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DOI院10.13905/j. cnki. dwjz. 2019. 10. 033 北方农村建筑内保温改造及经济性研究 RECONSTRUCTION AND ECONOMIC RESEARCH ON INTERIOR INSULATION OF RURAL BUILDINGS IN NORTH CHINA 崔某某， 刘某某， 李某某 （山东建筑大学热能***，XX 250101） CUI Wen, LIU Xuelai, LI Yongan （Department of Thermal Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China） 【摘 要】为深入的对北方农村建筑节能改造进行研究，以XX一农村建筑为例，进行能耗分析，发现其单位面积耗热量高达 80W/m2，保温效果差。将聚苯乙烯泡沫板铺设于维护结构内表面后，再次进行能耗分析，单位面积耗热量为 45W/m2,热量散失减 少了 43.75%。最后计算并比较了不同厚度保温材料下其投资回收期，均在 5 年左右，当厚度为 30mm 时最经济。 【关键词】农村现状分析；耗热量；内保温；经济分析 【中图分类号】TU832.5 【文献标志码】A 【文章编号】1001-6864（2019）10-0127-04 Abstract: In order to further study the energy-saving renovation of rural buildings in the north of China, the energy consumption of a rural building in Jinan was analyzed as an example. The results showed that the heat consumption per unit area was as high as 80W/m2, indicating the building insulation effect was poor. After the polystyrene foam board was laid on the inner surface of the maintenance structure, the energy consumption analysis was performed a鄄 gain. The energy consumption per unit area was 45W/m2, which the heat loss was reduced by 43.75%. Finally, the investment recovery period of different thickness insulation materials is calculated and compared, which were about 5 years, and the economic benefit was most obvious when the thickness was 30mm. Key words: analysis of the current situation in rural areas; heat consumption; internal insulation; economic analysis 0 引言 长期以来，我国北方农村地区建筑的特点是占地 多 ，建 造 技 术 水 平 低 ，保 温 措 施 少 ，保 温 隔 热 性 能 差 ， 能耗大，舒适度低。墙体未采用保温材料建造，散热量 很 高 ，节 能 效 果 差 ，再 加 上 采 暖 设 备 简 陋 ，热 效 率 低 ， 冬季采暖能耗约占生活能耗的 80%，造成了很大的能 源浪费。因此，需加快现有北方采暖地区农村既有建 筑 的 节 能 改 造 ，这 样 不 仅 有 利 于 减 少 能 源 消 耗 ，还 有 利于提高农村居民的舒适度[ 1-4 ]。 