间歇运行对严寒地区高校老旧学生公寓外墙保温层厚度的影响

张天文，苗 绘

(1.长春工程学院学生工作处，长春 130012； 2长春工程学院国际教育学院，长春 130012)

间歇运行对严寒地区高校老旧学生公寓外墙保温层厚度的影响

张天文1，苗 绘2

(1.长春工程学院学生工作处，长春 130012； 2长春工程学院国际教育学院，长春 130012)

以沈阳高校老旧学生公寓为例，综合分析了严寒地区高校学生公寓的使用特点，并运用全寿命周期费用分析法，分析采暖系统的运行模式，并在充分考虑能源价格波动的影响下，对该区域的高校老旧学生公寓外墙保温层厚度进行了优化和设计。通过计算和实际操作得出：在供暖系统间歇运行的状况下，严寒地区高校学生公寓外墙的保温层厚度取40 mm为宜。

间歇运行；严寒地区；住宅；外墙保温层

0 概述

近年来，随着自然环境的恶化，使得极端严寒天气出现的频率逐渐增高，这需要我国的建筑行业全面掌握严寒地区建筑外墙保温层的厚度，尤其是高校学生公寓，这里居住着来自全国各地的莘莘学子，舒适的冬季居住环境有利于他们的学习和成长，因此，要重视严寒地区高校老旧学生公寓的改造。基于我国严寒地区的自然气候条件，这一区域的耗热量往往占到建筑取暖能耗的1/3以上，在建设过程中需要加强建筑围护结构的构建。为此，建筑单位在实际的建筑设计以及建设作业过程中，加强了建筑外墙的节能，以保证建筑物热的低消耗和低排放，以促进相关效益的取得。目前，我国严寒区域的高校在对老旧学生公寓进行升级改造的设计和建设过程中，加强了对于外墙保温层厚度的优化与设计，减少了能源的消耗。本文以沈阳地区高校一老旧学生公寓为例，运用全寿命周期费用分析法和建筑模型进行了相关的操作，并在考虑能源价格波动的情况下，计算了严寒地区高校学生公寓外墙保温层的最佳厚度。

1 建筑模型及围护结构参数分析

1.1 分析对象选取

在对间歇运行对严寒地区高校学生公寓外墙保温层厚度影响因素分析的过程中，以沈阳地区一高校学生公寓为例，展开相关研究。沈阳地区的高校学生宿舍多为6层及以下建筑，我们选用一具有代表性的6层学生公寓为蓝本，并构建建筑模型。

该公寓建于20世纪80年代，每层有25个房间，1个卫生间，2个楼梯间，内层楼高3.3m，总建筑面积3 375. 54m2。

1.2 参数的确定

1.2.1 基准建筑参数

在基准建筑参数的设定过程中，我们对该公寓进行了实地调研、相关操作和总结，得出的具体参数内容见表1。

表1 节能建筑围护结构基本参数

1.2.2 节能建筑参数

依据在进行节能建筑参数确定的过程中，由于本文的研究核心是学生公寓外墙保温层的厚度，所以在分析研究的过程中，主要依据JGJ26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》,公寓外墙所使用的是EPS板薄抹灰外保温技术，具体如图1所示。

图1 外墙保温构造

2 建筑能耗模拟

2.1 室外计算参数

沈阳市位于东经123°23′，北纬41°48′。依据建筑热工分区的相关标准，该区属于严寒地区C区。在进行室外参数计算的过程中，主要借助高科技软件设施DeST-h获取到相关的气象参数，以利于各项工作的有序开展。

DeST-h在实际的运用过程中能够充分考虑到人的创造性以及计算机的计算、分析能力，并在此基础之上将两者有机地结合起来，实现了“全工况分析”以及“分阶段模拟”。

所谓“全工况分析”，指的是对建筑的热环境、设备的性能等进行全年逐时的动态模拟分析。而“分阶段模拟”则是将空调系统的设计过程分为建筑设计、系统方案设计、设备选择、输配系统设计等阶段。在每一阶段，设计者通过对不同方案的模拟校核计算，对比地选择出更为理想的设计方案。此外，在DeST-h中，设计研究人员能够对建筑区域的遮阳、通风、天空背景、辐射等因素进行全面的了解，从而使住宅类建筑的模拟计算更符合实际情况，反映被模拟建筑的真实能耗状况。关于DeST-h的运行页面，如图2所示。

