10%。如果与住宅开发建设费用相比，则所占的比例还要小得多。与此同时，从规划设计的角度分析，可以节约采暖制冷系统建设的投资，在建成使用后可以节约能源支出，还可以节约运行管理费用。也就是说，节能投资可以回收，并在住宅寿命期间受益。而且节能建筑冬暖夏凉，居住舒适，有利于增进健康，提高工作效率，又由于少用能源，燃烧煤炭和石油类燃烧减少，可以减轻由此产生的大气污染和温室效应，造福人类，造福子孙。
&&& 可见，只要算大帐，算总帐，搞建筑节能不仅是合算的，而且是高效益的，荫及子孙后代的。这也说明了，为什么各发达国家都十分热衷于搞建筑节能，这是因为本国的经济专家十分精明地把帐全面算清楚了，搞建筑节能合算省钱。
3.节能建筑对于用户有哪些好处？
&&&&节能建筑保温隔热好，窗户密闭严，室内的热量不易散失，&冷气&易于保持，居住舒适性提高，采暖空调能耗可大量降低。对那些需要自负采暖、空调费用的住户，更能体验到费用的减少。现在有些住户将自家阳台栏板加强了保温，门窗改成了中空玻璃，可见建筑节能的意识正在增强。
4.为什么严冬在保温不好的室内人体会感到寒冷？
&&& 严冬，室外温度大大低于室内温度，而热量总是由温度高的一侧向温度低的一侧传递，即由室内传向室外。如果建筑外围护结构保温不良，传热速度就快，传热量就多。冬天，保温和气密性不好的建筑物，室内的热量通过房屋的外墙、屋顶和门窗，大量迅速传往室外，又通过建筑开口部位及门窗缝隙吹进冷风，并把已在室内加热了的热空气排出室外，使室内温度降低。其结果是人体表面因散发的热量过多而感到寒冷。因此，尽管向室内供暖充分，但由于房屋散热过快，仍然难以维持适宜的温度。也就是说，保温不好的建筑既严重浪费能源，又使生活在室内的人们很不舒服，甚至生病。因此，加强建筑保温，对于保护人民健康，特别是保障老年人和儿童的健康也是十分重要的。
新建的节能建筑安装了室温调控装置，住户可以根据需要适度调节室内温度。采暖收费体制改革以后，将做到用多少热，交多少费，住户在采暖用热方面，将完全掌握主动权，实现按需要用热，避免能源的浪费，节省开支。
5.为什么节能建筑能改善室内热环境，做到冬暖夏凉？
&&& 在节能建筑中，为了节约采暖和空调能耗，除了一般采用高效节能、便于调控和计量的采暖和空调设备之外，还加强了围护结构的保温和隔热保温的作用。
根据国家规范的规定，符合节能要求的采暖居住建筑，其屋顶的保温能力约为一般非节能建筑的1.5～2.6倍，外墙的保温能力约为一般非节能建筑的2.0～3.0倍，窗户的保温能力约为一般非节能建筑的1.3～1.6倍。节能建筑一般都要求采用带密闭条的双层或三层中空玻璃窗户，这种窗户的保温性能和气密性要比一般窗户好得多。
&&& 由于节能建筑的围护结构的保温性能较好，门窗的气密性较高，因此，在冬季可以防止室内热量的散失；在夏季，可以起到隔热的作用。从而保证室内冬暖夏凉，明显改善室内热环境。
6.冬天热量是怎么样从建筑中散失的？
&&& 冬季，在寒冷地区室内都有采暖设备，此外人体、炊事、家电、照明等的散热和太阳通过墙体、屋面和窗传入的辐射热，使得室内温度很高。由于室外温度比室内温度低很多，存在很大温差，而且建筑物的围护结构（包括外墙、屋顶、门窗和地面等）不可能完全绝热和密闭，因此，热量必然从温度较高的室内，向温度较低的室外散失。在向外散失的总热量中，约有70%～80%是通过墙体、屋面结构的传热向外散失的，其余约有20%～30%是通过门窗缝的空气渗透向外散失的。
7.冬天有些房间结露是怎么回事？
&&& 一些住宅建筑的外墙和屋顶中存在许多热桥部位。在冬天，外墙四大角、屋面檐口、外墙与内隔墙和外墙与楼板连接处，墙板和屋面板中的混凝土等热桥部位的内表面，以至于整面山墙和屋面板的内表面都有结露或严重结露，甚至淌水或滴水。在有厨柜、床铺等遮盖的墙面和壁柜内侧，严重结露，甚至长霉，住户室内潮湿，衣服及粮食受潮、长霉，严重影响居民生活和身体健康。
&&& 出现结露现象是由于围护结构保温不足，且存在明显的热桥部位，在供暖不足、室温偏低、湿度偏高的条件下，围护结构及热桥部位内表面温度低于室内空气露点温度而引起的
8.为什么有些顶层和端头房间冬冷夏热？
&&& 一般顶层房间和端头房间的外露面积较大，外露的屋顶和外墙的保温性能不好是造成这类房间冬冷夏热的主要原因。
