引言

我国建筑用能已达到全国能源消费总量的1/4左右，随着建筑业的不断发展和人民生活水平的提高，建造和运行使用的能源量越来越大。根据建筑能耗理论计算模型，耗热量主要由围护结构传热耗热量、空气渗透耗热量、内部得热量3部分组成，其中围护结构传热耗热量占主导地位，而外墙传热能耗约占总能耗的23%～34%[1]，可见对严寒地区建筑外墙采取保温措施是提高墙体热工性能、降低能耗的重要途径之一。随着保温层厚度的增加，外墙热工性能随之提高，建筑能耗及采暖空调费用随之降低，但同时也使得外墙建造费用增加，故保温层的厚度并非越大越好，实际工程设计中还应兼顾经济性需求。因此，在选择保温材料及确定其厚度时，不能单纯的关注降低能耗而忽略增额投资成本，也不能只考虑减少投资成本而忽略运行能耗，需要以全寿命周期成本作为指标进行权衡两者的关系，寻找出适宜的保温材料和最佳厚度，从而使增额的投资成本达到利益最大化，即全寿命周期成本最低。关于建筑外墙保温层经济厚度，国内外学者针对不同气候条件和建筑类型开展了一定的研究[2-8]，研究发现区域气候特征、建筑类型、运行方式及经济技术水平的差异性均会对保温节能需求产生影响。

Miseq测序得到的PE reads首先根据overlap关系进行拼接，同时对序列质量进行质量控制和过滤，区分样本后进行OTU聚类分析和物种分类学分析。基于OTU聚类分析结果，进行多种多样性指数分析，以及对测序深度进行检测；基于分类学信息，在各个分类水平上进行群落结构的统计。综合分析可以进行一系列群落结构和系统发育等深入的统计学和可视化分析。

本文以严寒地区某建筑改造项目为例，运用DesignBuilder能耗分析软件建立物理模型，对其在不同保温材料、不同保温层厚度情况下的全年能耗进行模拟分析，并采用全寿命周期法（LCC）确定不同类型外墙外保温系统的最佳保温层经济厚度。

1 建筑外墙外保温构造及特点

外墙作为建筑物的外表层，会受到冷热、雨雪、冰冻等一切外界气候变化的影响，外墙的性能对室内热环境会产生很大的影响。外保温是在建筑主体结构的室外低温一侧增加保温层，将容重大、质地密实的砌块砌体设于室内一侧，并在保温层外表面做保护层和饰面层的一种墙体保温系统，基本构造组成如表1所示，目前工程技术比较成熟，在我国市场占有率高达90%。

外墙外保温系统可以将建筑物的外表层“包裹”起来，对建筑主体结构起保护作用，满足建筑保温隔热性能的同时，减少外界自然条件（如温湿度、风、雨等）对主体结构的影响，可有效地提高主体结构的耐久性，延长建筑物的使用寿命。同时，保温材料设于建筑物室外低温一侧，基本消除了“热桥”的影响，减少了墙体内部产生凝结水的可能性，且位于室内一侧实体墙的热容量较大，室内受到不稳定热作用时能够吸收或释放热量，起到一定的调节作用，有利于保持室内温度的热稳定性，从而改善室内热环境质量。此外，外墙外保温技术的应用范围较广，既适用于新建建筑，也适于既有建筑的节能改造。

（2）表现在基于RFID的电子标签技术的创新与深入研发。利用其识别率高、准确率高等优势，对其畜牧产品进行精确识别。从市场角度分析，在确保畜牧产品质量的前提下，对畜牧产品进行精准定位，通过电子标签的信息读取与原有产品信息参数进行对接，判断两者信息是否一致，进而使产品生产信息不会因人为操作出现误差。

  

图2 建筑实景图

 

表1 外墙外保温构造基本组成

  

外保温构造示意图 基本组成1 内饰面2 结构层3 粘结层4 保温材料5 增强防护层6 外饰面

  

图1 三种类型保温材料的外保温构造

  

图3 DesigenBuilder中建立的模型

2 建筑外墙保温层经济厚度计算与分析

全寿命周期费用C为保温材料投资费用Cin和建筑运行供暖空调费用Co的现值总和，即C=Cin + PWF×Co。考虑到资金的时间价值，采用现值系数PWF将建筑全寿命周期内的费用转换成现值进行比较。PWF的主要影响因素包括贷款利率、通货膨胀率、保温材料使用年限等，根据公式3计算：

根据建筑物的实际情况，在DesigenBuilder能耗分析软件中建立模型，如图3所示。改造建筑的外墙为490mm实心砖墙，传热系数1.28W/m2·K；外窗为单框中空双玻塑钢窗，传热系数3.1W/m2·K，遮阳系数0.8；屋面为120mm钢筋混凝土板，上铺100mm膨胀珍珠岩保温层，传热系数0.34W/m2·K。室外气象数据来源于中国标准年气象数据库（CSWD）。冬季采暖时间设定为10月～翌年4月，集中供暖系统，运行/输送效率为0.65；夏季空调运行时间设定为7～8月，制冷设备采用离心式冷水机组，机组效率COP为4.2。采暖空调设计参数的设置如表2所示，基于《公共建筑节能设计标准（GB50189）》中附录B的数据，设定其它相关参数 [10、11]。

