表2.墙体(类型1)构造[5] 材料名称
导热系数λ
(W/㎡·k)
厚度
δ(mm)
聚合物砂浆
0.930
3
挤塑聚苯乙烯泡沫板
0.030
――
聚合物砂浆
0.930
3
砂浆找平层
0.930
20
大孔空心砖（页岩）
0.580
300
白灰砂浆
0.810
20
建筑外表面积：Ｆo=3834.95 m2；
建筑面积：Ａo=4758.34 m2；
体形系数：S=Ｆo /Ｖo=0.28m-1 < 0.3 m-1；
换气体积与次数：Ｖ=8936.6ｍ3，
n=0.65次/ｈ；
窗墙面积比：南：0.27，北：0.22；
采暖期室外平均温度：Te＝－1.6℃；
采暖期度日数：DD=2541℃·ｄ/ｙ。
3.2 计算结果及分析
3.2.1 保温层厚度与费用的关系
图1. 保温层厚度与费用的关系
当墙体及保温层的构造和材料一定时，保温层厚度直接影响建筑采暖的经济性。本文选用类型1的墙体进行分析，该墙体的具体结构见表2[5]。
挤塑苯板的容重为15kg/m3，单位体积的造价为Ci＝260 ￥/m3；选用辽宁鞍山半烟末煤，煤发热量Hc＝20.9MJ/kg，其价格Cf＝0.22￥/Kg ；当前国家年贷款利率i＝6.21％，通货膨胀率g＝2％，使用年限N＝10，经计算得， PWF＝9.27；Ro＝0.04㎡·K/W，Ri＝0.11㎡·K/W。 图1反映了保温层厚度与相应费用之间的关系。
由图1可见，建筑采暖过程中，保温层的投资费用Cin随保温层厚度δ的增加呈线性增大，而采暖所用耗热费用Ch与保温层厚度δ之间是非线性关系，开始随δ增大而迅速降低，当δ达到一定值时，Ch变得平缓，可见继续增大δ并不能使Ch得到明显地节省；从而导致建筑年采暖总费用Ct随着δ的增加，先减小后有所增长，在δop＝40mm时存在一个最小值，为9.6万元。
3.2.2 不同结构的保温层经济厚度分析
部件
保温材料
设计厚度(mm)
计算经济厚度(mm)
差值(mm)
屋顶
类型1
苯板
50
64
16
类型2
苯板
30
29
-1
水泥珍珠岩保温块
120
114
-6
墙体
类型1
外贴挤塑苯板
20～35
40
5~20
类型2
外贴EPS
50
46
-4
类型3
内贴带钢丝网苯板
30～40
46
6~16
类型4
内抹保温砂浆
30～40
47
7~17
表3.保温层设计厚度和计算经济厚度比较
对大连市节能建筑各种常用构造的保温层经济厚度进行计算，并与目前设计中采用的保温层厚比较，计算结果见表3（表3中屋面和墙体的类型构造与表1对应）。
由表3可知，在本文选用参数的条件下，计算经济厚度与实际工程设计中采用的保温层厚度比较接近，但是存在差值，分析产生差值的原因如下：一是设计参数的差异，如各地的煤价不同等因素；另一个原因是工程中的设计厚度仅从传热系数角度考虑以满足节能设计的要求，而计算经济厚度δop则综合考虑了建筑物在其生命周期中的经济性。
在本文计算条件下，计算经济厚度一般大于设计厚度，即δop＞δ设计。 例如，类型1墙体保温层计算经济厚度为δop=40mm，当设计值取用20mm时，二者差值可达20mm。与取用经济厚度的保温层相比较，虽然取用20mm的保温层也可以满足节能设计的要求，而且保温层投资费用降低了一半，但却使年采暖总费用增加了2万元（见图1），可见计算经济厚度对工程的经济性影响很大。同时，在设计实践中，考虑到保温材料实际保温性能与理论值有所差距而应留有一定的裕量，故提高相应保温层的设计厚度很有必要。
3.2.3 不同墙体EPS保温层厚度比较
