“三合一”復(fù)合墻體在變電站工程應(yīng)用中的熱工性能分析

劉 鴿, 鞏天真,張澤平

(1.山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院,山西 太原 030024;2.山西大學(xué)工程學(xué)院,山西 太原 030013;3.太原理工大學(xué),山西 太原 030024)

引言

當(dāng)前,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)升級(jí),我國(guó)能源需求剛性增長(zhǎng),資源環(huán)境問題仍是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸之一,節(jié)能減排依然形勢(shì)嚴(yán)峻、任務(wù)艱巨[1]。所以,作為節(jié)能減排的大戶建筑業(yè)仍應(yīng)將節(jié)能減排作為優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、推動(dòng)綠色循環(huán)低碳發(fā)展、加快生態(tài)文明建設(shè)的重要抓手和突破口,開發(fā)研制并推廣使用高效、節(jié)能、環(huán)保的新型建筑材料及建筑結(jié)構(gòu),并充分考慮利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的爐渣、粉煤灰等廢料是推進(jìn)建筑業(yè)節(jié)能減排的有效措施?！叭弦弧睆?fù)合墻體是我們已研發(fā)成功的強(qiáng)度等級(jí)為C10,導(dǎo)熱系數(shù)為0.298 W/m·k的高摻量爐渣粉煤灰混凝土砌塊作為墻體組成部分,在墻體內(nèi)涂抹20 mm厚度的?；⒅楸厣皾{,然后在玻化微珠保溫砂漿內(nèi)側(cè)粘貼9.0 mm厚石膏板形成的復(fù)合保溫墻體?！叭弦弧睆?fù)合保溫墻體做法如圖1所示。圖1中的復(fù)合保溫墻體從左到右依次為石膏板、?；⒅楸厣皾{、高摻量爐渣粉煤灰混凝土砌塊。“三合一”復(fù)合保溫墻體應(yīng)用到具體建筑物中的保溫效果如何,能否滿足建筑節(jié)能50%的節(jié)能目標(biāo)將是需要研究的一個(gè)重點(diǎn)問題。本文對(duì)“三合一”復(fù)合保溫墻體應(yīng)用在變電站工程項(xiàng)目中的熱工性能進(jìn)行了分析計(jì)算。

圖1 “三合一”復(fù)合墻體做法示意圖

1 變電站工程概況

本變電站工程位于山西省晉中市榆次區(qū)榆次北,是山西省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該變電站工程是一個(gè)地上3層的框架結(jié)構(gòu)建筑物,建筑總高度為12.40米,首層層高4.8米,二層層高4.2米,三層層高3.4米,總建筑面積1076.4平方米。該變電站工程填充墻全部采用“三合一”復(fù)合墻體。

2 采用“三合一”復(fù)合墻體變電站工程的熱工性能分析

2.1 模型建立

本文應(yīng)用DeST-c熱工分析軟件[2]對(duì)填充墻采用了“三合一”復(fù)合墻體的變電站工程進(jìn)行熱工性能分析計(jì)算,為了能更準(zhǔn)確地分析采用“三合一”復(fù)合墻體的變電站工程的能耗情況,本文通過軟件模擬,建立了兩種模型,即模型A和模型B,意在對(duì)比分析基于“三合一”復(fù)合墻體填充墻和普通粘土磚填充墻在框架結(jié)構(gòu)建筑中的能耗情況。

DeST-c熱工分析軟件中輸入的變電站工程模型A與模型B中屋頂、外墻、內(nèi)墻、門窗等構(gòu)件的詳細(xì)建筑做法如表1所示。按表1中的做法輸入DeST-c軟件后的變電站工程中立面圖、側(cè)面圖、標(biāo)準(zhǔn)層平面圖、軸測(cè)圖模型如圖2所示。由于榆次區(qū)的地理信息接近太原市,本模型中選取太原市的信息為當(dāng)?shù)氐乩硇畔?建筑圍護(hù)構(gòu)件參數(shù)設(shè)定按2個(gè)模型的建筑做法依次設(shè)定;建筑物房間功能參數(shù)包括房間功能、房間人員熱擾、燈光熱擾等參數(shù)按照變電站工程實(shí)際情況設(shè)定;模型中建筑物內(nèi)空調(diào)按所有房間均采暖,每戶設(shè)置一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置,室溫上限設(shè)定為26℃,下限設(shè)定為18℃,濕度上限設(shè)定為0.8,下限設(shè)定為0.2,耐受溫度上限設(shè)定為29℃,下限設(shè)定為16℃;通風(fēng)參數(shù)均設(shè)定為房間與房間之間、房間與外界之間“兩者都有”。