式中：Co—建筑运行费用；Q—模拟软件输出的建筑采暖和制冷能耗；Pe—能源价格，当地电价取值为0.82元/KWh，煤炭价格（折算为标准煤）取值为730元/吨；e—设备运行/输送效率。

2.1 模型建立及参数设置

1 单击打开图像按钮，将处理过后的眩光素材在Photoshop主界面中打开。依次使用快捷键Ctrl+A和Ctrl+C全选并拷贝高光素材。

模拟研究中选择严寒地区建筑外墙改造中常用的三种类型保温材料，其热工性能及相关参数如表3所示，保温材料的厚度取值范围为0mm～120mm，以10mm为变化步长，每种保温材料形成12个设计方案。

实施党员“三评议”写实考核加强房地产企业党员的教育管理………………………………………………………………于 峰（10.48）

2.2 全寿命周期费用计算

全寿命周期费用（LCC）是一种实现建筑全寿命周期内各个阶段总成本最小化的理论体系，是为了从各个设计方案中筛选出全寿命周期成本最低的方案。采用全寿命周期成本法中的现值系数（PWF）对建筑全生命周期费用进行研究。全寿命周期中建造成本和运行成本所占比重最大，故本文计算的全寿命周期费用C由保温材料投资费用Cin和运行供暖空调费用Co两部分组成。

 

表2 采暖空调设计参数

  

项目 开放办公区 独立办公区 走道夏季室内设计温度（℃） 26 26 26冬季室内设计温度（℃） 20 20 20人均占有面积（m2/人） 5 10 20人均新风量（m3/h·人） 30 40 10设备功率密度（W/m2） 20 13 0照明功率密度（W/ m2） 9 9 5

 

表3 三种保温材料的热工性能及相关参数

  

注：上述取值参考市场调研及文献调研

 

保温材料类型 XPS板 PUR板 喷涂PUR导热系数 0.030 W/m·K 0.022 W/m·K 0.028 W/m·K单位体积价格 650元/m3 1000元/m3 800元/m3厚度取值范围 0～120mm（步长10mm）

  

图4 三种类型保温材料的Cin、Co、C随保温层厚度的变化曲线

保温材料投资费用Cin包括材料本身费用和材料的运输、施工费用等，计算保温材料初始投资费用时将两部分分别考虑，根据公式1计算：

 

式中：Cin—保温材料投资费用；S—采用保温材料的外墙面积，该案例中改造外墙面积为1827.58m2；d—保温材料厚度；Pi—不同保温材料的价格，按表3取值；Ce—单位面积保温材料的建造费用（含运输、施工费等），取 4 0元 /m2。

建筑运行费用Co是指建筑使用过程中供暖空调产生的费用，针对严寒地区公共建筑，运用DesignBuilder能耗分析软件输出冬季采暖能耗和夏季制冷能耗数据，根据公式2计算：

 

黔东南州在鼓励民间资本参与水土保持种植业建设的同时，发展茶叶、蓝莓、太子参等相关产品深加工及衍生产业，尽量延长产业链条，较好地解决了大规模发展单一产业可能出现的产销过剩和价格暴跌问题，降低了投资风险。截至2012年，该州各县已引进深加工企业100多个，建成加工厂80多个。

由于外墙外保温系统的保温层位于室外低温一侧，故对保温材料的性能要求较高。目前，我国保温隔热材料的种类较多，严寒地区建筑外墙外保温材料的选择以导热系数小的有机保温材料为主，例如挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）、聚氨酯硬质泡沫塑料板（PUR板）、现场喷涂硬泡聚氨酯（喷涂PUR）等。有机保温材料的化学组成决定了这类保温材料具有轻质、保温、隔热、吸湿率低等良好的性能，在严寒和寒冷地区有较长的使用历史[9]。三种常用保温材料的外墙保温系统构造如图1所示。

本文以位于严寒地区（A区）的伊春市某既有多层办公建筑改造项目为例进行保温层经济厚度的计算分析。该建筑层数为3层，砖混结构，建筑面积为2039.7m2，体型系数0.27，建筑南北朝向的窗墙面积比0.33、东西朝向的窗墙面积比0.22，为了提高建筑的保温隔热性能，采用外墙外保温技术进行墙体热工性能提升改造，建筑实景如图2所示。

 

式中：I—贷款利率，取7.0%[12]；g—通货膨胀率，取 2.0%[12]；I＊—贴现率，由 I＊=（I-g）/（1+g）得出I＊=4.9%；N—保温材料使用年限，取N=20年。根据公式3计算得出PWF=13.76。

