城市住宅外墙保温材料及厚度的选择与经济分析

摘要：以济南市某高层住宅建筑为研究对象，借助于建筑环境系统模拟软件DeST-h，模拟分析了济南市某高层住宅当其外墙选用不同的保温材料和不同的保温材料厚度时，供暖、空调系统的能耗，并且分析了各种设计方案的经济性，对高层住宅建筑外墙保温材料的选择具有一定的指导意义。

关键词：住宅；外墙保温；能耗；DeST-h

中图分类号：TU111 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2014）08-0368-02

引言

随着当今世界对节约能源与保护环境需求的不断提高，建筑围护结构的保温也日益加强，其中发展最迅速的就是墙体的外保温。近几年来，我国发生的几场外保温材料火灾，造成了严重的损失，因此，易燃可燃的外保温材料已经成了新的一类火灾隐患。国家公安部消防局在2011年的65号文件里提出，必须严格执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》第二条的规定，即民用建筑的外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。因此，外墙保温在继建筑节能之后又一次成为人们关注的热点。

已有的外墙节能研究大都是采用聚苯乙烯泡沫板和挤塑聚苯乙烯板作为外墙保温材料的，由于目前这两种保温材料都达不到燃烧性能为A级的要求，所以在现阶段就都不允许使用了，而国内对于满足A级防火要求的保温外墙的研究还很少，因此，本文将以济南市某高层住宅建筑为例，利用清华大学开发的DeST-h建筑环境系统模拟软件，分别对以不同厚度的岩棉和stp-2板作为保温材料时对建筑能耗的影响进行模拟研究并进行经济性分析。

1 模型建立

1.1 建筑模型

近年来，由于高层建筑具有通风效果好、空气品质好、噪音污染小、视野开阔、建筑结构灵活等优点，因而逐渐被消费者所认可和接受，济南市的高层住宅所占的比例也越来越大。因此，本文选择的模拟对象为一幢典型的高层住宅。该住宅楼南北朝向，一共11层，层高为2.9m，一梯两户，每户有3室1厅1厨1卫，总建筑面积4178.52m2，建筑的体型系数为0.38；窗墙面积比为：东向0.02，西向0.02，南向0.46，北向0.45。建筑模型的标准层平面图如图1.所示。

1.2 气象参数

以济南典型气象年的气象数据作为气象参数，一月份平均温度最低，低至-0.44℃，七月份平均温度最高，高达26.95℃。

1.3 围护结构模拟工况

山东省《居住建筑节能设计标准》对围护结构传热系数的规定为：当体型系数0.3

1.4 供暖、空调系统参数设置

房间内扰参数的设置如表2所示；房间的空调参数设置为：书房、起居室和卧室考虑空调，温度上限为26℃，下限为18℃，湿度上限为80%，下限为20%；通风参数设置为：采用范围定义，最大通风次数为5次/h，最小通风次数为0.5次/h。

2 模拟结果分析

2.1 能耗模拟结果分析

由于两种屋面的传热系数近似相等，而且对于高层建筑来说，屋面所占比例较小，因此，近似认为对能耗的影响仅由外墙保温层的变化所引起。六种方案的能耗模拟结果如图2所示，从图中可以看出，对于同种保温材料，不论是岩棉还是stp-2保温板，保温层厚度的增加对于冬季采暖能耗的降低来说，效果都是非常明显，但对于夏季空调能耗来说，它的影响却非常小。这是因为济南冬天最冷的时候就是平均气温最低的一月份，此时的室内外温差比较大，保温层厚度的增加能很好的阻止热量从室内流向室外，但是对于夏天的济南来说，室内外温差原本就比较小，所以保温的效果就不是那么明显了。从保温的效果来看，相对于方案a，方案b和方案e的采暖节能率分别为12.3%、22.3%，相对于方案d，方案e和方案f的采暖节能率分别为22.4%、36.6%，也就是说仅从能耗角度出发，增加保温层厚度对提高建筑节能率是有益的。另外，从图4.中还可以看出方案a的采暖能耗为3.32kwh（m2・a），方案d的采暖能耗为3.03kWh（m2・a），即采用10mmstp-2板作为保温材料其能耗小于采用45mm岩棉作保温材料时的能耗，也就是说对于stp-2保温板来说只需要10mm厚的保温层就可以达到比岩棉45mm厚的保温层还要好的保温效果。

2.2 经济性模拟结果分析.

为进行经济性分析，供暖、空调的设计方案确定为，冬季采用以城市集中热网为热源的集中供暖来制热，夏季采用空调器来制冷。煤价取0.2元/kg，电价取0.6元/度，利用经济分析模块，逐项计算供暖、空调系统的初投资和运行费，并将最终统计结果列于表3.

对于同种保温材料，由表3.可以看出相对于方案a，方案b的保温层厚度增加了15mm，保温层初投资增加2.8872万元，供暖、空调系统的初投资减少0.34万元，运行费也减少0.44万元，增加投资的回收期为3.70年，这个投资回收期相对于建筑物的使用寿命来说是非常合理的。同理，方案c相对于方案a保温层厚度增加了30mm，增加投资的回收期为5.38年，方案e、f相对于方案d的增加投资回收期分别为6.22年和5.68年，以上这些数据说明，随着保温层厚度的增加，虽然增加了一部分初投资，但供暖、空调系统的初投资和系统的运行费用都会有所降低，且投资回收期均不超过7年，该投资回收期是十分合理的，值得采用。因此，对于同种保温材料，结合其能耗模拟结果可以看出，增加保温层厚度可以提高建筑节能率，而且增加投资的回收期在合理范围内，其经济性较好。因此，在满足山东省《居住建筑节能设计标准》中对外墙传热系数规定的基础上，采用增加墙体保温层厚度的方法来提高节能效率，是具有一定意义的，设计人员选择保温层厚度时，不应盲目选择满足传热系数限值要求的最小厚度，而应尽可能在建筑作法允许的条件下选择标准图集中厚度较大的保温层。

而对于不同材料，如方案d的stp-2板和方案a的岩棉，虽然增加初投资多达28.872万元，增加投资回收期也达到了39.55年，但在能耗模拟结果中我们已经分析过对于stp-2保温板来说10mm的厚度就能达到优于岩棉板45mm厚度的保温效果，而且由于岩棉施工难度大，工艺要求高，且吸水后影响保温效果，而新型保温材料stp-2板因其单位质量轻，施工工序简单，施工后不易脱落，安全性高等优点也开始逐渐被人们所接受。

3 结论

本文通过对山东省济南市某住宅建筑采用两种不同A级外墙保温材料的模拟，得出结论为：对于同种保温材料，在满足山东省《居住建筑节能设计标准》中对外墙传热系数限值规定的基础上，应尽可能在建筑作法允许的条件下选择标准图集中厚度较大的保温层。模拟结果表明，保温材料越厚节能率越高，经济性越好；对于不同保温材料如stp-2保温板和岩棉也不应完全根据经济性指标而限制新材料的使用，而应该综合考虑，权衡材料在使用效果、施工难度、安全性等方面的优缺点而最终做出选择。

参考文献：

[1]卓萍，王国辉，杜霞，张晓颖，胡胜利.我国建筑外保温系统发展动态及趋势[J].消防科学与技术，2011，30（1）：8-11.

[2]张军，殷青，陈晨.寒冷地区住宅外墙节能改造效果分析[J].东北林业大学学报，2009，37（6）：62-63.

[3]沈娇，介鹏飞，李德英.北京市西城区旧城改造的可行性研究[J].建筑科学，2010，26（8）：13-17.

[4]江亿.建筑环境系统模拟分析方法―DeST[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.