&&& 在冬季，外露的屋顶和外墙加大房间的热量损失，使室内温度降低。同时由于内表面温度较低，且面积较大，与人体之间的辐射换热量也较大，这时即使室内温度保持正常，人们仍然会感到寒冷。
&&& 在夏季，屋顶和外墙受到强烈的太阳辐射和室外高温的作用，其内表面温度必然上升，使室内温度升高的同时，由于其内表面温度较高、面积较大，因此与人体之间的辐射换热也必然较大，即使室内温度与一般房间接近，人们仍然会感到很热。
9.如何改善顶层和端头房屋的冬冷夏热问题？
&&& 作为房屋的使用者或居民可以采取下述方法对住房进行改造来改善冬冷夏热问题：
（1）结合装修采用保温性能和气密性能较好的塑料窗（又称塑钢窗），或中空玻璃断热铝合金窗代替原来的钢窗或木窗。
（2）相平屋面防水层上面铺设100～150L厚加气混凝土块，或铺设混凝土薄板等架空隔热层，或涂刷白色或浅色涂料。
（3）在外墙内侧加轻质高效保温隔热层（如抹20～30L厚保温砂浆等），或在外墙外表面涂刷白色或浅色涂料。
（4）在屋顶（或顶棚）内表面贴低辐射系数材料（如铝箔等），以降低屋顶内表面与人体之间的辐射换热。
10.建筑中有哪几种最常用的保温隔热材料？
&&& 建筑中使用的保温隔热材料品种繁多，其中使用的最为普遍的保温隔热材料有两类：无机保温材料有膨胀珍珠岩、加气混凝土、岩棉、玻璃棉等，有机保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。这些材料保温隔热效能的优劣，主要由材料热传导性能的高低（其指标为导热系数）决定。材料的热传导愈难（即导热系数愈小），其保温隔热性能愈好。由公众号国产建筑节能大师的原创作品中曾推出了史上最全的保温材料介绍，朋友们可以在历史记录里查询，了解更多的关于保温材料的知识。一般地说，保温隔热材料的共同特点是轻质、疏松，呈多孔状或纤维状，以其内部不流动的空气来阻隔热的传导。其中无机材料有不燃、使用温度宽、耐化学腐蚀性较好等特点，有机材料有吸水率较低、不透水性较佳等特色。
&&& 聚苯乙烯跑摸塑料有膨胀型和挤出型两类，加入阻燃剂后有自熄性。膨胀型聚苯乙烯板材由于轻巧方便，使用十分普遍；挤出型聚苯乙烯强度高，耐气候性能优异，会有较大发展。
&&& 聚氨脂泡沫塑料按所用原料不同，分为聚醚型和聚脂型两种，经发泡反应制成，又有软质和硬脂之分。此外，还有一种铝箔保温隔热材料，采用铝箔与牛皮纸粘合后，与瓦楞纸复合制成板材，也可用聚氯乙烯片镀铝模压制成，可多层设置，作为夹层墙体或屋面，体轻、防潮、保温、隔热性能均好。
11.保温材料为什么必须防潮？
&&& 保温材料一般都是体轻、疏松的物质，呈多孔状、纤维状或粉末状，内部含有大量静止的空气。由于空气是热的不良导体，这些密闭的空气起着良好的保温作用。但如果保温材料受潮，即水分侵入保温材料内部，则其中的一些空气为水分所取代。水的导热系数要比静止的空气大20多倍，如果其中的水分再受冻结成冰，则冰的导热系数要比静止的空气大80多倍。由此可见，受潮的保温材料，导热性能明显增加，而保温性能则大为降低，材料的含湿率越高，则保温性能降低愈多。因此，保温材料在运输储存和使用过程中，必须保持干燥状态，避免受潮。
12.外墙外保温有什么好处？
&&& 将高效保温材料置于外墙主体结构外侧的墙体，称为外保温复合外墙。这种墙体的优点包括：
⑴外保温材料对主体结构有保护作用，室外气候条件引起墙体内部较大的温度变化，发生在外保温层内，避免内部的主体结构产生大的温度变化，使主体墙寿命延长。
⑵有利于消除或减弱局部传热过多的热桥作用，如果采用内保温，则热桥问题就相当严重。热桥作用会产生热损失，产生冷凝结露现象，造成对建筑物的破坏，影响使用寿命。
⑶主体结构在室内一侧，由于蓄热能力较强，可避免室温出现较大波动。
⑷既有建筑采取外保温进行改造施工时，可大大减少对住户的干扰。
⑸有些居民对新房要重新进行装修。在装修中，内保温层容易遭到破坏，外保温则可避免发生这种问题。
⑹外保温可以取得很高的经济效益。虽然外保温造价比内保温高一些，但只要采取适当的技术，单位面积造价可以增加不多。但由于比内保温增加了使用面积，实际上使单位使用面积造价降低，加上节约能源及改善热环境等优点，总的效益是十分显著的。
