外墙干挂保温系统的生命周期成本分析

陈鹏刚,程海峰,刘　凯

(安徽建筑大学环境与能源工程学院,安徽　合肥　230601)



外墙干挂保温系统的生命周期成本分析

陈鹏刚,程海峰,刘凯

(安徽建筑大学环境与能源工程学院,安徽合肥230601)

介绍了四种常用外墙干挂保温系统的基本构造、性能参数和建造成本，建立了外墙干挂保温系统生命周期成本分析的数学模型，并利用该模型分析了这四种常用外墙干挂保温系统的生命周期成本。结果表明，四种常用外墙干挂保温系统中，铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统传热系数最少，保温效果最好；彩钢板干挂外墙保温系统生命周期成本最低。

外墙干挂保温；生命周期成本；建筑节能；经济效益

当前，建筑能耗占社会总能耗的25%左右，随着中国城市化水平的加快，这一比率还将继续提升。实现节能65%的目标，重点在于提高建筑围护结构的保温隔热性能，而外墙干挂保温系统以其独特的优势代表着外墙保温技术未来的发展方向[1]。外墙干挂保温系统能够很好提高外墙的保温隔热性能，降低建筑负荷和建筑运营的费用，但如此同时也增加了初始建设成本。所以需要从全生命周期考虑外墙干挂保温系统的成本和效益。

外墙干挂保温系统不用灌浆粘贴而是用金属挂件将饰面材料吊挂在墙面之上或者空挂在钢架之上。常见的外墙保温干挂系统有保温装饰一体化系统，如铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统;聚氨酯夹芯彩钢板干挂外墙保温系统;保温、装饰相互独立的外墙干挂保温系统，如石材干挂外墙保温系统、铝板干挂外墙保温系统、玻璃幕墙外墙保温系统[2]。

生命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis,简称LCCA)是一种经济评价方法，全面统计建筑物建造、运营，维护修理和拆除的全生命过程成本[3]。本文介绍了合肥地区五种常用的外墙干挂保温系统的构造、热工性能和建造成本，建立了外墙干挂保温系统生命周期成本分析的数学模型，并利用该模型分析了合肥地区常用五种外墙干挂保温系统的生命周期成本。

1　外墙干挂体保温系统

金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙保温系统、石材干挂外墙保温系统、彩钢板干挂外墙保温系统、铝板干挂外墙保温系统、玻璃幕墙外墙保温系统。

1.1保温装饰一体化干挂外墙系统

铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙保温系统是通过使用龙骨干挂的方法将聚氨酯保温装饰一体化保温板固定在建筑基层墙体上，实现保温与装饰双重目的的保温系统[4](见图1)。采用钢筋混凝土为基础墙体，从而得到其性能参数如表1所示。

图1　铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统构造图

构造做法厚度∕mm导热系数∕(W·m-2·k-1)修正系数热阻∕(m2·k·W-1)混合砂浆200.8710.023钢筋混凝土2001.75610.114空气层250.14罗宝板400.0271.11.34

1.2石材干挂外墙保温系统

石材干挂外墙保温系统主要由墙体结构层、保温层、饰面层三部分组成。安装方法首先进行龙骨的安装，安装完毕后，在龙骨施工完毕后，在龙骨夹层中铺贴保温层，保温材料大多使用防火岩棉；最后进行石材外装饰面的固定(见图2)。

图2　石材干挂外墙保温系统构造图

采用钢筋混凝土为基础墙体，保温层选用常用的岩棉板，保温层厚度为50 mm、石材厚度为30 mm，从而得到其性能参数如表2所示。

表2　石材干挂外墙保温系统性能参数

1.3彩钢板干挂外墙保温系统

彩钢板干挂外墙保温系统构造类似铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统。饰面层大多使用夹芯彩钢板，市场上主要的夹芯钢板有泡沫彩钢板、岩棉彩钢板、聚氨酯彩钢板、纸蜂窝夹芯板、玻璃棉彩钢板。其中聚氨酯夹芯板由上下层彩钢板加中间发泡聚氨酯组成，具有良好的保温、隔热、隔音效果，聚氨酯作为防火材料不助燃，聚氨酯夹芯彩钢板在市场上使用最为广泛(见图3)。

