广州地区低温粮仓屋顶保温层最佳厚度影响因素分析

曹荟娟

（永城职业学院，河南 永城 476600）

1 模型的建立

1.1 屋顶非稳态传热模型

图1 给出了屋顶的传热机理示意图。

图1 屋顶的传热机理示意

假设屋顶内不存在热源，屋顶非稳态传热过程为

低温粮仓室外空气与屋顶外表面的对流传热量可表示为：

式中：qin为屋顶内表面的热流密度；Tin，air为粮仓内空气温度；Tin，wall为屋顶内表面温度。

1.2 空调能耗费用的计算

单位面积屋顶的瞬时冷负荷为：

单位面积外墙引起的制冷系统能耗费用Ec。

式中：kins为保温材料的热传导系数；Uins为设置保温层时屋顶传热系数，W/m2·K；xins是保温层厚度，m。

1.3 P1-P2 分析方法

本研究采用Duffie[1]提出的P1-P2经济分析模型，分析低温粮仓屋顶在全生命周期内的投资费用和运行费用之和的最小值。

式中：保温材料的增长率和社会折现率均取自文献[2]，i=1%，d=5%；p1为制冷系统的能耗费用与第一年制冷系统能耗费用的比值；低温粮仓屋顶保温层初投资费用与p2成正比[3]；MS为年维修费用和初投资费用之比；PWF 为折现系数；D 为首付百分比。

单位面积屋顶保温层建设成本为

投资回收期Np可以表为

2 低温粮仓屋顶保温层最佳厚度研究

粮仓的屋面结构为水泥砂浆30 mm+防水卷材4 mm+ 保温层+ 水泥砂浆20 mm+ 钢筋混凝土120 mm[3]。

表1 屋顶材料特性参数

从图2 可以看出屋顶保温层最佳厚度范围为0.079～0.170 m。

图2 最佳保温层厚度

3 保温层最佳厚度影响因素分析

影响保温层最佳厚度的因素比较复杂，本研究重点研究了COP、材料价格、制冷天数对保温层最佳厚度的影响。从图3 可以看出需要制冷天数越多，保温层厚度越大。从图4 可以看出保温材料价格和保温层厚度呈反比。从图5 可以得到空调的性能越好，保温层厚度越小。

图3 制冷天数与最佳保温层厚度的关系

图4 保温材料的价格与最佳保温层厚度的关系

图5 COP 与最佳保温层厚度的关系

图6 可以看出外部气候越恶劣，投资回收期越短。P1/P2包括保温材料的价格，投资回收期等，所以，P1/P2不同必然会导致投资回收期的不同。图7 给出投资回收期随着P1/P2越大而增大。

图6 制冷天数对最佳保温层厚度投资回收期的影响

图7 P1/P2 对最佳保温层厚度投资回收期的影响

图8 为广州命周期总投资LCC 的敏感性分析图，在影响保温层最佳厚度的三个因素中，保温材料价格增长率对LCC 的敏感度最大。

图8 LCC 敏感分析

5 结论

本研究得出的主要结论如下：

（1）广州地区低温粮仓屋顶保温层最佳厚度范围为0.079～0.170 m。

（2）保温层最佳厚度随着制冷天数、P1/P2、电价的增加而增加；随着保温材料价格和空调设备性能系数增加而降低。

（3）在影响保温层最佳厚度的三个因素中，保温材料价格增长率对LCC 的敏感度最大。