2.2 室内计算参数

在进行宿舍建筑的室内参数计算的过程中，需要技术人员进行分区处理、分析以及计算。在实际的处理过程中，宿舍为采暖空间，而卫生间、楼梯间不供暖。基于这样的状况，需要确保室内供暖的温度控制在18 ℃，而室内的温度下限则是16 ℃。此外，还需要确保房间与外界以及房间之间的互相通风。

图2 DeST-h的运行页面

沈阳地区的供暖时间段为前一年的11月1日00：00—次年的3月31日24：00，这个时间段学生有寒假，一般高校的寒假时间为1月中旬—2月中旬，在此期间进行的是低能耗供暖，供暖以煤炭为主要热源。

3 模拟结果计算分析

3.1 模拟结果

在模拟过程中，对基准建筑的保温层厚度从20～80mm之间变化进行了能耗的模拟，总结了7种不同保温层厚度的能耗量，将相关数据进行了总结，并绘制了相关的折线图，具体如图3所示。

图3 保温层厚度对建筑耗热量指标的影响

3.2 计算分析

不同厚度的保温层节能效果的对比分析，需要从相关的节能率以及采暖耗煤量两个方面进行。一般需要对围护结构节能率、建筑综合耗热量指标以及建筑采暖耗煤量指标进行计算。

3.2.1 围护结构节能率

在进行围护结构节能率计算的过程中，参照

ηwn=(Q0-Qn)/Q，

(1)

式中：ηwn一般指的是EPS保温板围护结构节能率；Q指的是综合耗热量指标，单位是W/m2；Q0则是耗热量指标，单位是W/m2；Qn指的是不同厚度的EPS保温板节能建筑的耗热量指标，单位是W/m2。

3.2.2 建筑综合耗热量指标

在进行建筑综合耗热量指标计算的过程中，则按照公式

(2)

式中：η1指的是室外管网输送效率，一般取值为0.85;η2是锅炉运行效率，依据沈阳市的燃煤供暖的

相关规定，其基本取值为0.55。3.2.3 建筑采暖耗煤量指标

在进行该指标的计算、分析作业的过程中，需要按照

Qc=Qq/(SjHeη1η2)，

(3)

进行相关的操作。式中：Qc通常指代采暖耗煤量指标(W/m2)；Qq则是全年累计热负荷(W/m2)；Sj是高校学生宿舍的建筑面积，取值为3 375.54 m2；He是标准的煤热值，目前取值为8.14 kW·h/kg。

依据上述的公式，结合收集到的相关数据，对不同保温层厚度外墙热负荷进行了计算分析，其具体内容见表2(1 K=4.19 J)。

表2 不同保温层厚度外墙热负荷

通过对表2的分析可以得知：不论是否考虑寒假采暖，随着保温层的增加，建筑耗热量指标都是减少的，但是减少的幅度越来越小，而随着保温层厚度的增加，初投资却不断增加，故需要确定一个最佳的经济保温层厚度。

4 经济保温层厚度的确定

通过上述的模拟分析、计算可知，各大高校在进行老旧学生公寓的设计以及改造的过程中，加强了外墙保温技术的运用，随着保温层厚度的不断增加，外墙保温对建筑耗热量的指标却呈现出明显的降低趋势。事实也说明在外墙保温层增加到一定厚度后，往往只能导致相关投资成本的增加，保温效果并不会更显著。为此，为了学生公寓建筑保温效果的提升以及相关投资的降低，需要对初投资以及运行费用进行综合考量，在此基础之上确定学生公寓建筑的最佳保温层厚度。对比我们采用了全寿命周期费用的评价方法(LifeCycleCostAnalysis)。

4.1 全寿命周期费用计算

在进行全寿命周期费用计算的过程中，首先要加强对外墙保温系统的全寿命周期的成本模型的构建。

该模型的具体内容为：LCC=C+Y。

在上述的模型结构中，C指的是初投资模型。一般而言，初投资主要包含：前期准备费用、建造费用、购置费用。在这三大要素之中，又以购置和施工费用对外墙保温系统的影响力度更大。

此外，Y指的则是运行维护费用模型。在运行维护费用中，往往还包含有使用费用以及维护费用。关于运行维护费用模型的运行方程式，具体如式(4)：

(4)

