外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本分析

陳鵬剛,程海峰,劉　凱

(安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,安徽　合肥　230601)

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外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本分析

陳鵬剛,程海峰,劉凱

(安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,安徽合肥230601)

介紹了四種常用外墻干掛保溫系統(tǒng)的基本構(gòu)造、性能參數(shù)和建造成本，建立了外墻干掛保溫系統(tǒng)生命周期成本分析的數(shù)學(xué)模型，并利用該模型分析了這四種常用外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本。結(jié)果表明，四種常用外墻干掛保溫系統(tǒng)中，鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)傳熱系數(shù)最少，保溫效果最好；彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)生命周期成本最低。

外墻干掛保溫；生命周期成本；建筑節(jié)能；經(jīng)濟效益

當(dāng)前，建筑能耗占社會總能耗的25%左右，隨著中國城市化水平的加快，這一比率還將繼續(xù)提升。實現(xiàn)節(jié)能65%的目標(biāo)，重點在于提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，而外墻干掛保溫系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢代表著外墻保溫技術(shù)未來的發(fā)展方向[1]。外墻干掛保溫系統(tǒng)能夠很好提高外墻的保溫隔熱性能，降低建筑負(fù)荷和建筑運營的費用，但如此同時也增加了初始建設(shè)成本。所以需要從全生命周期考慮外墻干掛保溫系統(tǒng)的成本和效益。

外墻干掛保溫系統(tǒng)不用灌漿粘貼而是用金屬掛件將飾面材料吊掛在墻面之上或者空掛在鋼架之上。常見的外墻保溫干掛系統(tǒng)有保溫裝飾一體化系統(tǒng)，如鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng);聚氨酯夾芯彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng);保溫、裝飾相互獨立的外墻干掛保溫系統(tǒng)，如石材干掛外墻保溫系統(tǒng)、鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)、玻璃幕墻外墻保溫系統(tǒng)[2]。

生命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis,簡稱LCCA)是一種經(jīng)濟評價方法，全面統(tǒng)計建筑物建造、運營，維護修理和拆除的全生命過程成本[3]。本文介紹了合肥地區(qū)五種常用的外墻干掛保溫系統(tǒng)的構(gòu)造、熱工性能和建造成本，建立了外墻干掛保溫系統(tǒng)生命周期成本分析的數(shù)學(xué)模型，并利用該模型分析了合肥地區(qū)常用五種外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本。

1　外墻干掛體保溫系統(tǒng)

金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻保溫系統(tǒng)、石材干掛外墻保溫系統(tǒng)、彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)、鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)、玻璃幕墻外墻保溫系統(tǒng)。

1.1保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)

鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻保溫系統(tǒng)是通過使用龍骨干掛的方法將聚氨酯保溫裝飾一體化保溫板固定在建筑基層墻體上，實現(xiàn)保溫與裝飾雙重目的的保溫系統(tǒng)[4](見圖1)。采用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)墻體，從而得到其性能參數(shù)如表1所示。

圖1　鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)構(gòu)造圖

構(gòu)造做法厚度∕mm導(dǎo)熱系數(shù)∕(W·m-2·k-1)修正系數(shù)熱阻∕(m2·k·W-1)混合砂漿200.8710.023鋼筋混凝土2001.75610.114空氣層250.14羅寶板400.0271.11.34

1.2石材干掛外墻保溫系統(tǒng)

石材干掛外墻保溫系統(tǒng)主要由墻體結(jié)構(gòu)層、保溫層、飾面層三部分組成。安裝方法首先進行龍骨的安裝，安裝完畢后，在龍骨施工完畢后，在龍骨夾層中鋪貼保溫層，保溫材料大多使用防火巖棉；最后進行石材外裝飾面的固定(見圖2)。

圖2　石材干掛外墻保溫系統(tǒng)構(gòu)造圖

采用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)墻體，保溫層選用常用的巖棉板，保溫層厚度為50 mm、石材厚度為30 mm，從而得到其性能參數(shù)如表2所示。