国外建筑节能意识形成较早，围护结构保温技术 也有着悠久的发展历史。德国一直走在建筑节能发展 的 前 列 ，近 年 来 更 是 提 出 了“ 零 能 耗 ”建 筑 的 节 能 目 标。国内建筑节能技术的发展相对较晚，对建筑保温 技术的研究于上世纪 80 年代开XX起，到 90 年代开 始推广使用外墙保温技术，现有些方法已比较成熟。 2017 年，陈某某[ 5 ]针对关中 地 区 农 村 住 宅 提 出了 外 墙、屋顶、外窗等围护结构的建议保温方式；并进一步 给出了围护结构体系经济效益最佳保温方案的制定 策略。2019 年，宋某某[ 6 ]重点对建筑墙体节能技术与 外墙内保温施工过程控制展开了详细的论述。 对农村地区既有建筑进行节能改造主要是对其 围护结构施加保温某某，常用的建筑围护结构保温的 方法有建筑内保温、建筑围护结构夹芯保温和建筑外 保温。建筑内保温就是将保温材料设在主体墙内侧的 墙 体 ，内 保 温 与 其 他 保 温 方 法 相 比 施 工 难 度 小 ，造 价 低，且因敷设于室内，所以使用年限长，但这种保某某 施会致使较大的室内空间被占据，并且大多数建筑存 在热桥问题在保温中无法消除的情况，所以适用范围 变得局限[ 7]。文中致力于对现有农村房屋进行节能改 造 ，对 于 无 圈 梁 、无 抗 震 柱 的 平 房 进 行 内 保 温 方 法 的 经 济 性 分 析 ，这 类 平 房 不 存 在 热 桥 问 题 ，故 可 继 续 采 取内保温某某。 1 农村建筑现状分析 我国农村建筑大多为个人建造，农民随意建设， 由于施工技术及经济条件的限制，农民建房时多选用 落 后 的 建 材 及 传 统 的 做 法 ，致 使 其 建 筑 能 耗 大 ，这 样 不利于节能。外墙占全部建筑外围护结构 60%以上， 散失的热量约占整个围护结构总能耗 30%，大部分农 村建筑主要采用砖混结构，北方寒冷地区一般采用 240mm 或 370mm 厚的实心砖墙，这种外墙的传热系 127 数大，97%以上的农宅围护结构均无保某某，而这种单 一材料墙体很难满足日益提高的保温要求，需采用外 保温，内保温或中间保温的措施对围护结构加保温材 料，这一点在保温设计中至关重要。建筑物的热交换 约 50%通过门窗传递，北方农村建筑的墙体大部分为 单 框 单 玻 ，门 体 大 部 分 为 普 通 的 木 门 ，都 没 有 保 温 设 计 ，而 且 密 封 性 较 差 。 屋 顶 多 采 用 平 屋 顶 形 式 ，材 料 多为木屋顶或预制板，无特殊保温某某，保温 简单。 地 面 的 构 造 非 常 简 单 ，主 要 为 水 泥 地 面 ，基 本 无 保 温 措施与防潮措施。北方居民长期以来采用的火炕、煤 炭炉或土暖气等方式供暖，他们需要通过燃烧农作 物秸秆或煤炭提供热量，大大增加了能源的消耗。很 少一部分条件富裕的家庭采用地暖供热或空调供 热 ，大 多 数 的 家 庭 为 纯 燃 烧 采 暖 ，燃 烧 炉 接 火 炕 或 燃 烧炉接一到两组暖气片进行采暖，这难以满足居民 的舒适度要求。 2 农村建筑热负荷实际数据 以XX农村一建筑为例，根据 GB 50736-2012《民 用建筑供暖通风与空气调节设计规范》 可知XX室 外平均计算温度为 -5.3℃，取室内温度根据现状设 计的舒适温度为 16℃，节能改造前后房屋供热来源 于 空 气 源 热 泵 。该 模 型 分 为 三 个 房 间，分别 为 两 个 卧 室、一个客厅，具体面积大小如图 1。外墙厚 240mm， 墙的内侧抹 20mm 厚的石灰水泥砂浆，其传热系数为 1.68W（/ m·2 K）[8]。屋顶为普通平屋面，k=0.473W（/ m·2 ℃）， 门 的 规 格 为 1200mm × 2000mm 的 木 框 夹 板 门 ， k= 2.5W（/ m2·℃）。窗的材质为单框双玻塑料窗，k= 2.3W（/ m2·℃），其XX面窗有三个，规格为 1500mm× 1500mm，阴面窗有四 个，规格 为 1100mm ×1100mm。 地面采用石灰水泥铺平。 的 能 源 浪 费 。 从 长 远 考 虑 ，经 济 性 较 低 ，必 须 采 取 一 定的节能措施改善农村建筑的现状，提高居民的舒 适度。 