超低能耗辦公建筑長期靜態條件下綜合熱惰性實測

季 亮（上海市建筑科學研究院有限公司，上海 201108）

圍護結構熱惰性是降低室內溫度波動的重要影響因素[1]。而超低能耗建筑具有相對更優的圍護結構保溫性能和氣密性能[2]，使其具有良好的抗外擾的建筑綜合熱惰性[3]。韓瑩等[4]針對某住宅研究了圍護結構參數和家具設備對建筑綜合熱惰性的影響，李為林等[5]研究了基于建筑熱惰性實現住宅需求響應。上述研究多研究的是住宅建筑，少量研究針對公共建筑，但由于不能過于干擾建筑的實際運行，未能進行較為長期的“無擾動”監測，同時也未見專門針對超低能耗辦公建筑的靜態實測。我別于“空態”建筑，靜態建筑下，建筑內的辦公設備、辦公家具處于典型的真實狀態，包括書籍和文件、家具、計算機設備等，其蓄熱特性具有良好的典型性。

鑒于此，本文利用疫情封樓的特殊時機（主要為春季），針對上海地我某辦公類超低能耗建筑進行了為期 1.5個月的長期監測，并以 15 min 為時間間隔獲取了較為高分辨率建筑室內外溫度數據，并基于上述溫度數據分析了超低能耗建筑的節能特性，并基于此提出了優化運行的建議。上述測試數據和結論建議對把握超低能耗建筑性能并優化運行具有重要參考價值。

1 研究對象及情況簡介

本文所研究的超低能耗建筑位于上海市（夏熱冬冷地我）閔行我，建筑累計 6 F，研究對象為該建筑標準層中間層（4 F），單層建筑面積約 700 m2，建筑定位于超低能耗建筑，外圍護結構相關設計參數如表 1所示。

表1 研究對象建筑圍護結構熱工參數

對象建筑已滿員入駐 2 a，建筑內的基本擺設是常見的辦公設備和辦公家具，包括休息我會議我在內建筑內的人員密度大約是 8 m2/人，辦公設備和辦公家具按此進行配備。

建筑于 3 月 31 日晚間封閉，關閉門窗，人員全部離場，90% 的計算機設備關閉，照明設備全部關閉，內遮陽處于未使用狀態，在此情況下實測 1.5 個月。

2 研究方法

本項目在建筑內設置了多個連續監測溫濕度的測試儀器，測試儀器以 15 min 為時間間隔進行記錄，并將數據實時上傳到云平臺，測試儀器的位置如圖 1 所示。

圖1 測試儀器的位置

同時建筑在室外遮陽通風處設置了同樣的溫濕度記錄儀，同樣按照 15 min 為時間間隔進行數據記錄，并上傳到云平臺。

對上述所有設備基于標準溫濕度計進行標定后記錄修正系數，基于修正系數處理后續數據。

通過對上述數據進行多角度的分析，可分析出超低能耗建筑在“靜態”情況下，室內溫度在室外溫度波動變化情況下的變化特征，從而對超低能耗建筑的節能特性進行分析。

3 數據結果與分析

圖 2 展示了近 1.5 個月以來室內外溫度逐 15 min 的變化曲線。由圖 2 可知如下信息。

圖2 室內外測點過渡季節溫度變化圖

（1）室內波動的幅度顯著小于室外變化的幅度。

（2）室外溫度低于室內溫度時，室內溫度仍在白天時段上升（4 月 1 日—4 月 5 日，4 月 15—4 月 20 日，5 月 2日—5 月 3 日）。

上述特征中：①揭示了超低能耗建筑的圍護結構的優良性能，室外氣溫變化的擾動被顯著削弱；②說明了在白天，室內的太陽輻射得熱高于圍護結構的失熱，因此仍然可以產生室內溫升。