表2　石材干掛外墻保溫系統(tǒng)性能參數(shù)

1.3彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)

彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)構(gòu)造類似鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)。飾面層大多使用夾芯彩鋼板，市場上主要的夾芯鋼板有泡沫彩鋼板、巖棉彩鋼板、聚氨酯彩鋼板、紙蜂窩夾芯板、玻璃棉彩鋼板。其中聚氨酯夾芯板由上下層彩鋼板加中間發(fā)泡聚氨酯組成，具有良好的保溫、隔熱、隔音效果，聚氨酯作為防火材料不助燃，聚氨酯夾芯彩鋼板在市場上使用最為廣泛(見圖3)。

圖3　聚氨酯夾芯彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)構(gòu)造圖

采用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)墻體、聚氨酯夾芯彩鋼板厚度為25mm，從而得到其性能參數(shù)如表3所示。

表3　聚氨酯夾芯彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)性能參數(shù)

1.4鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)

鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)構(gòu)造同石材干掛外墻保溫系統(tǒng)類似，由墻體結(jié)構(gòu)層、保溫層、鋁板飾面層三部分組成，其中飾面層采用鋁板(見圖4)。

圖4　鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)構(gòu)造

采用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)墻體、保溫層使用常用的巖棉板，保溫層厚度為50 mm、鋁板厚度為3 mm，從而得到其性能參數(shù)如表4所示。

表4　鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)性能參數(shù)

1.5保溫系統(tǒng)的建造成本

采用工程量清單計價的方法，得到各種外墻干掛保溫系統(tǒng)的建造成本如表5所示。

表5　外墻干掛保溫系統(tǒng)的建造成本　元

2　數(shù)學(xué)模型

外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本包括外墻干掛保溫系統(tǒng)的初始建設(shè)成本、運行成本、維護修理成本、剩余殘值和拆除成本。外墻干掛保溫系統(tǒng)的剩余殘值在目前技術(shù)下，很難再利用，故暫不考慮其殘值，得到生命周期成本的通用公式：生命周期成本=初始建設(shè)成本+運行成本+維護修理成本+拆除成本

LCC=IC+OC+MC+DC

(1)

2.1運行成本

外墻外保溫系統(tǒng)的運行成本即外墻外保溫系統(tǒng)傳熱引起的耗能費[5]。本文利用采暖、空調(diào)度日數(shù)計算外墻的冷熱負(fù)荷，根據(jù)冷熱負(fù)荷計算耗能費用。

由文獻(xiàn)[6-7]分別得到夏熱冬冷地區(qū)單位面積的外墻冬、夏季年負(fù)荷公式

Qw=k×HDD18×24/1000,Qs=k×CDD26×24/1000

(2)

式中：Qw、Qs分別為采暖、空調(diào)年負(fù)荷，(kW·h)/m2；HDD18、CDD26分別為采暖、空調(diào)度日數(shù)℃·d。

采用家用空氣源熱泵空調(diào)進行溫度調(diào)節(jié)，單位面積外墻采暖和制冷的空調(diào)耗能費用公式分別為

Cw=QwCe/COP,Cs=QsCe/EER

(3)

式中：Cw、Cs分別為冬季、夏季空調(diào)能耗費用，元/m2；Ce為商業(yè)用電價格，元/kWh；COP 為空調(diào)制熱能效比；EER 為空調(diào)制冷能效比。

考慮資金的時間價格，要將資金的將來值折現(xiàn)為現(xiàn)值，引入生命周期現(xiàn)值因子

PWF = (1-(1+I)-N) /I

(4)

(5)

式中：i為利率，g為通貨膨脹率

最終得到生命周期時間內(nèi)單位面積外墻外保溫的運行費用

OC=(Cw+Cs)·PWF

(6)

2.2維護修理成本

根據(jù)文獻(xiàn)[8]67-71，外墻干掛外保溫系數(shù)的維護修理成本采用一個固定值，平均分?jǐn)偟缴芷趦?nèi)的第一年。維護修理成本

(7)