3 墙体内保温某某 目前常用外墙保温隔热技术按保某某所在的位 置 一 般 分 为 外 墙 内 保 温 、外 墙 外 保 温 、墙 体 中 间 保 温 等三种做法。其中建筑内保温就是将保温材料设在主 体 墙 内 侧 的 墙 体 ，相 比 于 外 墙 外 保 温 ，内 保 温 虽 保 温 性能不及外保温，但具有施工简便，造价较低，耐久性 更好等优点，很适合农民对自己的居住建筑进行节能 改造[ 9 ]。另外，内保温技 术要特别注意 热桥问题，所 以 内保温某某更适合应用于周边无圈梁、抗震柱的外 墙。外墙内保温通常是使用纸面石膏板、石膏体覆面 的聚苯板直接粘贴在墙体内侧，或者使用聚合物珍珠 岩保温砂浆、聚苯颗粒保温砂浆等各种有机或无机板 材等。 选用 姿=0.041W（/ m2·℃)的聚苯乙烯泡沫板铺设 于外墙内表面和屋顶内表面。以该房间为例，在外墙 内表面铺设 30mm 厚的聚苯乙烯泡沫板，同时在屋顶 内表面铺设 50mm 厚的同种保温材料，计算采取了内 保温某某后该房间的耗热量。 由导热公式： K= 1 h1 + 啄1 姿1 1 + 啄2 姿2 + 1 h2 （1） 计算加了内保某某的墙体传热系数为 K=0.75W/ （m·2 ℃），屋顶的传热系数为 K=0.29W（/ m2·℃）。进而 依据天正暖通软件中的负荷计算算出保温后的房间 热负荷，并将保某某后供暖期总耗热量和总耗电量进 行比较，其中供暖期总耗电量的计算式见式 2，供暖期 总耗电量的计算式见式 3。计算结果见表 1。 表1 保某某 保温后 采取内保某某后房间耗热量汇总表 热负荷 /W 4360 2438 热指标 供暖期总耗 （/ W·m-2） 热量 /kJ 80 *** 45 *** 总耗电量 /kWh 4410 2466 图 1 农村住宅模型图（单位：mm） 依据天正暖通软件中的负荷计算，计算出房间的 热负荷为 4360W，热指标达到 80 W/m2，由此可见，冬 季每天有大量热量因房间节能措施不到位而流失，农 民的居住舒适度也因此受到很大影响，建筑墙体几乎 无 任 何 节 能 措 施 ，地 面 无 保 温 措 施 和 防 潮 措 施 ，门 窗 密 闭 性 不 够 好 ，窗 墙 比 也 不 够 合 理 ，所 以 造 成 了 巨 大 Q=q ×Z×24×3600×0.001 （2） 式中，Q 为供暖期总耗热量，kJ；q 为热负荷，W；Z 为采暖期，XX地区每年 118 天计算[ 10 ]。 W = Q 3600ICOP （3） 式中，W 为总耗电量，kWh；Icop 为空气源热泵的能 效，取 2.8。 由表可见，房间总耗热量减少了 44.08%，热指标 降低到 45W/m2，《城镇供热管网设计规范》 中指出，采 取 节 能 措 施 的 城 市 住 宅 采 暖 热 指 标 推 荐 值 为 40~ 128 45W/m2，估 计 农 村 采 暖 热 指 标 允 许 稍 大 一 点 ，故 节 能 后的房间其热指标满足标准，极大的减少了热量散 失。若该房间利用空气源热泵供热，每年总耗电量减 少了 1944kWh，不这样不仅减少了能源的浪费，并且 为清洁供暖做了一份贡献。 4 经济分析 采取节能措施一方面能够降低建筑的采暖能耗， 减少能源的浪费，但另一方面也会增加建筑的造价， 将节能材料初投资与采取节能措施某某节省的燃煤价 格进行比较，计算其回收期，从而进行经济分析。 建筑能耗均折合为电价，每 kWh 的电价取 0.5469 元，计 算 保 温 前 后 供 暖 所 需 的 电 价 ，具 体 结 果 见 表 2。由**_*提供的数据，以 30mm 厚 的聚苯乙烯泡沫板为例，该厚度保温材料购置费为 25.5 元 /m2，外墙面积为 101.066m2，均采取内保某某 施某某，购置费为 2577 元，同时屋顶内表面敷设 50mm 厚的胶粉聚苯颗粒保温砂浆，该厚度保温材料购置费 为 34.9 元 /m2，屋顶面积为 54.18m2，购置费为 1893 元，总购置费为 4470 元。保温安装费计为保温材料购 置费的 15%，初投资为 5141 元。保某某后的经济性比 较见表 2。 