一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法技术

本发明专利技术公开了一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，包括：计算得到围护结构的经济保温热阻及某朝向的围护结构的室外综合温度；确定围护结构的结构参数和保温层的结构参数，并计算得到非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比；根据经济保温热阻、围护结构的室外综合温度、围护结构的结构参数、保温层的结构参数、非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比计算某朝向保温层最优的厚度。可以精确地确定差异化保温的的厚度，使围护结构既能满足人体舒适又能满足热工需求，更加经济节能。

【技术实现步骤摘要】
一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法
本专利技术属于建筑热工与建筑节能
，具体涉及一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法。
技术介绍
我国现行的《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(下称《节能标准》)缓解了我国严寒和寒冷地区居住建筑采暖能耗大、热环境质量差的问题，通过在建筑采暖设计中采用有效的技术措施，将采暖能耗控制在规定水平内；《建筑热工设计规范》(下称《热工规范》)使民用建筑热工设计与地区气候相适应，保证室内基本热环境要求，主要适用于夏热冬冷地区、夏热冬暖以及温和地区。按目前《热工规范》规定，建筑围护各个方向外墙传热系数限值统一的、无差别的，与朝向无关，这种规定源于无朝向差别的室内、外空气计算温度。《节能标准》认为围护结构传热仅仅是由于两侧空气温差引起的。但对于太阳能富集(我国青藏高原西部、新疆南部、甘肃北部、宁夏北部等)地区而言，其太阳能资源丰富、往往日较差大、不同朝向室外综合温度差异大，此类地区太阳辐射对不同朝向外墙的传热过程影响很大。虽然，现行《暖通空调》设计规范通过朝向修正了对负荷进行了修正，但未对建筑保温、建筑热工做特殊的要求。因此，现行《节能标准》、《热工规范》等暖通空调相关标准规范更符合在非太阳能富集地区的设计要求，而对于太阳能富集地区应该充分考虑太阳辐射对建筑物冬季能耗的有利因素，对朝向差异化围护结构实行非平衡保温。但现有技术无法针对外墙的内保温层进行厚度的控制，对太阳能的利用效率底，建筑物的能耗高，无法达到节能的最优化。因此，通过朝向差异化围护结构经济保温热阻计算方法来确定非平衡保温各方向保温结构及其厚度，对于太阳能富集地区建筑保温设计具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，为朝向差异化围护结构经济保温热阻的确定提供重要的理论基础，提高太阳能的利用效率，减少建筑物的能耗。为实现上述目的，采用如下技术方案：一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，包括：1)计算得到围护结构的经济保温热阻及某朝向的围护结构的室外综合温度；2)确定围护结构的结构参数和保温层的结构参数，并计算得到非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比；3)根据经济保温热阻、围护结构的室外综合温度、围护结构的结构参数、保温层的结构参数、非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比计算某朝向保温层的最优厚度，使施工中的实际某朝向保温层厚度等于该某朝向保温层的最优厚度。进一步的，步骤1)中，所述围护结构的经济保温热阻计算公式为：式中：Cf—当地电价，元/kWh；PWF—贴现系数，即将资金的将来值折算成现值；ηh—采暖设备效率；CDD—所选地区空调度日数，℃·d；ηc—空调设备效率；HDD—所选地区采暖度日数，℃·d；κ—单位热阻时单位面积的初期投资，元·W/m2·℃。进一步的，引进相对通货膨胀率改进的银行利率I，所述贴现系数PWF用下式计算：1)当g<i时，I＝(i-g)/(1+g)；当g>i时，I＝(g-i)/(1+i)；此时，PWF＝[1-(1+I)-N]/I；2)当g＝i时，PWF＝(1+i)-N；上列式中：g—通货膨胀率；i—银行贷款利率；I—改进的银行利率；N—使用年限，年。单位热阻时单位面积的初期投资κ按下式计算：式中：F—为外围护结构面积，m2；R0—实际建筑的总热阻，℃/W；S—初期投资，元，只包括围护结构建造费用及采暖空调设备费用。进一步的，步骤1)中，所述围护结构包括围护结构墙体、保温层和外装饰；所述围护结构墙体包括：北外墙、东外墙、南外墙、西外墙。进一步的，步骤1)中，所述某朝向的围护结构的室外综合温度用以下公式计算：式中：tZX—某朝向室外综合温度，℃；ta—室外空气温度，℃；IX—某朝向围护结构单位外表面积所受到的太阳总辐射，W/m2；ρ—围护结构外表面对太阳辐射的吸收率，取0.7；αa—壁表面总换热系数，取23.3W/(m2·K)；qe有效辐射或夜间辐射，W/m2。进一步的，步骤2)中：进一步的，保温层采用统一保温材料，导热系数为λb，北外墙的内保温厚度为δbN，东外墙的内保温厚度为δbE，南外墙的内保温厚度为δbS，西外墙的内保温厚度为δbW；围护结构墙体采用统一材料，导热系数为λw；北外墙的厚度为δwN，东外墙的厚度为δwE，南外墙的厚度为δwS，西外墙的厚度为δwW；外装饰采用统一材料，导热系数为λs；北外墙的外装饰材料厚度为δsN，东外墙的装饰材料厚度为δsE，南外墙的装饰材料厚度为δsS，西外墙的装饰材料厚度为δsW。进一步的，非平衡保温下计算面围护结构面积和总面积比：αX＝FX/F。进一步的，保温层和墙体材料的导热系数比：β＝λb/λw。进一步的，保温层和外装饰的导热系数比：γ＝λb/λs。进一步的，步骤3)中，采用下式计算某朝向的保温层最优的厚度：式中：X—所需计算保温层厚度的方向，北向为N，东向为E，南向为S，西向为W；δbX—非平衡保温下计算面保温层的厚度，m；λb—非平衡保温下计算面保温层所选材料对应的导热系数，W/m·℃；δwX—非平衡保温下计算面外墙的厚度，m；δsX—非平衡保温下计算面外装饰的厚度，m；ti—室内空气温度，℃；ta—室外空气温度，℃；tZX—计算面空气室外综合温度，℃；RJ—经济热阻，℃/W；FX—非平衡保温下计算墙面面积，m2；F—外围护结构总面积，m2；式中三个系数：αX—非平衡保温下计算面围护结构面积和总面积比；β—保温层和墙体材料的导热系数比；γ—保温层和外装饰的导热系数比。本专利技术有益效果如下：1、本专利技术方法基于各向外墙等热流密度，结合室外空气综合温度和经济保温热阻给出了一套朝向差异化围护结构厚度的计算公式；传统计算方法比较复杂，此方法在得出经济热阻后只需要确定αX，β，γ三个系数，便可以计算出各向维护结构保温材料的厚度，简便快捷节省成本。2、本专利技术方法可以较为精确地确定差异化保温的的厚度，使得建筑围护结构既能满足人体舒适又能满足热工需求，同时减少了热量损耗，满足经济性要求，更加经济节能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例中北面围护结构传热模型图；图2是本专利技术实施例中东面围护结构传热模型图；图3是本专利技术实施例中南面围护结构传热模型图；图4是本专利技术实施例中西面围护结构传热模型图；图5是本专利技术实施例中各向围护结构传热热阻模型图；图6是本专利技术实施例中太阳辐射围护结构示意图；图7是本实施例提供的方法流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，包括：/n1)计算得到围护结构的经济保温热阻及某朝向的围护结构的室外综合温度；/n2)确定围护结构的结构参数和保温层的结构参数，并计算得到非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比；/n3)根据经济保温热阻、围护结构的室外综合温度、围护结构的结构参数、保温层的结构参数、非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比计算某朝向保温层的最优厚度，使施工中的实际某朝向保温层厚度等于该某朝向保温层的最优厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，包括：
1)计算得到围护结构的经济保温热阻及某朝向的围护结构的室外综合温度；
2)确定围护结构的结构参数和保温层的结构参数，并计算得到非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比；
3)根据经济保温热阻、围护结构的室外综合温度、围护结构的结构参数、保温层的结构参数、非平衡保温下计算面围护结构面积和围护结构总面积比、保温层和墙体材料的导热系数比、保温层和外装饰的导热系数比计算某朝向保温层的最优厚度，使施工中的实际某朝向保温层厚度等于该某朝向保温层的最优厚度。