主体结构
主体厚度
(mm)
主体传热系数
k(w/m2.K)
EPS 板厚(mm)
推荐值
计算值
差值
粘土空心砖
240
0.580
50
47
-3
370
0.582
40
38
-2
490
0.586
30
30
0
混凝土空心砌块
190
0.593
60
51
-9
粘土实心砖
240
0.547
60
46
-14
370
0.567
50
37
-13
490
0.592
40
30
-10
表4. 不同墙体EPS保温层厚度比较
当保温材料一定，墙体的主体结构不同时，保温材料的厚度也应不同。本文取用EPS保温结构，对不同主体结构的墙体[6,7]进行比较分析，计算结果见表4。由表4可见：在本文计算条件下，EPS保温层的计算经济厚度小于推荐（设计）厚度，即δop＜δ设计，并且对于不同外墙主体结构，差值大小不同；采用粘土实心砖时，差值超过10mm，可见推荐值有些偏大。综合表3、4可知，在实际工程中，外墙和屋面的保温层厚度应根据各地区各建筑物的具体条件计算得到，而不应简单地直接取用推荐值或凭经验来确定，这样才能有效地提高建筑物能耗的经济性。
4 关于经济厚度的几点探讨
如前文所述，建筑围护结构保温层经济厚度的影响因素众多，在对其进行分析与计算过程中，一些重要的因素常作简化处理，直接影响了保温层经济厚度计算的准确性。因此，笔者认为以下几方面的问题还待于深入研究：
4.1 计算通过围护结构的负荷时，普遍使用室外平均计算温度Te，然而实际上热流随着外界气候、环境、时间等因素时刻发生变化。为此，应建立动态负荷和保温层厚度之间的关系式。
4.2 目前，保温层厚度的确定方法一般仅考虑冬季采暖费用，对于冬季采暖夏季不用空调的地区比较适用；但若在两者都采用的地区，在计算经济厚度时，应考虑到夏季空调费用的影响。研究表明，提高围护结构的保温性能，在非最热月或夜间气温低时不利于建筑散热，反而导致年空调冷负荷增大。
4.3 保温层经济厚度是从经济学的角度来确定的（使建筑总费用最小）。然而，在能源紧张和环境恶化的今天，保温层厚度的选择不仅关系到节约能源问题，同时也关系到环境保护问题。如果围护结构绝热性能良好（不一定经济），从而热源的出力减小，燃料用量随之减少，产生的污染物量也降低（如图3所示[8]），则有利于环境的保护。确切地说，“经济厚度”应改为“最优厚度”，选取的厚度应使经济和环境的效益最佳。有关建筑物对环境影响的课题，必须从建筑物的生命周期中去进行全面性的整体评估。在计算保温层的厚度时，考虑的因素见图4[8]。
5 结论
保温层厚度的选择关系到节能建筑的造价和运行成本的经济性问题。生命周期耗费分析法（LCCA）计算保温层经济厚度的数学模型，考虑了建筑物在其生命周期中的采暖能耗，具有科学、简单、方便等特点。当缺少采暖系统数据资料时，利用设计规范（采用不同地区年度日数法计算采暖总热量，忽略了室外气象参数的影响）、了解墙体或屋面构造即可计算出保温层经济厚度，在实际工程设计中其针对性和适应性较好，对于工程设计具有一定的参考和应用价值，可用于新建或旧有建筑改造以及新型保温材料的设计计算。
实际工程中，外墙和屋面的保温层厚度应根据各地区各建筑物的具体条件计算得到，而不应简单地直接取用推荐值或凭经验来确定，这样才能有效地提高建筑物的经济性。在呼吁可持续发展的今天，从经济和环境两方面综合考虑保温层厚度，应该更为合理，意义更为重大。
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导热系数λ