表1 模型A與模型B建筑做法

圖2 DeST-c中建筑模型圖

2.2 模擬分析結(jié)果

根據(jù)DeST-c熱工分析軟件中設(shè)定的參數(shù),對(duì)模型A和模型B分別進(jìn)行了能耗的模擬計(jì)算與分析。計(jì)算過程中采暖季時(shí)間的設(shè)定是根據(jù)太原市的供暖時(shí)間從當(dāng)年的11月1日至次年的3月31日,空調(diào)季時(shí)間設(shè)定為6月15日至9月15日。計(jì)算結(jié)果分別從兩個(gè)建筑物的熱負(fù)荷、冷負(fù)荷、全年能耗、建筑耗煤量等方面進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析。

2.2.1熱負(fù)荷對(duì)比分析結(jié)果

DeST-c熱工分析軟件計(jì)算結(jié)果顯示,模型A與模型B建筑物在整個(gè)采暖季的能耗情況如表2所示。

表2 模型A與模型B在整個(gè)采暖季的能耗情況

表2的分析結(jié)果顯示,采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站模型A在整個(gè)采暖季平均能耗比采用標(biāo)準(zhǔn)粘土磚作為填充墻的模型B減少21.48W/m2,能耗節(jié)能率η=21.48/49.63=43.28%。

2.2.2冷負(fù)荷對(duì)比情況分析

DeST-c熱工分析軟件計(jì)算結(jié)果顯示,模型A與模型B建筑物在整個(gè)空調(diào)季的能耗情況如表3所示。

表3 模型A與模型B在整個(gè)空調(diào)季的能耗情況

表3的分析結(jié)果顯示,采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站模型A在整個(gè)空調(diào)季平均能耗比采用標(biāo)準(zhǔn)粘土磚作為填充墻的模型B減少0.51W/m2,能耗節(jié)能率η=0.51/0.93=54.84%。

2.2.3全年能耗對(duì)比分析情況

DeST-c熱工分析軟件計(jì)算結(jié)果顯示,模型A與模型B建筑物全年的能耗情況如表4所示。

表4 模型A與模型B全年能耗情況

表4的分析結(jié)果顯示,采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站模型A全年能耗比采用標(biāo)準(zhǔn)粘土磚作為填充墻的模型B減少67780.91kW·h,能耗節(jié)能率η=67780.91/156024.18=43.44%。

2.2.4建筑耗煤量對(duì)比

經(jīng)DeST-c熱工分析軟件計(jì)算結(jié)果顯示,模型A和模型B在采暖季的耗煤量數(shù)值如表5所示。

表5 模型A與模型B耗煤量情況

實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能50%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),就是要把每平方米建筑供暖煤耗降低到12.5公斤標(biāo)準(zhǔn)煤[3],經(jīng)過DeST-c熱工分析軟件模擬計(jì)算,采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站工程的每平米建筑供暖煤耗量為12.03公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,所以該建筑達(dá)到了50%的節(jié)能目標(biāo)。

3 結(jié)論

1)通過DeST-c熱工分析軟件建模計(jì)算分析可以看出,采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站工程與采用同厚度的普通粘土磚墻體作為填充墻的建筑相比,不管是熱負(fù)荷、冷負(fù)荷，還是全年能耗對(duì)比,變電站工程的節(jié)能率基本都達(dá)到了50%,說明采用“三合一”復(fù)合墻體作為填充墻的變電站工程通過改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,達(dá)到了很好的保溫效果,可以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能50%的目標(biāo)。

2)“三合一”復(fù)合墻體既可以起到圍護(hù)作用,又能達(dá)到很好的保溫效果,且其中間層使用的?；⒅楸厣皾{不僅起到了提高墻體保溫性能的效果,而且有粘結(jié)內(nèi)部裝飾石膏板的作用,省工省料,且這種新型墻體材料充分利用了爐渣、粉煤灰等工業(yè)廢料,變廢為寶,保護(hù)環(huán)境。