13.外墙保温有哪些成熟的技术？
&&&& 外墙保温技术归纳起来可以分为两大类：单一材料和复合外墙。由公众号国产建筑节能大师的原创作品中曾推出了史上最全的保温体系介绍，朋友们可以在历史记录里查询，了解更多的关于保温体系的知识。
&&& 单一材料，即采用单一的保温、隔热性能指标好的产品作为墙体材料，达到节能标准的要求。如加气混凝土砌块、ALC加气混凝土板材等。 本文来自
复合墙体，即在结构墙体上复合保温隔热材料。按照复合方法可分为三种：
⑴内保温做法，在外墙内侧贴保温板或抹聚苯颗粒胶粉。但是内保温做法在内外墙交接处、圈梁处等部位会形成&热桥&，出现结露现象。一旦出现问题，维修时对住户影响较大。
⑵夹心保温做法，把保温材料（聚苯、岩棉、聚氨酯等）放在墙体中间，形成夹心腔。
⑶外保温做法，在墙体外侧增加保温措施。粘贴聚苯板或现场喷涂聚氨酯等。外墙外保温体系是应用比较广泛的技术，外保温的热工效率高，不占用室内空间，对保护主体结构有利，可延长房屋的使用寿命，适用于现有房屋的节能改造。
14.为什么建筑物需要加强保温？
&&& 在围护结构（包括屋顶、外窗、门窗等）单薄、保温不足的建筑中，虽然依靠采暖设备多供热量，也能保持所需的室内温度，但是，采暖供热量必须大大增加。不仅如此，保温不足的围护结构，易受室外低温的影响，从而导致内表面温度过低，引起结露、长霉、潮湿，使室内热环境恶化。从保证室内适当的热环境，以及从降低建筑物传热热损失的角度出发，建筑物都需要加强保温。
15.如何加强建筑物保温？
&&& 加强建筑物保温，实际上是指提高围护结构的传热阻（或减小传热系数），使之符合国家现行有关标准规范的要求。具体的做法是：对于外墙和屋面，可采用多孔、轻质、具有一定强度的加气混凝土单一材料外墙和屋面板，以及由轻质高效保温材料和结构材料组成的符合外保温墙体和屋面；对于窗户（包括阳台门），可根据地区气候条件和节能要求，采用不同等级保温性能和气密性的窗户。
16.为什么旧房装修兼顾建筑节能可以一举两得？
&&& 现在，许多原有建筑正在陆续进行装修改造，如果能与建筑节能改造结合起来同时进行，虽然要增加一些费用，但是能够提高建筑用能效率，延长既有建筑使用寿命，改善室内热环境，减少房屋结露的危险，避免夏天过热，冬天过冷，也就是说，有利于改善居民的健康，提高工作效率，并且使人力物力财力大为节省。
在旧房装修的同时，可以增加墙体和屋面保温层，改用多层中空玻璃保温窗，门窗加密封条，单管串联的室内采暖系统可以加设跨越管，安装温控阀和热分配表，也可以改为双管系统。旧房装修与建筑节能结合进行的结果，能取得多方面的成效，而节能改造费用则能够大大节约。
17.为什么房屋装修时不应破坏保温层？
&&& 现在，房屋装修已成热潮。在装修工程中，有的住户要将原有壁面凿除。这种做法，对于抹有普通砂浆的墙体来说，凿掉一些砂浆面层，对结构本身影响并不很大，但对于已采取节能措施，做了内保温层的建筑来说，就会发生一些始料不及的问题。因为内保温的基本做法，多系在贴土比较松软的保温层（聚苯板或岩棉板等）后，再罩以硬质面层。居民如果凿除墙体内表面层，则势必很快露出内部松软的保温层，甚至连保温层一概清除，再在结构层上抹灰找平。这样做，装修工作虽然可以完成，然而，除去保温层后，这种墙体结构的保温性能就变得很差，冷天整个外墙就会成为一面冷墙，墙面温度很低，室内的大量热量被墙面吸收向室外散发，能源浪费严重；同时大面积的冷墙对室内人体进行冷辐射，会使人体更觉寒冷，；在寒冷天气里，墙上还会结露，甚至淌水，结冰，日后表面形成污渍，发霉长菌，既不雅观，又影响卫生和住户的健康。因此，住户在装修前一定要了解墙体构造，要根据原有构造做好装修设计与施工，千万不要破坏保温层，否则会招致很多麻烦，难以解决。
18.国家对既有建筑墙体改造有怎样的激励政策