(W/㎡·k)
厚度
δ(mm)
聚合物砂浆
0.930
3
挤塑聚苯乙烯泡沫板
0.030
――
聚合物砂浆
0.930
3
砂浆找平层
0.930
20
大孔空心砖（页岩）
0.580
300
白灰砂浆
0.810
20
建筑外表面积：Ｆo=3834.95 m2；
建筑面积：Ａo=4758.34 m2；
体形系数：S=Ｆo /Ｖo=0.28m-1 < 0.3 m-1；
换气体积与次数：Ｖ=8936.6ｍ3，
n=0.65次/ｈ；
窗墙面积比：南：0.27，北：0.22；
采暖期室外平均温度：Te＝－1.6℃；
采暖期度日数：DD=2541℃·ｄ/ｙ。
3.2 计算结果及分析
3.2.1 保温层厚度与费用的关系
图1. 保温层厚度与费用的关系
当墙体及保温层的构造和材料一定时，保温层厚度直接影响建筑采暖的经济性。本文选用类型1的墙体进行分析，该墙体的具体结构见表2[5]。
挤塑苯板的容重为15kg/m3，单位体积的造价为Ci＝260 ￥/m3；选用辽宁鞍山半烟末煤，煤发热量Hc＝20.9MJ/kg，其价格Cf＝0.22￥/Kg ；当前国家年贷款利率i＝6.21％，通货膨胀率g＝2％，使用年限N＝10，经计算得， PWF＝9.27；Ro＝0.04㎡·K/W，Ri＝0.11㎡·K/W。 图1反映了保温层厚度与相应费用之间的关系。
由图1可见，建筑采暖过程中，保温层的投资费用Cin随保温层厚度δ的增加呈线性增大，而采暖所用耗热费用Ch与保温层厚度δ之间是非线性关系，开始随δ增大而迅速降低，当δ达到一定值时，Ch变得平缓，可见继续增大δ并不能使Ch得到明显地节省；从而导致建筑年采暖总费用Ct随着δ的增加，先减小后有所增长，在δop＝40mm时存在一个最小值，为9.6万元。
3.2.2 不同结构的保温层经济厚度分析
部件
保温材料
设计厚度(mm)
计算经济厚度(mm)
差值(mm)
屋顶
类型1
苯板
50
64
16
类型2
苯板
30
29
-1
水泥珍珠岩保温块
120
114
-6
墙体
类型1
外贴挤塑苯板
20～35
40
5~20
类型2
外贴EPS
50
46
-4
类型3
内贴带钢丝网苯板
30～40
46
6~16
类型4
内抹保温砂浆
30～40
47
7~17
表3.保温层设计厚度和计算经济厚度比较
对大连市节能建筑各种常用构造的保温层经济厚度进行计算，并与目前设计中采用的保温层厚比较，计算结果见表3（表3中屋面和墙体的类型构造与表1对应）。
由表3可知，在本文选用参数的条件下，计算经济厚度与实际工程设计中采用的保温层厚度比较接近，但是存在差值，分析产生差值的原因如下：一是设计参数的差异，如各地的煤价不同等因素；另一个原因是工程中的设计厚度仅从传热系数角度考虑以满足节能设计的要求，而计算经济厚度δop则综合考虑了建筑物在其生命周期中的经济性。
在本文计算条件下，计算经济厚度一般大于设计厚度，即δop＞δ设计。 例如，类型1墙体保温层计算经济厚度为δop=40mm，当设计值取用20mm时，二者差值可达20mm。与取用经济厚度的保温层相比较，虽然取用20mm的保温层也可以满足节能设计的要求，而且保温层投资费用降低了一半，但却使年采暖总费用增加了2万元（见图1），可见计算经济厚度对工程的经济性影响很大。同时，在设计实践中，考虑到保温材料实际保温性能与理论值有所差距而应留有一定的裕量，故提高相应保温层的设计厚度很有必要。
3.2.3 不同墙体EPS保温层厚度比较
