“三合一”复合墙体在变电站工程应用中的热工性能分析

刘 鸽, 巩天真,张泽平

(1.山西经济管理干部学院,山西 太原 030024;2.山西大学工程学院,山西 太原 030013;3.太原理工大学,山西 太原 030024)

引言

当前,我国经济发展进入新常态,随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级,我国能源需求刚性增长,资源环境问题仍是制约我国经济社会发展的瓶颈之一,节能减排依然形势严峻、任务艰巨[1]。所以,作为节能减排的大户建筑业仍应将节能减排作为优化经济结构、推动绿色循环低碳发展、加快生态文明建设的重要抓手和突破口,开发研制并推广使用高效、节能、环保的新型建筑材料及建筑结构,并充分考虑利用工农业生产过程中产生的炉渣、粉煤灰等废料是推进建筑业节能减排的有效措施。“三合一”复合墙体是我们已研发成功的强度等级为C10,导热系数为0.298 W/m·k的高掺量炉渣粉煤灰混凝土砌块作为墙体组成部分,在墙体内涂抹20 mm厚度的玻化微珠保温砂浆,然后在玻化微珠保温砂浆内侧粘贴9.0 mm厚石膏板形成的复合保温墙体。“三合一”复合保温墙体做法如图1所示。图1中的复合保温墙体从左到右依次为石膏板、玻化微珠保温砂浆、高掺量炉渣粉煤灰混凝土砌块。“三合一”复合保温墙体应用到具体建筑物中的保温效果如何,能否满足建筑节能50%的节能目标将是需要研究的一个重点问题。本文对“三合一”复合保温墙体应用在变电站工程项目中的热工性能进行了分析计算。

图1 “三合一”复合墙体做法示意图

1 变电站工程概况

本变电站工程位于山西省晋中市榆次区榆次北,是山西省重点建设项目。该变电站工程是一个地上3层的框架结构建筑物,建筑总高度为12.40米,首层层高4.8米,二层层高4.2米,三层层高3.4米,总建筑面积1076.4平方米。该变电站工程填充墙全部采用“三合一”复合墙体。

2 采用“三合一”复合墙体变电站工程的热工性能分析

2.1 模型建立

本文应用DeST-c热工分析软件[2]对填充墙采用了“三合一”复合墙体的变电站工程进行热工性能分析计算,为了能更准确地分析采用“三合一”复合墙体的变电站工程的能耗情况,本文通过软件模拟,建立了两种模型,即模型A和模型B,意在对比分析基于“三合一”复合墙体填充墙和普通粘土砖填充墙在框架结构建筑中的能耗情况。

DeST-c热工分析软件中输入的变电站工程模型A与模型B中屋顶、外墙、内墙、门窗等构件的详细建筑做法如表1所示。按表1中的做法输入DeST-c软件后的变电站工程中立面图、侧面图、标准层平面图、轴测图模型如图2所示。由于榆次区的地理信息接近太原市,本模型中选取太原市的信息为当地地理信息;建筑围护构件参数设定按2个模型的建筑做法依次设定;建筑物房间功能参数包括房间功能、房间人员热扰、灯光热扰等参数按照变电站工程实际情况设定;模型中建筑物内空调按所有房间均采暖,每户设置一个空调系统进行设置,室温上限设定为26℃,下限设定为18℃,湿度上限设定为0.8,下限设定为0.2,耐受温度上限设定为29℃,下限设定为16℃;通风参数均设定为房间与房间之间、房间与外界之间“两者都有”。

表1 模型A与模型B建筑做法

图2 DeST-c中建筑模型图

2.2 模拟分析结果

根据DeST-c热工分析软件中设定的参数,对模型A和模型B分别进行了能耗的模拟计算与分析。计算过程中采暖季时间的设定是根据太原市的供暖时间从当年的11月1日至次年的3月31日,空调季时间设定为6月15日至9月15日。计算结果分别从两个建筑物的热负荷、冷负荷、全年能耗、建筑耗煤量等方面进行了详细的对比分析。

2.2.1热负荷对比分析结果

DeST-c热工分析软件计算结果显示,模型A与模型B建筑物在整个采暖季的能耗情况如表2所示。

表2 模型A与模型B在整个采暖季的能耗情况

表2的分析结果显示,采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站模型A在整个采暖季平均能耗比采用标准粘土砖作为填充墙的模型B减少21.48W/m2,能耗节能率η=21.48/49.63=43.28%。

2.2.2冷负荷对比情况分析

DeST-c热工分析软件计算结果显示,模型A与模型B建筑物在整个空调季的能耗情况如表3所示。

表3 模型A与模型B在整个空调季的能耗情况

表3的分析结果显示,采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站模型A在整个空调季平均能耗比采用标准粘土砖作为填充墙的模型B减少0.51W/m2,能耗节能率η=0.51/0.93=54.84%。

2.2.3全年能耗对比分析情况

DeST-c热工分析软件计算结果显示,模型A与模型B建筑物全年的能耗情况如表4所示。

表4 模型A与模型B全年能耗情况

表4的分析结果显示,采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站模型A全年能耗比采用标准粘土砖作为填充墙的模型B减少67780.91kW·h,能耗节能率η=67780.91/156024.18=43.44%。

2.2.4建筑耗煤量对比

经DeST-c热工分析软件计算结果显示,模型A和模型B在采暖季的耗煤量数值如表5所示。

表5 模型A与模型B耗煤量情况

实现建筑节能50%的节能标准,就是要把每平方米建筑供暖煤耗降低到12.5公斤标准煤[3],经过DeST-c热工分析软件模拟计算,采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站工程的每平米建筑供暖煤耗量为12.03公斤标准煤,所以该建筑达到了50%的节能目标。

3 结论

1)通过DeST-c热工分析软件建模计算分析可以看出,采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站工程与采用同厚度的普通粘土砖墙体作为填充墙的建筑相比,不管是热负荷、冷负荷，还是全年能耗对比,变电站工程的节能率基本都达到了50%,说明采用“三合一”复合墙体作为填充墙的变电站工程通过改善建筑围护结构的热工性能,达到了很好的保温效果,可以实现建筑节能50%的目标。

2)“三合一”复合墙体既可以起到围护作用,又能达到很好的保温效果,且其中间层使用的玻化微珠保温砂浆不仅起到了提高墙体保温性能的效果,而且有粘结内部装饰石膏板的作用,省工省料,且这种新型墙体材料充分利用了炉渣、粉煤灰等工业废料,变废为宝,保护环境。