&&&& 为贯彻落实《国务院关于印发&十二五&节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2011]26号）精神，启动夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造，财政部制定了《夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造补助资金管理暂行办法》。为加强资金管理，发挥资金使用效益，所称&夏热冬冷地区&是指长江中下游及其周边地区，确切范围由《民用建筑热工设计规范》（GB50176）规定。涉及的省份主要有：上海市、重庆市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、湖北省、湖南省、四川省、河南省、贵州省、福建省等。
补助资金将综合考虑不同地区经济发展水平、改造内容、改造实施进度、节能及改善热舒适性效果等因素进行计算，并将考虑技术进步与产业发展等情况逐年进行调整。2012年补助标准具体计算公式为：
　　某地区应分配补助资金额＝所在地区补助基准&&（单项改造内容面积&对应的单项改造权重）。
　　地区补助基准按东部、中部、西部地区划分：东部地区15元/m2，中部地区20元/m2，西部地区25元/m2。
　　单项改造内容指建筑外门窗改造、建筑外遮阳节能改造及建筑屋顶及外墙保温节能改造三项，对应的权重系数分别为30%、40%，30%。
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保温层外壁面温度的计算方法
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如何计算平面保温隔热厚度？
根据GB/T8175-87《设备及管道保温设计导则》，平面保温层外表面温度的计算公式为：
其中，q 的计算公式为：
其中，α的计算公式为：
（式中ω为风速，单位m／s）
上述公式中：
Ts――平面保温层外表温度，即保温层外表最高温度，单位：℃；
Ta――环境温度，单位：K(℃)，热面温度≥110℃时，Ta取40℃。
q& ――单位表面散热损失，单位：w／m2[kcal／(m2．h)]；
Rs――保温层表面热阻,单位：(m2.K)／w[(m2.h.℃)／kcal]；
Ri ――保温层热阻，单位：(m2.K)／w[(m2.h.℃)／kcal]；
δ& ――保温层厚度，单位：米，m ；
λ&& ――制品导热系数，对软质材料应取安装密度下的导热系数，单位：w／(m.K)[kcal／(m.h.℃)]；
T& ――设备/管道外表温度，即热面温度，取介质最高温，单位：K(℃)；
α&& ――保温外表层大气放热系数，单位：w／(m2.K)[kcal／(m2.h.℃)]。
在经济厚度及热损失计算中，对于设备和管道的保温结构外表面放热系数，α一般取11.63W／(m2?K)[10kcal／(m2．h?℃)]。
在校核保温结构表面温度计算中，一般情况按上式计算，式中ω为风速，单位m／s。
根据隔热数据要求及上述公式，即可反算出所需要的隔热厚度。
Heat Transfer & Insulation Knowledge
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我国寒冷地区的既有住宅建筑多属砖混结构,建筑围护结构热工性能差、墙体不保温,造成了全年采暖空调能耗居高不下。改进建筑围护结构热工性能是节能改造的关键,而外墙节能在建筑节能中占有非常重要的位置,本文采用生命周期法对北方地区的城市居民楼简单的平屋顶住宅建筑进行能耗模拟,通过比较几组具有不同厚度保温层的负荷指标,分析了保温层厚度对建筑负荷的影响,并确定了最佳的经济保温层厚度。保温层“经济厚度”的计算方法, 不但考虑了传热基本原理, 而且考虑了保温材料的投资费用、能源价格、贷款利率、导热系数等经济因素对保温层厚度的影响。据生命周期分析法的原理，利用单位面积围护结构（仅考虑屋顶）的采暖总耗费的数学模型，得出了一个简单的保温层经济厚度的计算式。最后通过几组数据进行验证，并推广为其他常见保温材料的最佳保温层厚度，进一步验证所得结论的正确与合理性。目前，我国对房屋建筑的保温隔热性能提出了更高的要求，而目前很多城市居民楼尚且都还是简单的平顶屋。