居住建筑局部空間間歇供暖負荷計算方法研究

游 誠，李曉虹，鮮 鑫，鐘天蘭，蔣 鵬

(西華大學，四川 成都 610039)

0 前 言

夏熱冬冷地區(qū)歷史上不屬于集中供暖區(qū)域，隨著經(jīng)濟發(fā)展，生活水平提高，人們對室內熱環(huán)境舒適性追求日益增強。由設計規(guī)范[1]指出，累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5℃的日數(shù)為60～89 d的地區(qū)，或累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于 5℃的日數(shù)不足60 d，但累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于8℃的日數(shù)大于或等于75 d的地區(qū)宜設置供暖設施。因此，伴隨著供暖區(qū)域的南擴，新增供暖區(qū)域多處于夏熱冬冷地區(qū)，冬季供暖時間相對較短。該地區(qū)歷史上無集中供暖，居民為改善冬季室內惡劣的低溫環(huán)境，采用多樣化分散供暖方式自行解決，供暖模式多采用局部空間、間歇運行。

目前對于供暖負荷的計算采用的還是一維穩(wěn)態(tài)計算方法且多針對于傳統(tǒng)的寒冷及嚴寒地區(qū)連續(xù)性供暖方式，而對于局部空間間歇供暖熱負荷的計算，現(xiàn)有的設計手冊中涉及的內容很少，更沒有系統(tǒng)地闡述其熱負荷的特點和計算方法[2]。國內學者針對間歇供暖模式下局部空間供暖負荷做了一些研究，但更多是針對北方集中供暖[3-10]。

本文針對成都地區(qū)居住建筑局部空間間歇供暖，在原有設計規(guī)范[1]、設計手冊[2]和設計標準[3]的基礎上，對傳統(tǒng)的冬季采暖熱負荷計算方法做出一些改進，提出一種適用于局部空間間歇供暖熱負荷計算方法，為更精確地計算局部空間間歇供暖熱負荷提供參考。

1 建筑基本參數(shù)

1.1 建筑模型

本研究選擇成都市某典型居住建筑。共6層樓，層高2.8 m，一層兩戶，所選住戶在3層左室。每戶面積148 m2，空調面積120 m2，戶型為四室兩廳一廚兩衛(wèi)；總建筑面積1 776 m2，空調面積1 440 m2。建筑為南北朝向，形體系數(shù)為0.3，平均窗墻比為0.3，綜合遮陽系數(shù)為SCw為0.4。該建筑基準平面圖見圖1。

1.2 模型參數(shù)設置

建模過程主要包括建筑外形尺寸、建筑圍護結構等參數(shù)的輸入，內部負荷、運行時間、采暖運行條件的設置。建模每層的戶型、房間功能都一樣，內部設備和照明單位面積的功率都設為相同，人員指數(shù)、相同功能房間使用時間和所有設備啟停時間都相同。每個房間均加入房間與外界通風和房間互通風。因模擬建筑為成都地區(qū)2001～2020年所建6種不同典型外圍護結構居住建筑，故需同時參考《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ 134—2001)和《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ 134—2010)，設定房間換氣次數(shù)為1.0次/h。房間其他參數(shù)設定如表1所示。

表1 房間功能及參數(shù)設定

計算時間為最冷月，1月1日～1月30日，30 d。室內采暖設計溫度為18℃，當室內氣溫低于16℃時，采暖系統(tǒng)開啟。工作日主臥及次臥系統(tǒng)運行時間為22：00至次日6:00，起居室系統(tǒng)運行時間為18:00至23:00；周末主臥及次臥運行時間為周五晚22:00至周一6:00，起居室運行時間為8:00至23:00。氣象數(shù)據(jù)由DeST-H數(shù)據(jù)庫中典型氣象年數(shù)據(jù)導出，最冷月平均室外干球溫度為5.78℃。

圍護結構類型分為Ⅰ～Ⅵ型。Ⅰ～Ⅲ型為成都地區(qū)2001～2010年所建居住建筑三種典型外圍護結構，采用的規(guī)范標準是《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ 134—2001)；Ⅳ～Ⅵ型為成都地區(qū)2010年至今所建居住建筑三種典型外圍護結構，采用的規(guī)范標準是《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ 134—2010)。建筑圍護結構參數(shù)特性見表2。

表2 圍護結構參數(shù)特性

2 DeST模擬結果分析比較

2.1 月平均負荷附加率F1

1) 分別對Ⅰ～Ⅵ圍護結構進行模擬。對每個房間每天系統(tǒng)運行時的負荷進行計算分析。計算出每個房間每日的平均負荷，可由房間每日供暖系統(tǒng)運行時段平均負荷與房間在連續(xù)供暖狀態(tài)下平均負荷計算出負荷日附加率f1。公式為：

f1=(qa-qs)/qs

(1)

