冷風滲透耗熱量計算方法對住宅熱負荷的影響

李朋 韓靖

目前，高層住宅常用的采暖系統形式為散熱器采暖系統和低溫地板輻射采暖系統，也有部分住宅采用集中空調采暖或其他采暖方式，而合理設計這些系統的前提是進行準確的熱負荷計算。《全國民用建筑工程技術措施(2009)暖通空調·動力》［1］中明確指出，集中采暖系統的施工圖設計，必須對每個房間進行采暖熱負荷計算，計算書中應附標有房間編號的建筑平面圖，以滿足審核需要。

冷風滲透耗熱量在高層住宅熱負荷中占有一定比重，因此，有必要合理地選擇冷風滲透耗熱量的計算方法。

1 民用建筑的設計熱負荷

民用建筑的設計熱負荷，主要包括下列各項耗熱量:圍護結構的溫差傳熱耗熱量(圍護結構基本耗熱量)、地面的溫差傳熱耗熱量、加熱通過門窗縫隙滲入室內的冷風耗熱量、加熱外門開啟時進入室內的冷風耗熱量、各項附加耗熱量。

2 冷風滲透耗熱量計算方法

其中，Q為通過門窗冷風滲透耗熱量，W;CP為干空氣的定壓質量比熱容，取1.0056 kJ/(kg·℃);pwn為采暖室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3;V為滲透冷空氣量，m3/h;tn為冬季室內設計溫度，℃;twn為采暖室外計算溫度，℃。

1)通過門窗縫隙的冷風滲透耗熱量計算。

其中，L0為在基準高度單純風壓作用下，不考慮朝向修正和內部隔斷的情況時，每米門窗縫隙的理論滲透冷空氣量，m3/(m·h)。

其中，a1為外門窗縫隙滲風系數，m3/(m·h·Pa)，當無實測數據時，可根據建筑外窗空氣滲透性能分級標準采用;v0為基準高度冬季室外最多方向的平均風速，m/s;l1為外門窗縫隙長度，應分別按各朝向計算，m;b為門窗縫隙滲風指數，b=0.56～0.78，當無實測數據時，可取b=0.67;m為風壓與熱壓共同作用下，考慮建筑體型、內部隔斷和空氣流通因素后，不同朝向、不同高度的門窗冷風滲透壓差綜合修正系數。

其中，Cr為熱壓系數;Cf為風壓差系數，當無實測數據時，可取0.7;n為滲透冷空氣量的朝向修正系數;Ch為高度修正系數。

其中，h為計算門窗的中心線標高;C為作用于門窗上的有效熱壓差與有效風壓差之比，按下式計算:

其中，hz為單純熱壓作用下，建筑物中和界標高，m，可取建筑物總高度的1/2;tn'為建筑物內形成熱壓作用的豎井計算溫度(樓梯間溫度)，℃。

2)忽略熱壓及室外風速沿房高的遞增，只計入風壓作用時的滲風量。

其中，l為房間某朝向上的可開啟門、窗縫隙的長度，m;L為每米門窗縫隙的滲風量，m3/(m·h)，詳見實用供熱空調設計手冊表5.1-7［2］;n為滲風量的朝向修正系數，詳見實用供熱空調設計手冊表 5.1-8［2］。

3)換氣次數法。

其中，L為房間冷風滲透量，m3/h;K為換氣次數，1/h，詳見實用供熱空調設計手冊表 5.1-13［2］;Vf為房間凈體積，m3。

4)百分比法計算冷風滲透耗熱量。

其中，Q為通過外門窗冷風滲透耗熱量;Qo為圍護結構總耗熱量，W;n為滲透耗熱量占圍護結構總耗熱量的百分率，%。

其中，換氣次數法主要適用于多層建筑，考慮熱壓和風壓的縫隙長度法主要適用于高層建筑，百分比法應用較少。

表1 某高層住宅室外計算參數

表2 某高層住宅室內計算參數 ℃

圖1 不同冷風滲透耗熱量計算方法下的樓層熱負荷

3 實例分析

結合某高層住宅，分別采用考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)、僅考慮風壓的縫隙長度法(B)、換氣次數法(C)和百分比法(D)計算熱負荷(E代表未考慮冷風滲透)，以分析其對熱負荷的影響。該高層住宅地下1層(儲藏室)，地上26層(住宅)。室內外計算參數如表1，表2所示。

圖2 不同冷風滲透耗熱量計算方法下的總熱負荷

由圖1可以看出，對樓層熱負荷來說，采用不同方法的計算熱負荷大小順序是換氣次數法(C)＞僅考慮風壓的縫隙長度法(B)＞百分比法(D)＞考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)＞未考慮冷風滲透(E);僅考慮風壓的縫隙長度法(B)與百分比法(D)的計算結果比較接近，這與百分比法(D)的取值有關;僅考慮風壓的縫隙長度法(B)的計算結果大于考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)的計算結果，這由式(4)可以得到明顯的結果;考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)中，熱壓和風壓共同作用下，熱壓和風壓的共同作用主要影響較低樓層的熱負荷;僅考慮風壓的縫隙長度法(B)與考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)中，熱壓對較低樓層的熱負荷影響較小，主要影響較高樓層的熱負荷。

由圖2可以看出，采用不同方法計算的熱負荷，總熱負荷大小順序是換氣次數法(C)＞僅考慮風壓的縫隙長度法(B)＞百分比法(D)＞考慮熱壓和風壓的縫隙長度法(A)＞未考慮冷風滲透(E)，這與圖1得出的結果吻合。

4 結語

計算采暖熱負荷，必須考慮冷風滲透耗熱量;對高層住宅來說，必須考慮熱壓和風壓的綜合作用，采用換氣次數法計算出的熱負荷偏大，考慮熱壓和風壓的縫隙長度法計算的結果比較合理。

［1］ 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程技術措施(2009)暖通空調·動力［M］.北京:中國計劃出版社，2009:9.

［2］ 路耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2009:310-313.

［3］ 陳 鵬.集中供熱運行調節［J］.山西建筑，2010，36(20):178-179.