图3　聚氨酯夹芯彩钢板干挂外墙保温系统构造图

采用钢筋混凝土为基础墙体、聚氨酯夹芯彩钢板厚度为25mm，从而得到其性能参数如表3所示。

表3　聚氨酯夹芯彩钢板干挂外墙保温系统性能参数

1.4铝板干挂外墙保温系统

铝板干挂外墙保温系统构造同石材干挂外墙保温系统类似，由墙体结构层、保温层、铝板饰面层三部分组成，其中饰面层采用铝板(见图4)。

图4　铝板干挂外墙保温系统构造

采用钢筋混凝土为基础墙体、保温层使用常用的岩棉板，保温层厚度为50 mm、铝板厚度为3 mm，从而得到其性能参数如表4所示。

表4　铝板干挂外墙保温系统性能参数

1.5保温系统的建造成本

采用工程量清单计价的方法，得到各种外墙干挂保温系统的建造成本如表5所示。

表5　外墙干挂保温系统的建造成本　元

2　数学模型

外墙干挂保温系统的生命周期成本包括外墙干挂保温系统的初始建设成本、运行成本、维护修理成本、剩余残值和拆除成本。外墙干挂保温系统的剩余残值在目前技术下，很难再利用，故暂不考虑其残值，得到生命周期成本的通用公式：生命周期成本=初始建设成本+运行成本+维护修理成本+拆除成本

LCC=IC+OC+MC+DC

(1)

2.1运行成本

外墙外保温系统的运行成本即外墙外保温系统传热引起的耗能费[5]。本文利用采暖、空调度日数计算外墙的冷热负荷，根据冷热负荷计算耗能费用。

由文献[6-7]分别得到夏热冬冷地区单位面积的外墙冬、夏季年负荷公式

Qw=k×HDD18×24/1000,Qs=k×CDD26×24/1000

(2)

式中：Qw、Qs分别为采暖、空调年负荷，(kW·h)/m2；HDD18、CDD26分别为采暖、空调度日数℃·d。

采用家用空气源热泵空调进行温度调节，单位面积外墙采暖和制冷的空调耗能费用公式分别为

Cw=QwCe/COP,Cs=QsCe/EER

(3)

式中：Cw、Cs分别为冬季、夏季空调能耗费用，元/m2；Ce为商业用电价格，元/kWh；COP 为空调制热能效比；EER 为空调制冷能效比。

考虑资金的时间价格，要将资金的将来值折现为现值，引入生命周期现值因子

PWF = (1-(1+I)-N) /I

(4)

(5)

式中：i为利率，g为通货膨胀率

最终得到生命周期时间内单位面积外墙外保温的运行费用

OC=(Cw+Cs)·PWF

(6)

2.2维护修理成本

根据文献[8]67-71，外墙干挂外保温系数的维护修理成本采用一个固定值，平均分摊到生命周期内的第一年。维护修理成本

(7)

2.3拆除成本

外墙干挂保温系统的拆除成本按照安装人工费的40%计算，由于拆除成本发生在保温系统拆除的时候，需要引进一次支付现值公式

P=F(P/F,i,n)=F[1/(1+i)n]

(8)

DC=40%·LC[1/(1+i)n]

(9)

式中：LC为外墙干挂保温系统安装人工费；n为保温使用年限；i为利率。

3　讨论和应用

针对合肥地区，选择的参数如下：在正确使用和正常维护的条件下，外墙干挂保温工程的使用年限为30年，则生命周期n取30；以2013年为例，通货膨胀率为2.63，货款利率为6.55，从而计算生命周期内的现值因子为17.68；根据文献[10]得到合肥地区采暖度日数HDD18为1 397℃·d,合肥地区空调度日数CDD26为186℃·d；根据文献[8]67-71W为9%；合肥地区的商业用电价格为0.839 7元/kWh；选定空气源热泵空调的EER为3.0，COP为3.0；空调运行时间为每天8小时。根据这些参数得到计算结果如表6所示。