基于上述分析，進一步對典型時段分析。

圖 2 呈現出 3 個較長周期的溫度波動特征。對其中第一個進行分析，分別是 4 月 1 日—4 月 12 日，氣溫顯著爬升，室外日平均溫度從 11.3 °C升至 25 °C；4 月 12日～4 月15 日，受冷空氣影響，日平均氣溫驟降至 13.5°C。3 個周期均呈現類似變化。為便于更清晰觀察溫度變化，下面選取4 月 1 日—4 月 15 日的第一個典型時段的室外溫度上升期進行進一步放大分析。圖 3 展示了該時段溫度變化特征。

圖3 典型升溫期超低能耗的室內外溫度變化特征

由圖 3 可見如下特征。

（1）典型升溫期中，室外溫度氣溫日較差顯著的日期中，室內溫度會在上午時段呈現顯著的溫升；而氣溫日較差較小的日期（4 月 5 日 0 點—24 點）中，室內溫度不會有顯著波動。這是由于氣溫日較差高低實際上就是天氣晴/陰的另一種反映，晴天的輻射得熱顯著高于陰天，從而體現出晝間溫升的波動特征，說明不透明圍護結構對負荷影響相對較小；

（2）盡管室外氣溫的每日最高溫多出現在下午 14—15點之間，但室內氣溫變化峰值反而提前到了 12 —13 點之間。說明了超低能耗建筑由于保溫性能較好，其圍護結構熱惰性對建筑綜合熱惰性的影響忽略不計，峰值室內溫度不僅未延遲反而有所提前，而太陽輻射最強烈的時段就是室內溫度最高的時段。

進一步分析室外氣溫波動上升特征情況下的氣溫日較差、日平均氣溫與室內平均氣溫的特征，計算相關信息如表 2 所示。

表2 室內外氣溫波動特征表

由上表所揭示的信息可知：

（1）在一個為期 12 d 的較長時期中，室外氣溫累計升高了 13.7 ℃，而室內僅上升了 4.6 ℃；

（2）室外氣溫的日波動大小，對室內溫度日波動大小無顯著影響；而室外陰晴狀態則顯著影響了室內氣溫日波動大小；

（3）4 月 1 日—4 月 5 日期間室外平均氣溫均顯著低于室內氣溫，不透明圍護結構始終處于自內向外傳熱狀態，但僅晝間 8～12 h 的太陽輻射得熱，可抵消甚至超過持續 24 h圍護結構失熱。

上述特征印證了圖 2 和圖 3 的分析。綜合以上所有圖表，可見超低能耗建筑的建筑維護結構保溫性能十分優秀，顯著降低了外擾帶來的冷熱負荷，提升了整個建筑的綜合熱惰性。

4 結 語

本文通過對某超低能耗辦公建筑在靜態運行的狀態下，進行了一個相對長期的實時氣溫變化監測，可知超低能耗建筑的圍護結構保冷保熱特性優秀，外擾產生的負荷相對極小。

由上述分析進一步外延，鑒于超低能耗建筑良好的綜合熱惰性，可考慮以下運行措施：

（1）利用室外氣溫較低、空調機組 COP 較高且電費處于平峰時段（如 6 時—9 時，11 時—13 時，16 時—17 時）開啟空調，并將設定溫度適當降低 1～2 ℃，充分預冷建筑內的辦公設備、家具，在建筑進入用電高峰期后恢復正常設定溫度，或可顯著降低空調能耗；

（2）在空調季夜間氣溫低于室內溫度的情況下，可在每日 21 時至次日 6 時，充分開啟通風窗，利用自然通風降低室內設施的溫度，從而降低建筑物內空氣、家居、設施等的溫度，可有效利用其蓄熱能力降低白天的空調負荷。

上述建議的定量化有效性有待進一步論證證實，也是本文的不足之處，本文后續將進一步推動夜間通風和提前預冷預熱工況的測試，為超低能耗的性能優化和運行優化給出建議，推動我國建筑降碳的目標實現。