式中：Y0指的是运行维护费用年值，单位为元；Pm是标准煤单价，元；Qc是采暖耗煤量指标(kg/m2)；Sj是建筑面积3 375. 54 m2。

4.2 保温层经济厚度的确定

在进行保温层经济厚度的确定过程中，主要针对寒假采暖以及寒假不采暖两种情况进行了对比分析。在这样的状况下，笔者对这两种情况下的初投资、运行费用以及全寿命周期费用进行了分析，具体内容如图4～5所示。

图4 不同保温厚度的全寿命周期费用(寒假采暖)

图5 不同保温厚度的全寿命周期费用(寒假不采暖)

在实际分析过程中，将所需煤炭资源的价格定为700元/t，这样，寒冷地区高校学生公寓外墙保温层的最佳经济厚度往往为50 mm；但是在不考虑寒假采暖的情况下，寒冷地区高校学生公寓外墙保温层的最佳经济厚度则是30 mm。

4.3 能源价格波动对保温层经济厚度的影响

基于社会主义市场经济体制的自身特点，使得煤炭资源在销售的过程中往往会因为销售区域的不同而出现市场价格的差异。此外，随着市场供求关系的变化，使得煤炭资源的价格还在一定程度上出现阶段波动性。

本文在对间歇运行对寒冷地区高校学生公寓外墙保温层厚度的影响分析进行研究的过程中，预计煤价的价格变动区间在160～1 000元/t之间。基于此，以100元为步长，计算出不同煤价下，墙体外保温最佳保温层经济厚度的大小。

通过对相关的计算及结果的总结分析可以得知：随着我国煤价的不断降低，我国寒冷地区高校学生宿舍外墙的最佳保温层经济厚度会呈现出不断增大的趋势。此外，当初投资的增加量完全大于运行费用的减少量时，技术人员在进行学生宿舍外墙设计以及建设的过程中可以不设保温层；但是一旦初投资的增加量呈现出小于运行费用减少量的趋势之时，学生宿舍外墙的最佳保温层经济厚度的取值将取决于运行费用的大小。

此外，在分析间歇运行对寒冷地区高校老旧学生公寓外墙保温层厚度的影响的过程中，无论其是否对寒假采暖进行考量，公寓墙体保温层的经济厚度往往在标准煤价的区段内表现为定值。不仅如此，能源价格对保温层经济厚度的取值往往产生了十分明显的影响。

整个寒假阶段都处于我国严寒地区冬季采暖作业过程中，所以在对间歇运行对严寒地区高校老旧学生公寓外墙保温层厚度影响的研究和实施过程中，无需对寒假采暖问题进行考量，这样既能促进建筑能耗的节约，又能促进全寿命周期费用的大幅度降低。通过研究以及对计算结果分析可以得知：在墙体保温层处于经济厚度40 mm时，对于20世纪80年代的建筑，围护结构所分担的节能率为39.74%。

5 结语

通过间歇运行对严寒地区高校学生公寓外墙保温层厚度影响的优化和分析可知，由于在供暖期间高校学生寒假的存在，并为了减轻空气污染，供暖可以采用间歇性运行模式，高校学生公寓建筑的最佳保温层厚度与采暖设备连续运行的普通住宅存在着一定的差异。在考虑寒假不供暖的情况下，结合当前我国的煤炭资源市场价格，严寒地区高校老旧学生公寓外墙保温层厚度一般以40 mm为宜。最终影响学生公寓最佳保温层经济厚度的因素取决于初投资以及运行费用。

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The Influence of Intermittent Operation on Thickness of Exterior Insulation Layer of Old Students’ Apartment in Colleges in Severe Cold Area

ZHANG Tian-wen

(DepartmentofStudentAffairs，ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012，China)

Taking the old students’ apartments in the severe cold regions in Shenyang as an example，this paper analyzes the using characteristics of the students’ apartments in the severe cold regions，and analyzes the operation mode of the heating system by means of the life cycle cost analysis method.After fully considering the energy price fluctuation，it makes the optimization and design to the thickness of exterior insulation layer of old students’ apartment in colleges in these regions.Through the calculation and practical operation，it concludes that during intermittent operation the insulation layer thickness of the exterior wall in the students’ apartment in severe cold area is better in 40 mm.

intermittent operation；severe cold area；housing；exterior wall insulation layer

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.04.015

2016-09-20

吉林省社会科学基金博士扶持项目(2016BS1) 吉林省教育科学规划课题(2016GH16273)

张天文(1982-)，男(汉)，吉林农安，在读博士 主要研究管理学。

TU111.4

A

1009-8984(2016)04-0056-05