王昭+劉衛(wèi)斌

摘要：《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）中規(guī)定，采暖室外計(jì)算溫度，應(yīng)采用歷年平均不保證5天的日平均溫度。本文將采暖系統(tǒng)分成舒適性采暖和工藝性采暖.對(duì)于舒適性采暖可采用規(guī)范中的統(tǒng)計(jì)方法；對(duì)于工藝性采暖，由于不同設(shè)備材料及工藝的特殊要求，有的采暖室外計(jì)算溫度應(yīng)采用一定年限內(nèi)累年年最低溫度平均值，有的采暖室外計(jì)算溫度卻應(yīng)采用一定年限內(nèi)累年極端最低溫度值。結(jié)合分析國(guó)內(nèi)氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際案例，給出采暖系統(tǒng)的最佳解決方案。

關(guān)鍵詞：采暖設(shè)計(jì)；計(jì)算溫度；舒適性采暖；工藝性采暖

前言

采暖系統(tǒng)的溫度設(shè)計(jì)參數(shù)包含采暖設(shè)計(jì)室內(nèi)計(jì)算溫度和室外計(jì)算溫度。其中，采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度由所處室內(nèi)環(huán)境的人及工藝環(huán)境的要求確定；采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度是計(jì)算采暖熱負(fù)荷的重要參數(shù)，它的正確選擇是設(shè)計(jì)采暖系統(tǒng)的重要依據(jù)，也影響室內(nèi)供暖設(shè)備的選取，供熱量的大小，決定了系統(tǒng)的投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，它的選取既要考慮到達(dá)到人的舒適性和工藝設(shè)備的要求，又要達(dá)到節(jié)能和減少投資的目的。

1采暖系統(tǒng)方式

采暖是采用一定的技術(shù)手段保持一定空間范圍內(nèi)的溫度穩(wěn)定，以滿足人體的舒適性和生產(chǎn)工藝設(shè)備的要求。

采暖系統(tǒng)根據(jù)使用對(duì)象的不同可以分成舒適性采暖和工藝性采暖系統(tǒng)。以滿足人體熱舒適性為目的的采暖系統(tǒng)稱為舒適性采暖，以滿足生產(chǎn)工藝及相關(guān)設(shè)備的技術(shù)要求為目的的采暖系統(tǒng)稱為工藝性采暖。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)均應(yīng)計(jì)算采暖熱負(fù)荷，室外計(jì)算溫度是計(jì)算采暖熱負(fù)荷重要的影響指標(biāo)。

1.1舒適性采暖

根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)衛(wèi)生部門(mén)的研究結(jié)果，當(dāng)人體衣著適宜、保溫量充分且處于安靜狀態(tài)時(shí)，室內(nèi)溫度20%比較舒適，18℃無(wú)冷感，15℃是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限。按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883）要求，把民用建筑主要房間的室內(nèi)溫度k范圍定在16～24℃。要保持室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度，必須使供暖系統(tǒng)的供熱負(fù)荷大于室內(nèi)實(shí)際需要的熱負(fù)荷，而室內(nèi)熱負(fù)荷主要包含：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量和加熱進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣所需的熱量。

從以上傳熱公式可以看出，室內(nèi)熱負(fù)荷與室內(nèi)外空氣的溫差成正比。當(dāng)室內(nèi)溫度保持設(shè)計(jì)溫度不變時(shí)，室外空氣溫度越低，則熱負(fù)荷越大。室外氣象條件（包含溫度、風(fēng)速等）的變化幅度很大，因此如何確定采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度十分重要。