外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用于范围广，技术含量高；外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命；有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝，提高了居住的舒适度。根据一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下，我国住宅建设的节能工作不断深入，节能标准不断提高，引进开发了许多新型的节能技术和材料，在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平，还远低于发达国家，我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍~5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上，且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉，同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题。而同时墙体和屋顶作为建筑物的重要围护物件, 而其保温层厚度又是决定于建筑保温水平的重要参数，于是针对增强保温性能和节省热能损失和能源浪费，设计最佳保温层厚度有着重要的意义。问题的重述屋顶由里向外的结构是0.1(cm)涂料，1.5(cm)水泥砂浆20(cm)楼板，2(cm)水泥砂浆，珍珠岩保温层，2(cm)水泥砂浆，1(cm)三毡四油防水材料。北方地区这样的屋顶，夏季太阳日照下的表面温度最高可以达到摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。为了保持室内有较好的舒适温度，又不造成浪费，设计最佳保温层厚度及选择最佳保温材料。模型假设a. 假设研究对象为室内空气维持在设定适宜值的空调建筑。b. 冬季建筑物采暖热负荷包括围护结构的耗热量和冷风渗透的耗热量，其中认为冷风渗透的耗热量不直接影响围护结构的热阻，而在计算保温层最佳厚度时只考虑屋顶耗热量的影响。c. 假设屋顶结构体及保温层材料均匀，热传导系数是常数。d. 室内温度和室外温度保持不变，且热传导过程已处于稳定状态。e. 室内空气与围护结构内表面之间允许温度差摄氏4度，即在冬季平顶屋室内空气比内墙壁高4摄氏度。f. 北方地区屋顶，夏季太阳日照下的表面温度最高达摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。建立模型模型中使用的主要参数说明Q 单位面积的透过屋顶损失的热量，W/ m2K 围护结构的传热系数，W/（m2·℃）ΔT 室内外温差，℃。Qn 年采暖耗热量，J/m2HDD 采暖度日数，℃·dRi 由里到外屋顶结构材料的传热阻，m2·K/WR 保温层的热阻，m2·K/Wdi 由里到外屋顶结构材料的厚度，md 保温层的厚度i 材料各层的导热系数，W·m/Kλ 保温层的导热系数，W·m/KW 单位面积年采暖总费用，￥/ m2；WT 单位面积保温层的投资费用，￥/ m2；WN 单位面积年采暖耗热费用WY 单位面积采暖年运行费用，￥/ m2·aPWF 贴现系数i 银行利润I 现贴率g 通货膨胀率N 使用年限P 单位体积保温材料的造价C 单位时间的电价,￥/hH 空调单位面积单位时间的发热量, J/hη 采暖系统的总效率Vi 采暖或降暖日数，d有关概念的定义（1）厚度为d的均匀介质，两侧温度差为ΔT，则单位时间由温度高的一侧向温度低的一侧通过单位面积的热量Q与ΔT成正比，即： Q=kΔT, k为热传导系数，其中k= ,R为介质的传热阻（2）PWF－贴现系数（Present Worth Factor），是把今后某一日期收到或支付的款项，折算为现值的过程。一元资金在不同时期的现值，叫做贴现系数，即将资金的将来值折算成现值。（3）所谓采暖度日数 HDD(Heating Degree Days) 是指一段时间 ( 月、季或年 ) 日平均温度低于 65 °F(18.3 ° C) 的累积度数。如果日平均温度高于 65 °F,那么这一天无采暖度日数。