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(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)生工作處，長(zhǎng)春 130012； 2長(zhǎng)春工程學(xué)院國(guó)際教育學(xué)院，長(zhǎng)春 130012)

間歇運(yùn)行對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)高校老舊學(xué)生公寓外墻保溫層厚度的影響

張?zhí)煳?，苗 繪2

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)生工作處，長(zhǎng)春 130012； 2長(zhǎng)春工程學(xué)院國(guó)際教育學(xué)院，長(zhǎng)春 130012)

以沈陽(yáng)高校老舊學(xué)生公寓為例，綜合分析了嚴(yán)寒地區(qū)高校學(xué)生公寓的使用特點(diǎn)，并運(yùn)用全壽命周期費(fèi)用分析法，分析采暖系統(tǒng)的運(yùn)行模式，并在充分考慮能源價(jià)格波動(dòng)的影響下，對(duì)該區(qū)域的高校老舊學(xué)生公寓外墻保溫層厚度進(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算和實(shí)際操作得出：在供暖系統(tǒng)間歇運(yùn)行的狀況下，嚴(yán)寒地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻的保溫層厚度取40 mm為宜。

間歇運(yùn)行；嚴(yán)寒地區(qū)；住宅；外墻保溫層

0 概述

近年來(lái)，隨著自然環(huán)境的惡化，使得極端嚴(yán)寒天氣出現(xiàn)的頻率逐漸增高，這需要我國(guó)的建筑行業(yè)全面掌握嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻保溫層的厚度，尤其是高校學(xué)生公寓，這里居住著來(lái)自全國(guó)各地的莘莘學(xué)子，舒適的冬季居住環(huán)境有利于他們的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)，因此，要重視嚴(yán)寒地區(qū)高校老舊學(xué)生公寓的改造。基于我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)的自然氣候條件，這一區(qū)域的耗熱量往往占到建筑取暖能耗的1/3以上，在建設(shè)過(guò)程中需要加強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。為此，建筑單位在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)以及建設(shè)作業(yè)過(guò)程中，加強(qiáng)了建筑外墻的節(jié)能，以保證建筑物熱的低消耗和低排放，以促進(jìn)相關(guān)效益的取得。目前，我國(guó)嚴(yán)寒區(qū)域的高校在對(duì)老舊學(xué)生公寓進(jìn)行升級(jí)改造的設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中，加強(qiáng)了對(duì)于外墻保溫層厚度的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，減少了能源的消耗。本文以沈陽(yáng)地區(qū)高校一老舊學(xué)生公寓為例，運(yùn)用全壽命周期費(fèi)用分析法和建筑模型進(jìn)行了相關(guān)的操作，并在考慮能源價(jià)格波動(dòng)的情況下，計(jì)算了嚴(yán)寒地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層的最佳厚度。

1 建筑模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

1.1 分析對(duì)象選取

在對(duì)間歇運(yùn)行對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層厚度影響因素分析的過(guò)程中，以沈陽(yáng)地區(qū)一高校學(xué)生公寓為例，展開(kāi)相關(guān)研究。沈陽(yáng)地區(qū)的高校學(xué)生宿舍多為6層及以下建筑，我們選用一具有代表性的6層學(xué)生公寓為藍(lán)本，并構(gòu)建建筑模型。

該公寓建于20世紀(jì)80年代，每層有25個(gè)房間，1個(gè)衛(wèi)生間，2個(gè)樓梯間，內(nèi)層樓高3.3m，總建筑面積3 375. 54m2。

1.2 參數(shù)的確定

1.2.1 基準(zhǔn)建筑參數(shù)

在基準(zhǔn)建筑參數(shù)的設(shè)定過(guò)程中，我們對(duì)該公寓進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研、相關(guān)操作和總結(jié)，得出的具體參數(shù)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本參數(shù)

1.2.2 節(jié)能建筑參數(shù)

依據(jù)在進(jìn)行節(jié)能建筑參數(shù)確定的過(guò)程中，由于本文的研究核心是學(xué)生公寓外墻保溫層的厚度，所以在分析研究的過(guò)程中，主要依據(jù)JGJ26—2010《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,公寓外墻所使用的是EPS板薄抹灰外保溫技術(shù)，具體如圖1所示。