表2 保某某 保温后 房间保某某后的经济性比较 房间总耗电量 /kWh 折合电价 / 元 保温造价 / 元 4410 2411 - 2466 1348 5141 由上表计算投资回收期为： 5141（/ 2411-1348）=4.84≈5（年） 外保某某的最短使用年限要求为 25 年[ 11 ]，若内 保某某使用年限按照 25 年计算，外墙内保某某与屋 顶内保某某总的节约资本为： （25-5）×（2411-1348）=21260（元） 由 此 可 见 ，对 外 墙 采 取 内 保 温 措 施 后 ，不 仅 节 能 效益非常明显，经济效益也非常明显。 5 不同厚度聚苯乙烯泡沫板节能经济性分析 经**_*提供数据，不同厚度的聚 苯乙烯泡沫板的购置费见表 3。 表3 不同厚度聚苯乙烯泡沫板单价 厚度 /mm 每 m2 泡沫板单价 20 21.51 30 25.54 40 30.91 50 34.95 若对建筑外墙铺设不同厚度的聚苯乙烯泡沫板， 则其初投资也会不同。将 20、30、40、50mm 这四种不 同厚度的聚苯乙烯泡沫板铺设于建筑外墙内侧，同时 在屋顶内侧铺设 50mm 的同种保温材料，计算其购置 费和总造价，计算过程同第 4 节，具体数值见表 4。 129 表4 厚度 /mm 20 30 40 50 不同厚度聚苯乙烯泡沫板的初投资 外墙保温材料 屋顶保温材料 购置费 / 元 购置费 / 元 2173 2577 3123 1893 3527 安装费 /元 610 671 752 813 初投资 /元 4676 5141 5768 6233 根据公式（1）计算出铺设不同厚度的聚苯乙烯泡 沫板后的墙体的传热系数，进而分别计算出不同情况 下房间的总耗电量和折合电价，并与初投资进行比 较，最终算得不同厚度保某某的回收期，见表 5。 表 5 不同厚度聚苯乙烯泡沫板的回收期 厚度 热指标 供暖期总 总耗电量 折合电价 初投资 回收期 /mm （/ W·m-2） 耗热量 /kJ /kWh /元 /元 /年 保某某 80 *** 4410 2411 - - 20 52 *** 2833 1549 4676 5.42 30 45 *** 2466 1348 5141 4.84 40 42 *** 2312 1265 5768 5.02 50 40 *** 2192 1199 6233 5.14 经计算可得 20~50mm 范围内四种不同厚度的回 收期，绘制折线图可得不同厚度下的回收期变化情 况，见图 2，发现并不是厚度越厚，回收期越短。同时， 内保某某也不宜太厚，会占据室内空间。在该范围内， 回收期随厚度先缩短后缓慢增加，在 30mm 时回收期 最短，经济效益最为明显，此后回收期略有增加，但幅 度不大。此时房间的单位面积耗热量为 45W/m2，比未 采取内保温某某时总耗电量减少了 44%，极大的降低 了能源消耗，大大的提高了房间的节能性。由此说明， 30mm 厚度的聚苯乙烯泡沫板为经济效益最大的厚 度，恰好该厚度也不会占据太多的室内空间。 图 2 不同厚度保温材料情况下回收期的变化图 6 结语 （1） 建筑保温是非常重要的节能措施，虽然内 保温某某不及外保温某某效率高，但具有造价低，施 工方便等优点，可在农村建筑的节能改造中广泛应 用，这样能够极大的提高保温性能，减少能源的浪费。 （2） 在建筑外墙内表面敷设不同厚度的聚苯乙 烯泡沫板之后，建筑内保温在达到节能标准的情况 下，其投资回收期均在 5 年左右，经济效益非常明显。 （3） 通过对不同厚度的聚苯乙烯泡沫板进行经 济分析，发现该种保温材料在厚度为 30mm 时回收 期 最 短 ，最 经 济 ，且 此 厚 度 的 保 温 层 也 不 会 占 据 太 多 的室内空间，故选用 30mm 厚度的聚苯乙烯泡沫板 最合适。 参考文献 ［1］ 王某某.浅析北方农村建筑的节能设计［J］.价值工程,2011,30 （13）:114-115. ［2］ LILI ZHANG, ZU'AN LIU, CHAOPING HOU. 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