主体结构
主体厚度
(mm)
主体传热系数
k(w/m2.K)
EPS 板厚(mm)
推荐值
计算值
差值
粘土空心砖
240
0.580
50
47
-3
370
0.582
40
38
-2
490
0.586
30
30
0
混凝土空心砌块
190
0.593
60
51
-9
粘土实心砖
240
0.547
60
46
-14
370
0.567
50
37
-13
490
0.592
40
30
-10
表4. 不同墙体EPS保温层厚度比较
当保温材料一定，墙体的主体结构不同时，保温材料的厚度也应不同。本文取用EPS保温结构，对不同主体结构的墙体[6,7]进行比较分析，计算结果见表4。由表4可见：在本文计算条件下，EPS保温层的计算经济厚度小于推荐（设计）厚度，即δop＜δ设计，并且对于不同外墙主体结构，差值大小不同；采用粘土实心砖时，差值超过10mm，可见推荐值有些偏大。综合表3、4可知，在实际工程中，外墙和屋面的保温层厚度应根据各地区各建筑物的具体条件计算得到，而不应简单地直接取用推荐值或凭经验来确定，这样才能有效地提高建筑物能耗的经济性。
4 关于经济厚度的几点探讨
如前文所述，建筑围护结构保温层经济厚度的影响因素众多，在对其进行分析与计算过程中，一些重要的因素常作简化处理，直接影响了保温层经济厚度计算的准确性。因此，笔者认为以下几方面的问题还待于深入研究：
4.1 计算通过围护结构的负荷时，普遍使用室外平均计算温度Te，然而实际上热流随着外界气候、环境、时间等因素时刻发生变化。为此，应建立动态负荷和保温层厚度之间的关系式。
4.2 目前，保温层厚度的确定方法一般仅考虑冬季采暖费用，对于冬季采暖夏季不用空调的地区比较适用；但若在两者都采用的地区，在计算经济厚度时，应考虑到夏季空调费用的影响。研究表明，提高围护结构的保温性能，在非最热月或夜间气温低时不利于建筑散热，反而导致年空调冷负荷增大。
4.3 保温层经济厚度是从经济学的角度来确定的（使建筑总费用最小）。然而，在能源紧张和环境恶化的今天，保温层厚度的选择不仅关系到节约能源问题，同时也关系到环境保护问题。如果围护结构绝热性能良好（不一定经济），从而热源的出力减小，燃料用量随之减少，产生的污染物量也降低（如图3所示[8]），则有利于环境的保护。确切地说，“经济厚度”应改为“最优厚度”，选取的厚度应使经济和环境的效益最佳。有关建筑物对环境影响的课题，必须从建筑物的生命周期中去进行全面性的整体评估。在计算保温层的厚度时，考虑的因素见图4[8]。
5 结论
保温层厚度的选择关系到节能建筑的造价和运行成本的经济性问题。生命周期耗费分析法（LCCA）计算保温层经济厚度的数学模型，考虑了建筑物在其生命周期中的采暖能耗，具有科学、简单、方便等特点。当缺少采暖系统数据资料时，利用设计规范（采用不同地区年度日数法计算采暖总热量，忽略了室外气象参数的影响）、了解墙体或屋面构造即可计算出保温层经济厚度，在实际工程设计中其针对性和适应性较好，对于工程设计具有一定的参考和应用价值，可用于新建或旧有建筑改造以及新型保温材料的设计计算。
实际工程中，外墙和屋面的保温层厚度应根据各地区各建筑物的具体条件计算得到，而不应简单地直接取用推荐值或凭经验来确定，这样才能有效地提高建筑物的经济性。在呼吁可持续发展的今天，从经济和环境两方面综合考虑保温层厚度，应该更为合理，意义更为重大。
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