圖1 外墻保溫構(gòu)造

2 建筑能耗模擬

2.1 室外計(jì)算參數(shù)

沈陽(yáng)市位于東經(jīng)123°23′，北緯41°48′。依據(jù)建筑熱工分區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)C區(qū)。在進(jìn)行室外參數(shù)計(jì)算的過(guò)程中，主要借助高科技軟件設(shè)施DeST-h獲取到相關(guān)的氣象參數(shù)，以利于各項(xiàng)工作的有序開(kāi)展。

DeST-h在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中能夠充分考慮到人的創(chuàng)造性以及計(jì)算機(jī)的計(jì)算、分析能力，并在此基礎(chǔ)之上將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了“全工況分析”以及“分階段模擬”。

所謂“全工況分析”，指的是對(duì)建筑的熱環(huán)境、設(shè)備的性能等進(jìn)行全年逐時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬分析。而“分階段模擬”則是將空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程分為建筑設(shè)計(jì)、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、輸配系統(tǒng)設(shè)計(jì)等階段。在每一階段，設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)不同方案的模擬校核計(jì)算，對(duì)比地選擇出更為理想的設(shè)計(jì)方案。此外，在DeST-h中，設(shè)計(jì)研究人員能夠?qū)ㄖ^(qū)域的遮陽(yáng)、通風(fēng)、天空背景、輻射等因素進(jìn)行全面的了解，從而使住宅類(lèi)建筑的模擬計(jì)算更符合實(shí)際情況，反映被模擬建筑的真實(shí)能耗狀況。關(guān)于DeST-h的運(yùn)行頁(yè)面，如圖2所示。

2.2 室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

在進(jìn)行宿舍建筑的室內(nèi)參數(shù)計(jì)算的過(guò)程中，需要技術(shù)人員進(jìn)行分區(qū)處理、分析以及計(jì)算。在實(shí)際的處理過(guò)程中，宿舍為采暖空間，而衛(wèi)生間、樓梯間不供暖?；谶@樣的狀況，需要確保室內(nèi)供暖的溫度控制在18 ℃，而室內(nèi)的溫度下限則是16 ℃。此外，還需要確保房間與外界以及房間之間的互相通風(fēng)。

圖2 DeST-h的運(yùn)行頁(yè)面

沈陽(yáng)地區(qū)的供暖時(shí)間段為前一年的11月1日00：00—次年的3月31日24：00，這個(gè)時(shí)間段學(xué)生有寒假，一般高校的寒假時(shí)間為1月中旬—2月中旬，在此期間進(jìn)行的是低能耗供暖，供暖以煤炭為主要熱源。

3 模擬結(jié)果計(jì)算分析

3.1 模擬結(jié)果

在模擬過(guò)程中，對(duì)基準(zhǔn)建筑的保溫層厚度從20～80mm之間變化進(jìn)行了能耗的模擬，總結(jié)了7種不同保溫層厚度的能耗量，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)，并繪制了相關(guān)的折線(xiàn)圖，具體如圖3所示。

圖3 保溫層厚度對(duì)建筑耗熱量指標(biāo)的影響

3.2 計(jì)算分析

不同厚度的保溫層節(jié)能效果的對(duì)比分析，需要從相關(guān)的節(jié)能率以及采暖耗煤量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行。一般需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率、建筑綜合耗熱量指標(biāo)以及建筑采暖耗煤量指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率

在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率計(jì)算的過(guò)程中，參照

ηwn=(Q0-Qn)/Q，

(1)

式中：ηwn一般指的是EPS保溫板圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率；Q指的是綜合耗熱量指標(biāo)，單位是W/m2；Q0則是耗熱量指標(biāo)，單位是W/m2；Qn指的是不同厚度的EPS保溫板節(jié)能建筑的耗熱量指標(biāo)，單位是W/m2。

3.2.2 建筑綜合耗熱量指標(biāo)

在進(jìn)行建筑綜合耗熱量指標(biāo)計(jì)算的過(guò)程中，則按照公式

(2)

式中：η1指的是室外管網(wǎng)輸送效率，一般取值為0.85;η2是鍋爐運(yùn)行效率，依據(jù)沈陽(yáng)市的燃煤供暖的

相關(guān)規(guī)定，其基本取值為0.55。3.2.3 建筑采暖耗煤量指標(biāo)