问题的分析屋顶是建筑物的重要围护结构,为确保其保持室温,减少热损的功能. 尤其是在严寒地区,在保证寒冷地区冬季室内气温达到应有的标准的情况下，还需把其采暖费用作为重要考虑因素。保温层厚度是决定建筑保温水平的重要参数。一般随着保温层厚度的增加，围护结构的绝热性能提高，从而降低建筑负荷，采暖设备造价和采暖系统运行费用也相应降低；但同时，围护结构的建造费用也相应增加，因此，一定存在某一特定的保温层厚度，即经济厚度d ，使建筑物总费用（建造费用和经营费用之和）最小。于是考虑建立关于总费用W的目标函数，其包括保温层的投资费用和采暖耗热费用，其中对于采暖好热费用，考虑经济和节能，采用生命周期法，建立节能建筑设计的数学模型。建立关于保温层厚度d的关系式，得到计算经济厚度的关系，使得目标函数W最小，对应的即为最佳厚度d。由此得到最佳保温厚度，变换保温材料时只需替代导热系数，结合数据得到最佳保温材料。模型的建立在我们建立的模型中目标函数的总费用分两部分，即单位面积保温层的投资费用WT和单位面积采暖耗热费用WN。WT的确定已知单位体积保温层的造价P（包括保温材料费用，运输费用，施工费用，施工管理费用等），易得其中d为保温层的厚度 （1）年采暖耗热量费用围护结构的传热系数K根据公式概念有 ， （2）其中Ri为围护结构建筑材料的传热阻，R为保温层的传热阻。且易知R及Ri可由公式 算得，其中d为材料的厚度， 为材料的导热系数。采暖度日数HDD根据概念，为优化计算，冬季采暖度日数取为HDD20，即在一段时间的采暖日时间内平均温度低于20°C的累积度数。而在夏季降暖日数取为HDD25，即在一段时间内的降暖时间内高于25°C的累积度数，或者说如果日平均温度底于 25°C,那么这一天无降暖度日数。实际上也认为20°C与25°C分别为室内冬夏两季的适应温度。对于采暖（降暖）度日数的计算方法有：采用HDD=ΔT/2*V ，即取使室内达到适宜温度时最高温差的一半作为采暖（降暖）时间内的平均温差，其中ΔT为屋顶外表面的最低温度（最高温度）与室内冬季（夏季）适宜温度的差。V为采暖（降暖）总日数。于是设屋顶外表面冬季最底温度为T1℃，夏季最高温度为T2℃ ，采暖日数为V1，降暖日数为V2，则有：HDD20=（20-T1）/2*V1 （3）HDD25=（T2-25）/2*V2 （4）贴系数的确定若g=i，PWF=（1+i）-1；若g< i，则I=（i－g）/（1+g）；若g> i，则I=（g－i）/（1+i）；则有PWF=[1-(1+I)-N]/I （5）单位面积年热损失Qn单位面积年热损失用采暖度日数计算，一年分夏冬两个季节（6）=3.4.6 单位面积采暖年运行费用WYWY=（7）3.4.7单位面积年采暖耗热费用（8）综合（1）至（8）则有：（9）且如前所述，建筑采暖总费用W存在一个最小值d，其对应的厚度值即为所求最佳厚度d.对W关于d求导数，有 ，求得（10）模型实例珍珠岩保温层的最佳厚度计算以北方城市居民平顶屋住房为例，夏季取屋顶表面温度最高达摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。在计算中选用格力 KFR-26GW/K(2658)D-N5空调，其参数: 功率：1P/制冷量：2600W。经换算得格力空调单位面积单位时间的发热量为H=0.72J/h。电价来源于长春供电局：C=0. 47 元/ kWh 。依据2007年的贷款利率为i=7.83%，通货膨胀率为g=4.8%，设定使用年限N=10.经计算可得：贴现系数PWF=8.58。认为年采暖日数为4个月，降暖日数为2个月，即有V1=120,V2=60，（单位：天）。采用珍珠岩保温层，其导热系数在0.047-0.054（单位：w/m.k）之间，且造价为：186元/立方米，假定取 。取采（降）暖系统的总效率 。表一：屋顶围护结构 导热系数，W·m/K 厚度mm 传热阻m2·K/W围护结构的传热系数涂料 0．