屋面保温模型.docVIP

摘要： 在我国北方地区，夏热冬冷，夏季屋顶温度高达摄氏75度，冬季最低会降至摄氏零下40度，在采暖期和制冷期都会消耗大量的能源，保温隔热成为建筑节能的一个重要研究课题。 因此，针对城市居民楼很多都是简单的多层材料平屋顶，保温层的材料和厚度直接影响节能效益的现状，我们假设室内基本温度在采暖设备或制冷设备的工作下会稳定在摄氏18-24度之间，这样就可以只考虑屋面传热造成的能量损耗问题，不用考虑其他围护结构的情况。 第一步，建立屋面传热模型。首先对材料的导热系数进行讨论，模型中主要考虑温度和含水率变化对导热系数的影响；接下来对单层材料传热情况进行分析，由于材料导热系数随温度变化，而保温层内温度变化又较大，在保温层内我们通过求积分的方式计算其传热量；进而讨论多层材料传热情况，多层材料间热传导，考虑其稳定传导过程，假设其接触面平整紧密，依据各层间热流量（单位面积单位时间内传热量）是相等的建立模型；最后在多层材料传热模型的基础上建立屋面传热模型。 第二步，建立保温效果最佳厚度模型。通过分析屋面传热模型，考虑屋面传热量随外界温度和保温层厚度变化的情况，发现随着保温层厚度的增加，屋面传热量的变化率逐渐减小；当厚度增大到一定程度时，屋面传热量变化趋近于极小值，即此时的厚度不需要再增加。因此利用求导求极值的方法，求解最佳厚度；再通过比较不同材料最佳厚度下节能率的情况，选择材料。 第三步，建立经济效益最佳厚度模型。增加保温层厚度会使保温效果增强，但随着厚度的增加，保温材料的资金投入以及增加厚度造成的施工难度加大，施工技术投入增加，也是不得不考虑的。第二步中，主要从传热量随厚度变化规律出发，没有考虑经济因素；在经济效益最佳厚度模型中，我们合理的考虑的经济效益的因素。从保温材料生命周期考虑其综合费用出发，既考虑初次投资费用的多少，同时考虑生命周期内损耗能量价值；通过求屋面生命周期总费用的极限值，得出经济效益最优条件下，屋面保温层的最佳厚度。 对于不同的材料优劣的比较，在计算出其最佳厚度的基础上，比较其最少生命周期费用；进一步比较的其节能效率的高低；进一步从节能投资收益的角度出发，比较其相应最佳厚度时的投资节能比。 模型结论： 材料 最佳厚度 经济效益最优厚度求解 (m) 保温效果最优厚度模型求解（m） 珍珠岩 0.20 0.25 聚氨酯 0.09 0.1 聚苯乙烯 0.145 0.15 硅酸盐材料 0.15 0.18 关键词： 屋面热传导 导热系数 保温材料 经济效益最优 节能 问题重述 目前，在我国，城市居民楼很多都是简单的平屋顶，一般由外层、保温层和结构层组成。在北方地区，夏季屋顶表面的最高温度达到摄氏75度，而冬季最低温度会降至摄氏零下40度。屋面是室内外热量传递的重要途径，而屋面中保温层的材料选择与厚度直接影响着热量的传递情况。 为了保持室内有较好的舒适温度和生活环境，人们一般使用采暖或者制冷设备，耗费了大量的能源，其中大部分都与外界交换消耗掉了。在能源紧张的今天，从我国的基本国情出发，减少能源的浪费，减少建筑耗能，显得尤为重要。因此，选择优良的屋面保温材料和适宜的厚度是其中的一种重要手段。 基本假设与符号标记 基本假设 室内基本情况假设 人们为了维持室内的适宜温度，会采用相应的采暖或制冷等耗能手段。 室内保持在适宜温度内，夏季为摄氏25度左右，冬季为摄氏18度左右。 屋顶基本情况假设 一年中，屋顶外表面的温度最高为摄氏75度，最低为摄氏零下40度，并且随着外界温度变化而改变。 屋顶组成结构的各层之间结合平整紧密。 屋顶保温材料含水率不因施工条件而不同，根据材料不同可取为相应经验值。 符号说明 符号 说明 单位 传热量 或W 热流量 导热系数 材料的含水率 % 材料的温度 ℃ 在温度时的导热系数 在温度时的导热系数 初始温度 ℃ 含水率为时的导热系数 干材料的导热系数 材料含水时的修正系数 材料的含水率 % 温度差 ℃ 常温下的导热系数 屋面的受热面积 不加保温层时能量损失 加最佳厚度保温层后能量损失 保温层单位体积造价 元 保温层厚度 m 由于保温材料而增加的施工技术投资 元 屋面其他结构层投资费用 元 取暖期内平均温度下的热流量 制冷期内平均温度下的热流量 采暖期天数 天 制冷期天数 天 n层结构下取暖期内平均温度下的热流量 n层结构下制冷期内平均温度下的热流量 n层结构下采暖期天数 天 n层结构下制冷期天数 天 第年内采暖期内热量损耗 第年内制冷期内热量损耗 使用年限 年 单位能量对应的能源价格 元 模型建立和分析 屋面传热模型 所需概念： 传热量：单位时间内，经过一定面积S传递的热量。 热流量：单位时间内，单位面积上传递的热量。 模型简介： 根据热力学原理，在傅立叶定律的基础上，建立热