表6　常用外墙干挂保温系统生命周期成本分析

从表6可知：采用钢筋混凝土墙体为基层墙体，得到三种外墙干挂保温系统的传热系数非常少，保温性能良好，其中铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统的传热系数最少为0.55W/(m2·k)，保温效果最好;彩钢板干挂外墙保温系统传热系数最大为1.142W/(m2·k)，保温效果较其他三种系统最差。四种外墙干挂保温系统的生命周期成本中，彩钢板干挂外墙保温系统生命周期成本最少为609.251元，石材干挂外墙保温系统的生命周期成本最高为1 018.646元。

4　结论

(1)运用生命成本分析法，建立了外墙干挂保温系统的生命周期成本分析数学模型，该模型能够合理的评价外墙干挂保温系统的生命周期成本，为外墙干挂保温系统方案的选择提供有效的依据。

(2)在合肥地区四种常用的外墙干挂保温系统中，铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂外墙系统传热系数最少，保温效果最好；彩钢板干挂外墙保温系统生命周期成本最低。

[1]王槐超,张玮. 干挂保温系统的热工比较[J]. 建筑节能,2006,06(6):14-16.

[2]张举.夏热冬冷地区外墙保温装饰一体化系统热工性能及热桥研究[D].合肥,安徽建筑大学,2014.[3]束庆,张旭.生命周期评价和生命周期成本分析的整合方法研究[J].同济大学学报,2003,04(4):81-86.

[4]高瑞凯. 空气间层对“一体化”外墙保温系统性能影响的研究[D].合肥：安徽建筑大学,2014.

[5]郑鸿. 夏热冬冷地区混凝土小型空心砌块墙体保温与节能分析[D].杭州：浙江大学,2006.[6]董孟能,田学春,吕忠. 墙体自保温体系生命周期成本及经济效益分析[J]. 新型建筑材料,2010,09:26-29.

[7]KEMA LCOMAKI,BDERI YUKSE. Optimum insulation thickness of external walls for energy saving[J].Applied Thermal Engineering,2003,23:473-479.

[8]吕涛,李善波. 基于全寿命周期的外墙外保温材料成本比较研究[J]. 广东技术师范学院学报,2013,03:67-71.

[9]中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005:98-99.[10]许建柳,何嘉鹏,孙伟民.南京建筑围护结构保温层经济厚度计算研究[J]. 暖通空调,2008,01:49-51.

(责任编辑：李丽,吴晓红)

The mathematical models of life cycle cost analysis of dry-hanging exterior wall thermal insulation system

CHEN Gang-peng,CHENG Hai-feng,LIU Kai

(Anhui University of architecture and industry ，Hefei Anhui 230601,China)

The basic structures 、performance parameters and construction costs of four common dry-hanging wall thermal insulation systems were introduced in the article，establishes the life cycle cost analysis mathematical models of these four systems, and analyses the life cycle costs of these systems on the basis of these mathematical models. The results show that heat transfer coefficient of aluminum alloy polyurethane integration of dry-hanging exterior wall thermal insulation decoration system is the least, and heat preservation is the best; the life cycle cost of the color plate dry-hanging exterior wall thermal insulation system is the lowest.

dry-hanging wall thermal insulation;life cycle cost;building energy conservation;economic benefit

2015-05-16

“十二五”国家科技支撑计划子课题“铝合金聚氨酯外墙保温装饰一体化系统关键技术研究与示范”基金资助项目(2011BAJ03B04-3(0001)

陈鹏刚(1991-)，男，安徽枞阳人，在读硕士，研究方向：建筑节能。

TU74

A

1672-1098(2016)04-0064-05