在進(jìn)行該指標(biāo)的計(jì)算、分析作業(yè)的過(guò)程中，需要按照

Qc=Qq/(SjHeη1η2)，

(3)

進(jìn)行相關(guān)的操作。式中：Qc通常指代采暖耗煤量指標(biāo)(W/m2)；Qq則是全年累計(jì)熱負(fù)荷(W/m2)；Sj是高校學(xué)生宿舍的建筑面積，取值為3 375.54 m2；He是標(biāo)準(zhǔn)的煤熱值，目前取值為8.14 kW·h/kg。

依據(jù)上述的公式，結(jié)合收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)不同保溫層厚度外墻熱負(fù)荷進(jìn)行了計(jì)算分析，其具體內(nèi)容見(jiàn)表2(1 K=4.19 J)。

表2 不同保溫層厚度外墻熱負(fù)荷

通過(guò)對(duì)表2的分析可以得知：不論是否考慮寒假采暖，隨著保溫層的增加，建筑耗熱量指標(biāo)都是減少的，但是減少的幅度越來(lái)越小，而隨著保溫層厚度的增加，初投資卻不斷增加，故需要確定一個(gè)最佳的經(jīng)濟(jì)保溫層厚度。

4 經(jīng)濟(jì)保溫層厚度的確定

通過(guò)上述的模擬分析、計(jì)算可知，各大高校在進(jìn)行老舊學(xué)生公寓的設(shè)計(jì)以及改造的過(guò)程中，加強(qiáng)了外墻保溫技術(shù)的運(yùn)用，隨著保溫層厚度的不斷增加，外墻保溫對(duì)建筑耗熱量的指標(biāo)卻呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)。事實(shí)也說(shuō)明在外墻保溫層增加到一定厚度后，往往只能導(dǎo)致相關(guān)投資成本的增加，保溫效果并不會(huì)更顯著。為此，為了學(xué)生公寓建筑保溫效果的提升以及相關(guān)投資的降低，需要對(duì)初投資以及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合考量，在此基礎(chǔ)之上確定學(xué)生公寓建筑的最佳保溫層厚度。對(duì)比我們采用了全壽命周期費(fèi)用的評(píng)價(jià)方法(LifeCycleCostAnalysis)。

4.1 全壽命周期費(fèi)用計(jì)算

在進(jìn)行全壽命周期費(fèi)用計(jì)算的過(guò)程中，首先要加強(qiáng)對(duì)外墻保溫系統(tǒng)的全壽命周期的成本模型的構(gòu)建。

該模型的具體內(nèi)容為：LCC=C+Y。

在上述的模型結(jié)構(gòu)中，C指的是初投資模型。一般而言，初投資主要包含：前期準(zhǔn)備費(fèi)用、建造費(fèi)用、購(gòu)置費(fèi)用。在這三大要素之中，又以購(gòu)置和施工費(fèi)用對(duì)外墻保溫系統(tǒng)的影響力度更大。

此外，Y指的則是運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用模型。在運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用中，往往還包含有使用費(fèi)用以及維護(hù)費(fèi)用。關(guān)于運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用模型的運(yùn)行方程式，具體如式(4)：

(4)

式中：Y0指的是運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用年值，單位為元；Pm是標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)蝺r(jià)，元；Qc是采暖耗煤量指標(biāo)(kg/m2)；Sj是建筑面積3 375. 54 m2。

4.2 保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的確定

在進(jìn)行保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的確定過(guò)程中，主要針對(duì)寒假采暖以及寒假不采暖兩種情況進(jìn)行了對(duì)比分析。在這樣的狀況下，筆者對(duì)這兩種情況下的初投資、運(yùn)行費(fèi)用以及全壽命周期費(fèi)用進(jìn)行了分析，具體內(nèi)容如圖4～5所示。

圖4 不同保溫厚度的全壽命周期費(fèi)用(寒假采暖)

圖5 不同保溫厚度的全壽命周期費(fèi)用(寒假不采暖)

