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摘要：为防止特种介质库房因停电等问题引起室内温度波动而损坏所存放的介质，对特种介质库房墙体进行保温是一种可行的方法。本文针对特种介质库房停电后的情况，以介质库房维护结构及室内环境作为研究对象，建立了热力学动态模型，进行了数值模拟。得到了保证特种介质库房安全的保温材料的经济厚度，为此类工程问题的解决提供了一种可行的方法。结果表明，对介质库房墙体进行外保温比内保温能更好的保护介质的安全。
关键词：特种介质库房；数值模拟；内保温；外保温；室内温度
0 引言
对维护结构进行保温不仅是建筑节能措施中的重要形式，也是保证建筑在某一确定时间内温度不发生重大波动的重要手段。对于一些存放特种介质的房间，由于涉及到介质的安全性问题，对温度、湿度等都提出了严苛的要求，例如对某些存放特种档案的房间，要求在突然停电的情况下，24小时内房间的温度变化不超过6℃，以保证介质的安全。因而，在现有的档案库房一般都要求设有温湿度独立控制空调系统，对库房内温湿度进行严格的控制[1-3]；朱家增[4]，刘振忠[5]提出了通过设置内走廊以避免档案库房潮湿并实现保温的方法；然而，以上的文献均未对停电后，介质的温度变化过程，及防止介质损坏的措施进行量化研究。
本文中针对工程中所遇到的特种介质房间进行了简化，建立了热力学动态模型，通过Fortran语言编写程序，针对维护结构内、外保温的情况进行了数值模拟，通过对模拟所得到的结果进行分析，得到了进行保温的最优方案及所需的保温材料厚度，为进行该类工程问题的解决提供了一种可行的方法。
1 工程概况及数值模型
1.1 工程概况
本工程为位于广东省阳江市，介质库房位于地上二层，其上层及下层均为办公，其围护结构及相对位置关系如图1所示，在相邻的两间特种介质房两侧为办公室，南边为走廊，北边为室外。库房长宽高分别为8m，6.6m，3.9m，其维护结构为砌块砖，天花板及楼板为混凝土结构，无外窗外门。介质库房的空调室内设计温度为14℃[1]，由于其特殊性，使用方提出了要求在停电的情况下，房间的温度在24小时内变化不能超过6℃，以保证介质的品质不发生变化。而阳江的夏季空调室外计算温度为32.7℃，办公室、走廊的空调室内设计温度为26℃，均高于介质库房的空调设计温度，因而有必要对房间进行保温设计，以减缓室内温度的上升速度。在本项目中，考虑对房间的每一面维护结构均进行保温（两个介质库房公用的墙体除外）。
1.2 数值模型
由于两个特种介质库房的尺寸及所存放的物质基本相同，为简化模型，取左侧的特种介质库房作为研究对象，采用零维模型，即假设外墙、内墙、天花板、地板、室内空气及所存放物质温度是均匀的，针对外墙、内墙、天花板、地板、室内空气及存放物质建立数学模型，采用有限容积法，对停电后特种介质库房的热传递过程，建立动态方程，采用Fortran语言编写计算程序，对热传递过程进行模拟计算。
1.2.1 热传递模型
针对控制容积内的每一个部分，利用能量守恒方程进行描述如下[7，8]：
（1）
式中 ECV为控制容积的内能，J；τ为时间，s； 
为通过对流、导热等热传递获得的热量，W；
为进入控制容积的物质的焓，W；
为流出控制容积的物质的焓，W；w 为控制容积的对外输出功，W。
针对本模型，停电后特种介质库房的空调及送排风装置停止工作，库房中没有物质的流入与流出，此外，特种介质库房各部分没有对外做功，因而方程右侧的第二~四项均为零。一般来说，保温层相对于墙体而言质量很小，蓄热量也很小，因而忽略保温层对动态过程的干扰，仅研究其对传热过程的影响。
1.2.2 边界条件
初始状态（t=0时）：
1）特种介质库房室内初始温度， 
；
2）办公室、走廊室内初始温度， 
；
结束状态（t=24h时）：
1）特种介质库房内初始温度变化，
另外，为保证介质库房的安全性及简化程序计算的需要，假定室外环境温度不变一直维持在夏季空调室外计算温度，即
。
2 结果与讨论
2.1 计算条件
为方便计算，对室内所存储的物质、空气、内外墙等进行简化，假设其比热容为一确定值，且不随温度发生变化。内外墙体、天花板、楼板及保温层的密度、比热容等参数如下表（表1）所示：