2.根据权利要求1所述的优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，步骤1)中，所述围护结构的经济保温热阻计算公式为：



式中：Cf—当地电价，元/kWh；PWF—贴现系数，即将资金的将来值折算成现值；ηh—采暖设备效率；CDD—所选地区空调度日数，℃·d；ηc—空调设备效率；HDD—所选地区采暖度日数，℃·d；κ—单位热阻时单位面积的初期投资，元·W/m2·℃。


3.根据权利要求2所述的优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，引进相对通货膨胀率改进的银行利率I，所述贴现系数PWF用下式计算：
1)当g<i时，I＝(i-g)/(1+g)；当g>i时，I＝(g-i)/(1+i)；此时，PWF＝[1-(1+I)-N]/I；
2)当g＝i时，PWF＝(1+i)-N；
上列式中：g—通货膨胀率；i—银行贷款利率；I—改进的银行利率；N—使用年限，年；
单位热阻时单位面积的初期投资κ按下式计算：



式中：F—为外围护结构面积，m2；R0—实际建筑的总热阻，℃/W；S—初期投资，元，只包括围护结构建造费用及采暖空调设备费用。


4.根据权利要求1所述的优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，步骤1)中，所述围护结构包括围护结构墙体、保温层和外装饰；所述围护结构墙体包括：东外墙、西外墙、南外墙、北外墙。


5.根据权利要求1所述的优化朝向差异化围护结构保温层厚度的方法，其特征在于，步骤1)中，所述某朝向的围护结构的室外综合温度用以下公式计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：王登甲，殷庭强，刘艳峰，刘加平，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61