在實(shí)際分析過(guò)程中，將所需煤炭資源的價(jià)格定為700元/t，這樣，寒冷地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層的最佳經(jīng)濟(jì)厚度往往為50 mm；但是在不考慮寒假采暖的情況下，寒冷地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層的最佳經(jīng)濟(jì)厚度則是30 mm。

4.3 能源價(jià)格波動(dòng)對(duì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的影響

基于社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的自身特點(diǎn)，使得煤炭資源在銷(xiāo)售的過(guò)程中往往會(huì)因?yàn)殇N(xiāo)售區(qū)域的不同而出現(xiàn)市場(chǎng)價(jià)格的差異。此外，隨著市場(chǎng)供求關(guān)系的變化，使得煤炭資源的價(jià)格還在一定程度上出現(xiàn)階段波動(dòng)性。

本文在對(duì)間歇運(yùn)行對(duì)寒冷地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層厚度的影響分析進(jìn)行研究的過(guò)程中，預(yù)計(jì)煤價(jià)的價(jià)格變動(dòng)區(qū)間在160～1 000元/t之間。基于此，以100元為步長(zhǎng)，計(jì)算出不同煤價(jià)下，墻體外保溫最佳保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的大小。

通過(guò)對(duì)相關(guān)的計(jì)算及結(jié)果的總結(jié)分析可以得知：隨著我國(guó)煤價(jià)的不斷降低，我國(guó)寒冷地區(qū)高校學(xué)生宿舍外墻的最佳保溫層經(jīng)濟(jì)厚度會(huì)呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)。此外，當(dāng)初投資的增加量完全大于運(yùn)行費(fèi)用的減少量時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行學(xué)生宿舍外墻設(shè)計(jì)以及建設(shè)的過(guò)程中可以不設(shè)保溫層；但是一旦初投資的增加量呈現(xiàn)出小于運(yùn)行費(fèi)用減少量的趨勢(shì)之時(shí)，學(xué)生宿舍外墻的最佳保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的取值將取決于運(yùn)行費(fèi)用的大小。

此外，在分析間歇運(yùn)行對(duì)寒冷地區(qū)高校老舊學(xué)生公寓外墻保溫層厚度的影響的過(guò)程中，無(wú)論其是否對(duì)寒假采暖進(jìn)行考量，公寓墻體保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度往往在標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)的區(qū)段內(nèi)表現(xiàn)為定值。不僅如此，能源價(jià)格對(duì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的取值往往產(chǎn)生了十分明顯的影響。

整個(gè)寒假階段都處于我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)冬季采暖作業(yè)過(guò)程中，所以在對(duì)間歇運(yùn)行對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)高校老舊學(xué)生公寓外墻保溫層厚度影響的研究和實(shí)施過(guò)程中，無(wú)需對(duì)寒假采暖問(wèn)題進(jìn)行考量，這樣既能促進(jìn)建筑能耗的節(jié)約，又能促進(jìn)全壽命周期費(fèi)用的大幅度降低。通過(guò)研究以及對(duì)計(jì)算結(jié)果分析可以得知：在墻體保溫層處于經(jīng)濟(jì)厚度40 mm時(shí)，對(duì)于20世紀(jì)80年代的建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所分擔(dān)的節(jié)能率為39.74%。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)間歇運(yùn)行對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)高校學(xué)生公寓外墻保溫層厚度影響的優(yōu)化和分析可知，由于在供暖期間高校學(xué)生寒假的存在，并為了減輕空氣污染，供暖可以采用間歇性運(yùn)行模式，高校學(xué)生公寓建筑的最佳保溫層厚度與采暖設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的普通住宅存在著一定的差異。在考慮寒假不供暖的情況下，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)的煤炭資源市場(chǎng)價(jià)格，嚴(yán)寒地區(qū)高校老舊學(xué)生公寓外墻保溫層厚度一般以40 mm為宜。最終影響學(xué)生公寓最佳保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的因素取決于初投資以及運(yùn)行費(fèi)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

吉林省社會(huì)科學(xué)基金博士扶持項(xiàng)目(2016BS1) 吉林省教育科學(xué)規(guī)劃課題(2016GH16273)

張?zhí)煳?1982-)，男(漢)，吉林農(nóng)安，在讀博士 主要研究管理學(xué)。

TU111.4

A

1009-8984(2016)04-0056-05