2.3 保温层经济厚度计算结果分析

结合前文的参数设定和费用计算，得出保温材料投资费用Cin、建筑运行费用Co、全寿命周期费用C随保温材料厚度的变化曲线如图4所示。从图中可以看出，随着保温层厚度的增加，保温材料投资费用Cin呈线性增长趋势；建筑运行费用Co呈下降趋势，但变化逐渐趋于平缓，表明当保温层厚度增加到一定程度之后，对节能的贡献率越来越小。此时，应以全寿命周期费用作为保温层经济厚度判断依据，即全寿命周期费用达到最小值时所对应的厚度。由图可知全寿命周期费用C随着保温层厚度变化呈先降低后增加的趋势，存在最小值。

  

图5 保温层厚度d与全寿命周期费用C的拟合曲线

为了得出更精确的保温层经济厚度值，将三种保温材料的保温层厚度d与全寿命周期费用C进行拟合（图5），得出：XPS板的拟合函数为C= 0.0097d4-0.3339d3+4.455d2-26.773d+710.98（R2=0.9987）；PUR 板的拟合函数为C=0.0126d4- 0.4233d3+5.4242d2-28.354d+705.42（R2=0.9962）；喷涂PUR的拟合函数为C= 0.01d4-0.3445d3+4.5915d2-26.491d+709.74（R2= 0.9985）。通过对拟合函数的最小值进行求解，得出全寿命周期费用C达到最低时对应的保温层厚度分别为73mm、47mm、59mm。根据保温材料的常规规格，三种保温材料的经济厚度取值及相关指标如表4所示。

 

表4 三种保温材料经济厚度的相关指标

  

全寿命周期费用（元/ m2）XPS板 70 49.62 600.60 650.21 PUR板 50 52.23 602.22 654.44喷涂PUR 60 51.07 603.93 655.00保温材料经济厚度取值（mm）保温材料投资费用（元 /m2）建筑运行费用（元/ m2）

需要说明的是，上述经济厚度取值是基于选取的严寒地区伊春市某多层公共建筑设定的相关参数，若围护结构其他部位也进行改造，或保温材料价格、能源价格等经济性因素发生变化，则保温层经济厚度可能会有所不同，但可参照此方法进行计算分析。

本研究中，研究对象年龄、冠状动脉狭窄程度的比例等情况统计使用IBM SPSS Statistics 21.0完成。

结论

外墙外保温技术是提升严寒地区建筑墙体热工性能的重要途径之一，兼顾节能性和经济性双重目标，本文以严寒地区城市伊春市某多层公共建筑外墙改造设计为例，应用DesignBuilider能耗模拟分析和全寿命周期分析法，得出采用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）、硬质聚氨酯泡沫塑料板（PUR板）、现场喷涂硬泡聚氨酯（喷涂PUR）三种类型材料作为保温材料时，保温层的最佳经济厚度分别为70mm、50mm、60mm，为严寒地区建筑外墙保温层经济厚度的计算与分析提供了参考。

图、表来源

文章中所有图、表均由作者拍摄或绘制。

参考文献

[1]荆有印，柴保双，宋燕，等. 寒冷地区外墙保温对建筑负荷的影响及经济保温层厚度的确定[J]. 建筑科学，2007,23(12)：42-44.

[2] Derya B. Özkan, Cenk Onan. Optimization of insulation thickness for different glazing areas in buildings for various climatic regions in Turkey [J].Applied Energy, 2011，88(4)：1331-1342.

[3] Daouas N. A study on optimum insulation thickness in walls and energy savings in Tunisian buildings based on analytical calculation of cooling and heating transmission loads [J]. Applied Energy, 2011，88(1)：156-164.

[4] Ö. Altan Dombaycı, Gölcü M, Pancar Y. Optimization of insulation thickness for edternal walls using different energy-sources [J]. Applied Energy, 2006,83(9)：921-928.

[5]赵迎杰，陈友明，刘向伟. 夏热冬冷地区墙体保温层厚度优化方法[J]. 建筑科学，2017，33(4)：77-84.

[6]王瀛，戚建强，蒋荃，等. 寒冷地区公共建筑外墙的节能性与经济性研究[J]. 建筑节能，2014(8)：107-110.

[7]赵华，金虹. 采暖建筑节能复合围护结构与保温材料经济性的研究[J]. 哈尔滨建筑大学学报，2001，34(2)：83-86.

[8]朱桐，宋波，邓琴琴. 建筑高性能外墙外保温经济厚度分析[J]. 建筑科学，2015，31(6)：75-79.

[9]张巨松，金亮，朱林. 无机保温材料在建筑节能工程中的应用[J]. 辽宁建材，2011(2)：17-22.

[10]中华人民共和国住房和城乡建设部. 公共建筑节能设计标准（GB50189）[S]. 中国建筑工业出版社，2015.

[11]耿幼明. 既有办公建筑围护结构节能改造研究[D]. 重庆：重庆大学，2015.

[12] Ala Hasan, Mika Vuolle, Kai Siren. Minimization of life cycle cost of detached house using combined simulation and optimization, Building and Environment,2008(43)：2022-2034.