基于DeST的甘肅省既有教學樓節能保溫改造模擬分析

孔玉琴

(甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

通過對既有建筑的外部墻體、門窗及屋頂等部件進行改善，能夠改變建筑設施內部的溫度環境，減少溫度調節過程中的能源消耗。建筑物外圍改善措施與建筑物自身能耗、所處環境之間存在十分復雜的關系，很難直接準確分析，而隨時間變化進行動態模擬分析可以解決這個問題。建筑物的熱傳導是一個動態變化的過程，建筑設施熱量的獲取與損失時時刻刻都在變化，其與建筑物所處環境的氣象條件和緯度的不同、季節差異及風向改變等密切相關,現場實際測量很難把控這些復雜多變的因素，短期內也難以獲得有效的數據信息，更不用說獲得準確客觀的結論。現實可行的方法是根據施工圖紙，通過DeST計算機動態模擬分析[1-4],預測建筑物的能耗情況,依據相關標準對預測的能耗情況進行總結，轉化為易接受的熱舒適程度和能耗情況的具體指標。因此，本文通過對甘肅省中小學典型既有教學樓模型在未采用保溫措施和附加保溫措施下運用DeST軟件進行模擬分析，充分考慮保溫材料的經濟性和適宜性原則,實現教學樓全年能耗指標下降,符合當前建筑節能設計規范要求,有助于指導新建中小學建筑節能工作，為甘肅省中小學既有建筑節能改造提供了理論參考和技術支持。

1 試驗材料和方法

以EPS、XPS、巖棉板3種保溫材料為試驗材料，采用基層+40mm巖棉板、基層+40mm XPS、基層+40mm EPS三種構造，以多孔黏土磚基準建筑為對照，不同構造的傳熱系數分別為0.92W/（m2.K）、0.51W/（m2.K）、0.58W/（m2.K）和1.33W/（m2.K），用DeST模擬不同外墻構造的保溫系統的能耗并比較。

2 結果分析

2.1 不同外墻保溫材料作用下建筑室內溫度變化情況

對3種不同外墻保溫材料作用下建筑物室內溫度變化情況進行模擬分析，以基準建筑為對照,由圖1和圖2發現，外墻保溫材料對冬季室內溫度影響較大，對夏季室內溫度影響較小。基層+40mm巖棉板保溫材料熱穩定性和保溫性能均最差，僅好于基準建筑。基層+40mm XPS和基層+40mm EPS保溫材料的熱穩定性和保溫性能沒有明顯差異，均顯著優于基層+40mm巖棉板和基準建筑。其中，基層+40mm XPS外保溫材料在熱穩定和保溫性方面表現突出,基層+40mm EPS保溫材料次之。因此，XPS和EPS可作為甘肅中小學既有教學樓外墻節能改造中優選保溫材料。

圖1 外墻保溫材料冬季室內溫度變化

圖2 外墻保溫材料夏季室內溫度變化

2.2 采暖空調耗電量與外墻保溫材料的傳熱系數關系

通過模擬分析，在采暖空調開啟狀態下，保證基準建筑外圍結構不變，建筑物采暖空調耗電量與外墻保溫材料的傳熱系數變化關系密切。從圖3和圖4模擬數據發現，建筑物全年采暖耗電量與外墻保溫材料的傳熱系數呈顯著的線性關系,但全年空調耗電量與外墻保溫材料的傳熱系數之間無線性相關。建筑物制冷耗電量顯著小于采暖耗電量,采暖耗電量在全年總耗能的變化中占主要地位，其原因可能與甘肅省區域內采暖時期長,氣候干燥，夏季溫度較溫和以及較大的晝夜溫差有關。

圖3 建筑全年采暖耗電量與傳熱系數關系

圖4 建筑全年空調耗電量與傳熱系數關系

2.3 外墻外保溫耗熱量和耗冷量

通過對基準建筑和附加不同外墻外保溫情況下建筑耗熱量和耗冷量模擬分析發現（見圖5和圖6），附加不同外墻外保溫耗熱量顯著低于基準建筑，耗冷量與基準建筑差異不顯著。此外，采暖季節耗熱量的變化明顯大于空調季節耗冷量的變化,這說明對于冬季采暖期較長和溫度較低區域，外墻外保溫有較好的效果；反之，對于夏季長和溫度高區域內的節能效果不顯著。

圖5 外墻保溫材料采暖季節耗熱量指標

圖6 外墻保溫材料空調季節耗冷量指標

3 結論

本文針對甘肅省區域內中小學教學樓所處環境的氣象條件、緯度的不同以及季節差異等因素影響導致的建筑能耗情況無法準確判斷的問題，以EPS、XPS、巖棉板3組保溫系統為試驗材料，利用DeST軟件對基層+40mm巖棉板、基層+40mm XPS、基層+40mm EPS 3組不同外墻保溫系統的教學樓建筑采暖能耗進行模擬分析和優化，確定了最佳外墻保溫層類型為基層+40mm EPS，對于節能要求較高的建筑可以考慮基層+40mm XPS保溫層。