在研究动态传热的过程中，室内物质（特种介质、空气）的质量、比热容发生变化也会对室内平均温度造成影响，在模拟计算时进行简化，假定其质量及比热容均是确定的。库房内空气及特种介质的物理特性如表2所示。
2.2 围护结构内保温与外保温结果比较与讨论
由于本文在进行研究时针对的是工程实际问题，不是为了求解最小保温厚度，而是找到一种解决目前所遇到的问题的可行的方法；因而在进行计算时，本文进行的是试算，通过总结室内温度的变化情况，得到一种满足特种介质库房要求的经济的保温方式。
通常，墙体的保温层厚度不超过50mm，在进行试算时，分别取保温层厚度为15mm、25mm、30mm、45mm，其室内温度变化曲线如图2所示。从图中可以看出，在停电后，不论采用外保温还是内保温，室内温度在较短的时间内，均大幅上升，之后温度平缓上升，且采用内保温时，室内空气温度上升的更快，上升幅度也更大，在1.5h后，室内温度上升的幅度均已超过6℃，达到20.97、21.19、21.22、21.11℃；而采用外保温时，24h后，除保温厚度为15mm的以外，室内温度均不超过20℃，最高为19.82℃（保温层25mm），室内温度上升5.82℃，能够满足介质库房的安全性要求。产生这种现象的原因是，在进行内或者外保温时，墙体的蓄热情况不一样，在进行内保温时，墙体温度更接近于介质库房外侧的环境的温度，因而温度较高；而在进行外保温时，墙体的温度更接近于介质库房室内的温度，因而温度较低；在停电之后，墙体开始了与室内物质的热交换，而进行外保温的墙体，由于蓄热作用，其温度较低，且保温层在外侧，阻碍了墙体温度的快速上升，因而室内温度的上升速度较慢且幅度较小；而进行内保温的墙体，其墙体蓄热温度较高，由于假定室外温度不变，墙体的温度开始上升，并开始了给室内物质的持续加热作用，内保温层只能减缓室内温度上升的速度，且作用有限，因而短时间内室内温度就超过了要求的限值，且内保温厚度越大，室内温度上升的越高（如图3所示）。因而，为保证介质库房的安全性，比较经济的做法是对墙体进行外保温，且保温厚度不宜小于25mm。
3 结论与展望
针对工程实际中遇到的特种介质库房，为保证所存放的介质的安全，在停电后室内温度波动不能超出一定的范围，建立了热力学动态模型，利用Fortran语言编写了计算程序，对墙体及室内环境的温度变化过程进行了数值模拟，提供了一种计算保温层厚度的方法，揭示了外墙及室内温度变化的规律，得到了保证介质库房安全性要求的经济保温厚度。此外，计算结果也表明，对介质库房墙体进行外保温比内保温能更好的保证房间的温度的稳定，尤其是要求温度只能在较小范围内波动的房间，进行外保温是房间保温方案的首选。然而，对已建成的建筑，在进行外保温时，会对建筑的外观造成影响，因而，保温方案在进行建筑设计时就需要进行综合考虑。
在本项目实际建设中，由于提出问题时，外墙装饰已经完成，考虑到立面效果，无法进行外保温。经协商后，施工单位在墙体内侧进行了保温，保温材料为聚苯板，厚度为25mm，同时在保温内侧增加了200mm厚的墙体，经测试也达到了房间的安全性要求。
参考文献：
[1]国家档案局档案科学技术研究所．JGJ 25-2000 档案馆建筑设计规范[S]．第一版，2000．
[2]中国建筑科学研究院.GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].第一版，2012.
[3]周坚.应用档案库房温湿度控制系统的若干体会[J].浙江档案.2006（11）：51-51.
[4]朱家增.提高旧库房保温防潮性能的措施[J].档案.2004，03.
[5]刘振忠.提高库房内走廊保温防潮性能的一些做法[J].浙江档案.1992（1）：26-26.
[6]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，230.
[7]杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）[M].高等教育出版社，66~69.
[8]陶文铨.数值传热学（第二版）[M].西安交通大学出版社.
论文作者:赵华, 张开宇
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：库房论文; 介质论文; 温度论文; 墙体论文; 特种论文; 室内论文; 厚度论文; 《基层建设》2016年1期论文;