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墙体保温层厚度对建筑能耗的影响湖南大学周晋肖坚摘要：墙体保温是目前常用的节能措施之一，但墙体保温的节能效果与气候、建筑类型、室内发热情况均有较大关系。本文以长沙市某办公类型建筑为例，针对20W/m2、50W/m2及80W/m2三种不同的室内发热情况，逐渐改变外墙保温层厚度，对空调采暖能耗的变化情况进行了计算机模拟，模拟结果表明：随着保温层厚度的增加，全年空调采暖能耗逐渐减小，但节能率的增加趋势逐渐趋缓；并且发现室内发热量越大，墙体保温所能达到的节能率越低。关键词：公共建筑节能墙体保温室内发热量1概述当前，全国的建筑节能工作已经全面开展，凡是新建建筑都要求进行节能设计。随着节能工作的深入，经济发达的地区开始将节能目标从50%提高到65%。为了达到这一目标，人们对各种节能技术、节能产品和能耗管理方面都进行了更加广阔和深入的研究和尝试。目前，建筑节能的常用做法之一是在围护结构上增加保温层，但墙体保温的节能效果与气候、建筑类型、室内发热情况有较大关系，墙体保温的节能效果随着保温层厚度的增加而发生变化，并具有一定规律性。本文以长沙市一栋办公建筑为例，通过能耗模拟研究，分析了在不同的室内发热情况下，改变保温层厚度对建筑空调采暖能耗的影响。2模拟对象及工具本文在模拟研究中的分析对象为一栋位于长沙市的办公性质建筑，建筑面积约678m2，共三层，砖混结构，平屋面，建筑内除了卫生间，其他都是办公室和会议室。出入口为铝合金玻璃门，外窗为铝合金单层玻璃推拉窗，室内门为木门。模拟分析中，假定工作时间为周一到周六，8:00~18:00。三种室内发热量：20w/m2、50w/m2及80w/m2；保温做法上，外墙，屋面以及出挑的楼板都采用膨胀聚苯板外保温，分析了9种保温层厚度：0mm、30mm、4mm、50mm、6mm、70mm、8mm、90mm及100mm。空调系统采用风机盘管加新风系统，冷热源采用冷水机组及燃气锅炉。本次模拟采用的工具是英国DesignBuilder公司开发的建筑模拟软件，它是专门针对Energyplus开发的用户图形界面软件，包括了所有EnergyPlus的建筑体型，构造，材料，人员活动，内部设备等系统数据的输入部分，是一个针对EnergyPlus建筑能耗动态模拟引擎开发的综合用户图形界面模拟软件。3模拟结果及分析针对3种室内发热情况及9种不同的保温层厚度，本文共进行了27个算例的模拟研究，得到了典型年中建筑的冷量需求和热量需求，并对其进行了分析。在不同的室内发热量情况下，改变保温隔热层的厚度而导致的冷量需求的变化如表1、表2及表3所示。表1冷量需求与保温层厚度之间的关系（单位：kWh，室内发热情况20W/m2）保温层厚度月份0mm30mm40mm50mm60mm70mm80mm90mm100mm四月531311977665五月1153840803775754735720707696六月382431033017295329072863282928022778七月1180098669617942992819163906389818911八月977282138015786577517655757775107453九月373031213047299229512914288628622842十月1571071031009897969594十一月0.40.180.170.160.160.150.150.150.15全年304872526424614241232374923434231772296222779表2冷量需求与保温层厚度之间的关系（单位：kWh，室内发热情况50W/m2）保温层厚度月份0mm30mm40mm50mm60mm70mm80mm90mm100mm四月299211204199196192190189187五月313428632823279327732749273327192707六月742968266747668966496606657665506529七月161911452214305141451402613917138331376213703八月140031270012529124021230512222121541209712048九月611956865637559955745545552555085493十月661591588587587585585585586十一月182526282931313233全年478544342442859424414213941847416274144241287表3冷量需求与保温层厚度之间的关系（单位：kWh，室内发热情况80W/m2）保温层厚度月份0mm30mm40mm50mm60mm70mm80mm90mm100mm二月00.180.330.470.620.760.901.051.18三月182