2.3拆除成本

外墻干掛保溫系統(tǒng)的拆除成本按照安裝人工費的40%計算，由于拆除成本發(fā)生在保溫系統(tǒng)拆除的時候，需要引進一次支付現(xiàn)值公式

P=F(P/F,i,n)=F[1/(1+i)n]

(8)

DC=40%·LC[1/(1+i)n]

(9)

式中：LC為外墻干掛保溫系統(tǒng)安裝人工費；n為保溫使用年限；i為利率。

3　討論和應(yīng)用

針對合肥地區(qū)，選擇的參數(shù)如下：在正確使用和正常維護的條件下，外墻干掛保溫工程的使用年限為30年，則生命周期n取30；以2013年為例，通貨膨脹率為2.63，貨款利率為6.55，從而計算生命周期內(nèi)的現(xiàn)值因子為17.68；根據(jù)文獻(xiàn)[10]得到合肥地區(qū)采暖度日數(shù)HDD18為1 397℃·d,合肥地區(qū)空調(diào)度日數(shù)CDD26為186℃·d；根據(jù)文獻(xiàn)[8]67-71W為9%；合肥地區(qū)的商業(yè)用電價格為0.839 7元/kWh；選定空氣源熱泵空調(diào)的EER為3.0，COP為3.0；空調(diào)運行時間為每天8小時。根據(jù)這些參數(shù)得到計算結(jié)果如表6所示。

表6　常用外墻干掛保溫系統(tǒng)生命周期成本分析

從表6可知：采用鋼筋混凝土墻體為基層墻體，得到三種外墻干掛保溫系統(tǒng)的傳熱系數(shù)非常少，保溫性能良好，其中鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)的傳熱系數(shù)最少為0.55W/(m2·k)，保溫效果最好;彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)最大為1.142W/(m2·k)，保溫效果較其他三種系統(tǒng)最差。四種外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本中，彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)生命周期成本最少為609.251元，石材干掛外墻保溫系統(tǒng)的生命周期成本最高為1 018.646元。

4　結(jié)論

(1)運用生命成本分析法，建立了外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本分析數(shù)學(xué)模型，該模型能夠合理的評價外墻干掛保溫系統(tǒng)的生命周期成本，為外墻干掛保溫系統(tǒng)方案的選擇提供有效的依據(jù)。

(2)在合肥地區(qū)四種常用的外墻干掛保溫系統(tǒng)中，鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛外墻系統(tǒng)傳熱系數(shù)最少，保溫效果最好；彩鋼板干掛外墻保溫系統(tǒng)生命周期成本最低。

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(責(zé)任編輯：李麗,吳曉紅)

The mathematical models of life cycle cost analysis of dry-hanging exterior wall thermal insulation system

CHEN Gang-peng,CHENG Hai-feng,LIU Kai

(Anhui University of architecture and industry ，Hefei Anhui 230601,China)

The basic structures 、performance parameters and construction costs of four common dry-hanging wall thermal insulation systems were introduced in the article，establishes the life cycle cost analysis mathematical models of these four systems, and analyses the life cycle costs of these systems on the basis of these mathematical models. The results show that heat transfer coefficient of aluminum alloy polyurethane integration of dry-hanging exterior wall thermal insulation decoration system is the least, and heat preservation is the best; the life cycle cost of the color plate dry-hanging exterior wall thermal insulation system is the lowest.

dry-hanging wall thermal insulation;life cycle cost;building energy conservation;economic benefit

2015-05-16

“十二五”國家科技支撐計劃子課題“鋁合金聚氨酯外墻保溫裝飾一體化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”基金資助項目(2011BAJ03B04-3(0001)

陳鵬剛(1991-)，男，安徽樅陽人，在讀碩士，研究方向：建筑節(jié)能。

TU74

A

1672-1098(2016)04-0064-05