式中，f1為房間負荷日附加率f1；qa為房間每日供暖系統(tǒng)運行時段平均負荷；qs為間在連續(xù)供暖狀態(tài)下平均負荷。

2) 由求出的房間日負荷附加率，求出最冷月該房間平均負荷附加率f1a。公式為：

f1a=∑f1/n

(2)

式中，f1a為房間月平均負荷附加率；n為系統(tǒng)在當月中開啟的次數(shù)。

3) 由房間月平均負荷附加率，可求得該模擬建筑最冷月平均負荷附加率F1。公式為：

F1=∑f1a/n

(3)

式中，F(xiàn)1為最冷月平均負荷附加率；f1a為房間平均負荷附加率；n為采暖房間數(shù)。

Ⅰ～Ⅵ型圍護結構模擬建筑最冷月平均負荷附加率F1計算結果見表3。

此熱負荷附加值所考慮的是戶間傳熱，即樓板、戶間隔墻等圍護結構的傳熱量，這是傳統(tǒng)熱負荷計算方法在計算時所忽略的。然而對于非集中供暖地區(qū)的局部空間采暖來說，此負荷附加值又是必須考慮的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型圍護結構為代表，符合2001版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》的2001年至2010年所建設的建筑最冷月平均負荷附加率F1平均值為0.212，以Ⅳ～Ⅵ型圍護結構為代表，符合2010版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》的2010年以后新建建筑最冷月平均負荷附加率F1平均值為0.225。考慮到工程計算方便，可將2001年至今所建建筑最冷月平均負荷附加率F1取值約等于0.25。

表3 Ⅰ型～Ⅵ型圍護結構模擬建筑最冷月平均負荷附加率F1

2.2 局部房間單獨供暖附加率F2

1) 將各每日房間單獨供暖而周圍房間均不供暖時供熱時段總熱負荷與周圍房間同時供暖時供熱時段總熱負荷進行比較計算，計算出局部房間單獨供暖日平均附加率f2。公式為：

f2=(Qd-Qt)/Qt

(4)

式中，f2為單獨供暖日平均附加率；Qt為同時供暖時系統(tǒng)工作時間的總熱負荷；Qd為房間單獨供暖時系統(tǒng)工作時間的總熱負荷。

2)可由求出的各房間所有的f2，求出最冷月各房間的局部房間單獨供暖月平均附加率f2a。公式為：

f2a=∑f2/n

(5)

式中，f2a為最冷月各房間的局部房間單獨供暖月平均附加率；n為系統(tǒng)在當月中開啟的次數(shù)。

3) 可由求出的各房間的f2a，求出模擬建筑局部房間單獨供暖月平均附加率F2。公式為：

F2=∑f2a/n

(6)

式中，F(xiàn)2為局部房間單獨供暖月平均附加率；f2a為最冷月各房間的局部房間單獨供暖月平均附加率；n為采暖房間數(shù)。

Ⅰ～Ⅵ型圍護結構模擬建筑局部房間單獨供暖附加率F2計算結果見表4。

表4 Ⅰ型～Ⅵ型圍護結構模擬建筑局部房間單獨供暖附加率F2

此負荷附加值考慮的是戶內傳熱，即同一戶內不同房間在出現(xiàn)需要單獨供暖的情況時，對該房間進行負荷計算時需要附加的傳熱量。此負荷附加值同樣是傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱負荷計算方法所沒有考慮的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型圍護結構為代表，符合2001版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》的2001年至2010年所建設的建筑最冷月平均負荷附加率F2平均值為0.315，以Ⅳ～Ⅵ型圍護結構為代表，符合2010版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》的2010年以后新建建筑最冷月平均負荷附加率F2平均值為0.312。考慮到工程計算方便，可將2001年至今所建建筑局部房間單獨供暖附加率F2取值約等于0.35。

2.3 修正后的實際熱負荷計算公式

公式為：

q=qs·(1+F1)·(1+F2)

(7)

式中，qs為傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱負荷計算方法得到的負荷；F1為月平均負荷附加率，對于現(xiàn)行節(jié)能規(guī)范[3]與舊節(jié)能規(guī)范[12]，均取0.25；F2為局部房間單獨供暖月平均附加率，對于現(xiàn)行節(jié)能規(guī)范[3]與舊節(jié)能規(guī)范[12]，均取0.35。當房間為非單獨供暖房間時，取0。

3 結 論

本文利用DeST-H模擬軟件，以成都地區(qū)居住建筑為例，參考現(xiàn)行節(jié)能規(guī)范[3]和舊節(jié)能規(guī)范[12]，以Ⅰ～Ⅵ型圍護結構為代表，對建筑進行模擬計算。通過計算分析得出最冷月平均負荷附加率F1局部房間單獨供暖負荷附加率F2以及修正后的實際熱負荷計算公式。同時，該模擬也為新建建筑的節(jié)能措施及老舊建筑的節(jié)能改造措施提供了新的思路。可以提升內圍護結構的熱工性能，減少戶間傳熱的熱負荷，從而達到節(jié)能降耗的目的。

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