628313335363839四月886902913923936941948955961五月575356035571554755345514550154915482六月110281060010542104991047210439104161039910383七月201881873918560184231831618229181571809718046八月179141684216701165941651216444163881634216301九月902988648834881188008777876487538743十月178718881911193019521960197019801988十一月147223237248258265272278283十二月0.010.530.730.941.171.381.581.771.95全年667496368763298630086281462604624576233562231从表1中可以看出，在室内热源发热量不大时，比如20W/m2，与不做保温相比，随着保温层厚度的增加，冷量需求无论是逐月还是全年总和都呈现出下降的趋势。当室内发热量从20W/m2增加到50W/m2时（见表2），随着保温隔热层的增厚，冷量需求总量依然是逐渐减少的。但在个别月份，例如十一月；做保温时冷量需求比无保温时还要大，并且随着保温层厚度的增加而递增。分析其原因，应该是室内的热量由于保温层的加厚，无法散发出去，而造成冷量需求的增加。当室内发热量达到80W/m2时（见表3），这种变化趋势更加的明显，从表中可以看到，三月，四月以及十月，十一月这四个月份中，冷量的需求都随着保温层厚度的增加而增加的。而在五月和九月，冷量需求虽然是降低的。但降低的幅度很小。这些都体现了室内热源发热量的增大对室内需冷量的影响。与冷量需求相比，热量需求则随着保温层厚度的增加而逐渐降低，并且随着室内发热量的增加而减少，其规律较为明显。综合考虑需冷量和需热量时，发现在室内发热量比较大的情况下，如80W/m2时，随着保温隔热材料厚度的增加，在最冷和最热的季节，冷热量需求会降低，但在过渡季节，冷量需求反而会增加。而并不像人们所想象的那样不断地增厚保温隔热材料的厚度，冷热量的需求会一直下降。通过对24个算例的模拟，可以计算出在三种室内发热量的情况下，全年空调采暖能耗的节能率随着保温层厚度的变化情况，如图2所示。2030405060708090100110050001000015000200002500030000全年热量需求（kWh）保温层厚度（mm）内部发热量20W/m2内部发热量50W/m2内部发热量80W/m2图1不同保温厚度情况下的年需热量从模拟的结果图中，可以发现以下规律：（1）随着室内发热量的增加，墙体保温所产生的节能效果是随之降低的。例如在室内发热量为20W/m2时，节能效果最高可以达到25%以上，而在室内发热量为80W/m2时，节能效果最高也不过11%；（2）从图中可以看到，随着保温层厚度的增加，节能率逐渐增加，但增加趋势逐渐趋缓，可以预见，随着保温层厚度的进一步增加，节能率的增加将会有一个上限。4结论墙体保温是当前常用的建筑节能技术之一。通过对长沙市一个办公类型建筑的能耗模拟分析，可以得知墙体保温措施在室内发热量不大的时候能够有较为明显的节能率；而在室内发热量增大时，其节能率就会下降；室内发热量越大，节能率越低。节能率与保温隔热材料的厚度也不是线性关系，随着保温层厚度的增加，节能率逐渐增加，增加趋势逐渐趋缓。这一规律说明，仅仅依靠增加保温隔热材料的厚度，不但不会明显提升节能效果，反而使得初投资大大增加。203040506070809010011005101520253035空调节能率（%）保温层厚度（mm）室内发热量20W/m2室内发热量50W/m2室内发热量80W/m2图2节能率与随保温层厚度的关系对于公共建筑，由于人员密集，办公设备等热源比较多，其内部的发热量比较大，要到到50%，甚至更高的节能率要求，需要因地制宜，从围护结构、空调系统、室内设备等方面综合考虑节能。而为了兼顾节能效益和初投资成本两方面的因素，确定最佳的保温层厚度，则需要进一步进行全寿命周期内的经济性分析。参考文献：1张野，燕达，刘烨，江亿.建筑环境设计模拟分析软件DeST第14讲应用DeST辅助商业建筑设计实例[J].暖通空调，2005，35（9）：60-682刘鑫，张鸿雁.EnergyPlus用户图形界面软件DesignBuilder及其应用[J].西安航空技术高等专科学校学报，2007，25（5）：34-373姜益强，张志强，姚杨，马最良.用EnergyPlus模拟检验影响节能办公建筑的因素[J].建筑科学，2006，22（6A）：22-254潘毅群，吴刚，VolkerHartkopf.建筑全能耗分析软件EnergyPlus及其应用[J].暖通空调，2004，4（9）：2-7