041 10 0.024水泥砂浆 0.930 15 0.016楼板 0.174 200 1.15三毡四油防水材料 0.668 10 0.014珍珠岩保温层 0.054 —— ——图一：珍珠岩保温层d与采暖总费用W关系在建筑采暖过程中，实际上保温层的投资费用WT随保温层厚度d的增加呈线性增大，而年采暖（降暖）所用耗热费用WN与保温层厚度d之间是非线性关系，开始随d增大而迅速降低，当d达到一定值时，WN变得平缓，从而导致单位面积年采暖总费用W随着d的增加，先是减小而后增长，在d=28.15mm时取得最小值，即为满足（10）式的珍珠岩最佳保温层厚度。此计算也同样适于其他保温材料最佳保温厚度的确定，在后文将作详细说明。不同材料的保温层最佳厚度的比较分析各常见保温材料导热系数及单位造价，及计算所得最佳厚度和年采暖费用如下表二：保温层材料 导热系数，W·m/K单位造价，元/立方米 最佳厚度，mm单位面积年采（降）暖总费用，元聚氨酯泡沫0.020 580 9.70 11266.00珍珠岩保温层 0.054 186 28.15 10484.15苯板 0.047 300 20.6812419.24挤塑板 0.025 430 12.598934.74聚氨酯保温板 0.028 320 15.46 8158.05聚乙烯PEF 0.038 320 18.009501.77图二：不同材料保温层的最佳厚度实际上保温效果：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；耐冷热性能：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；吸水率（性）：挤塑板最低，聚氨酯次之，苯板最易吸水；使用寿命：聚氨酯泡沫最长，挤塑板次之，苯板最差；价格：聚氨酯泡沫最高，挤塑板次之，苯板最低；聚氨酯现场发泡（喷涂）可直接现场喷涂成型（液体膨胀），成型、运输方便；其他两种板材需要运输、粘贴，较为麻烦且会存在一定的破损，有拼接缝存在。模式的改进和推广对于室内外的温差计算，本文采用室内达到适宜温度时与外界最高温差的一半作为一段时间内的平均温差，然而实际上温度差随着外界气候、环境、时间等因素时刻发生变化。为此，对于室外温差的计算应考虑建立动态负荷和保温层厚度之间的关系式。本文是是着重从经济学的角度来确定最佳保温层厚度。然而实际上保温层厚度的选择不仅关系到节约能源问题，同时也关系到环境保护问题，能源日益短缺的及国内乃至世界日趋严重的近日更加显得重要和必须。倘若在围护保温层材料的选择上考虑其对环境的影响，以及其所需消耗热源燃料产生的污染物量进行评估，使得选取的厚度在经济和环境的效益最佳。在设置集中采暖的建筑物，其围护结构的传热阻除了根据技术经济的比较确定，而且要符合国家有关节能标准的要求，对于居住平顶屋等建筑围护结构的最小热阻应按一下计算公式计算的结构进行附加，其最小的传热阻按一下计算确定：式中 Rmin——围护结构最小传热阻（m2·K/W）ti——冬季室内计算温度，一般取20°C。te——围护结构冬季室外计算温度，单位：°C。n——温差修正数系数，外墙，平屋顶取1.00。ΔT——室内空气与围护结构内表面之间的允许温差°C。Rk——围护结构内表面换热阻（m2·K/W）于是，在所建模型中增加评估条件：最小保温层厚度d应满足 ，这在实际工程中，对于围护保温层的厚度确定亦有着重要的意义。评价与分析由于实际情况的千变万化，因此我们得到的数据和假定的在实际操作中总存在着微小的误差，因此一个好的模型绝不能由这些微小变动而导致结果的较大改变。为了我们所做的模型能进行比较全面的测试，同时考虑到实际情况，我们选用适宜参数的条件下，设定了一些合理的初始条件，利用计算机进行模型检验，得到包括珍珠保温层在内的一系列保温材料的最佳保温厚度，并且其计算结果亦与实际工程设计中采用的保温层厚度比较接近。保温层厚度的选择关系到节能建筑的造价和运行成本的经济性问题。生命周期耗费分析法计算保温层经济厚度的数学模型，考虑了建筑物在其生命周期中的采暖能耗，具有科学简单、方便等特点。当缺少采暖系统数据资料时，利用设计规范针对性和适应性较好，对于工程设计具有一定的参考和应用价值，可用于新建或旧有建筑改造以及新型保温材料的设计计算。但是在呼吁以人为本，全面协调可持续发展的今天，从经济和环境两方面综合考虑保温层厚度，应该更为合理，意义更为重大。
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