若按歷年來(lái)出現(xiàn)過(guò)的極端最低溫度作為室外計(jì)算溫度，根據(jù)計(jì)算出的熱負(fù)荷，設(shè)計(jì)供暖系統(tǒng)、選擇供暖設(shè)備及供給熱量，則在歷年所有時(shí)間，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度都能得到滿足。但歷年極端最低溫度幾十年才出現(xiàn)一次，依據(jù)它設(shè)計(jì)的供暖系統(tǒng)只有在極端最低溫度出現(xiàn)的這一天充分發(fā)揮它的作用。而在采暖期大部分時(shí)間，由于室外溫度高于它，使供暖系統(tǒng)出力過(guò)大，這在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上顯然不合理。另外，室外溫度是波動(dòng)的，維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱是不穩(wěn)定傳熱，民用建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的蓄熱性和熱情性，室外溫度的波動(dòng)傳向維護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面既在時(shí)間上有延遲，叉在溫度波動(dòng)的幅度上有衰減。幾十年才出現(xiàn)一次的極端最低溫度往往延續(xù)時(shí)間很短，這種短時(shí)間的溫度波動(dòng)，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度內(nèi)逐漸衰減，對(duì)室內(nèi)溫度影響很小。

其次，民用建筑是針對(duì)“人”進(jìn)行設(shè)計(jì)，在溫度較低的短暫時(shí)間內(nèi)人可以通過(guò)主動(dòng)防御，如增添保暖衣服，減少通風(fēng)等措施，保證安全生產(chǎn)和生活。滿足人的舒適性要求。《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003中規(guī)定，采暖室外計(jì)算溫度，應(yīng)采用歷年平均不保證5天的日平均溫度，設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的采暖室外計(jì)算溫度，適用于連續(xù)采暖或間歇時(shí)間較短的采暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算。如果間歇時(shí)間太長(zhǎng)，室內(nèi)達(dá)不到要求的時(shí)間就會(huì)增多。

在我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中，供暖室外計(jì)算溫度基本是一個(gè)地區(qū)或者幾個(gè)城市共用一個(gè)溫度，而這個(gè)溫度并沒(méi)有考慮建筑物的用途及建筑物的結(jié)構(gòu)。而在美國(guó)的ASHRAE Hdhook一1993 Fndamentals里有這樣的描述：“冬季天空晴朗的時(shí)候，每天的最低氣溫一般出現(xiàn)在早晨6：00至8：00之間。對(duì)于住宅建筑基本整天都有人居住，采用能保證當(dāng)?shù)?9%時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的供暖室外計(jì)算溫度；而對(duì)于商業(yè)建筑或者其它直到接近中午才有人的建筑就采用保證當(dāng)?shù)?7 5%的時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的供暖室外計(jì)算溫度。”1975年，ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)90-75在《新建筑物設(shè)計(jì)節(jié)能》中規(guī)定：“供暖設(shè)計(jì)應(yīng)選取保證當(dāng)?shù)?7.5%時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度作為室外計(jì)算溫度。同時(shí)指出，如果房屋是輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又有大面積玻璃，且室溫控制要求很高時(shí)，應(yīng)采用最低溫度平均值或滿足99%時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的值作為室外計(jì)算溫度?！币虼?，對(duì)于間歇時(shí)間太長(zhǎng)及熱惰性較小的建筑，采用歷年平均不保證5天的日平均溫度作為室外計(jì)算溫度，室內(nèi)氣溫波動(dòng)較大，室內(nèi)達(dá)不到的時(shí)間自然會(huì)增多，難以保證當(dāng)?shù)?7.5%時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，要想保持必要的室內(nèi)溫度，根本的途徑是建立合理的運(yùn)行機(jī)制，充分發(fā)揮采暖設(shè)備的效能。

1.2工藝性采暖

1.2.1敏感性強(qiáng)工藝性采暖

在某些化工（如油漆生產(chǎn)部門(mén)）和一些電子行業(yè)，由于其產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)氣溫的高度敏感性，即使室內(nèi)氣溫在很短時(shí)間內(nèi)低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（產(chǎn)品及工藝過(guò)程要求環(huán)境溫度），生產(chǎn)和產(chǎn)品都會(huì)變質(zhì)和發(fā)生損失，所以，室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)溫度應(yīng)保證任何時(shí)間均應(yīng)大于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品對(duì)環(huán)境溫度的要求。

如果采用《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003中規(guī)定，采暖室外計(jì)算溫度采用歷年平均不保證5天的日平均溫度，或者采用美國(guó)的ASHRAE Handbook一1993 Fundamentals能保證當(dāng)?shù)?9%時(shí)間能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的供暖室外計(jì)算溫度，在不滿足室外計(jì)算溫度的情況下，室內(nèi)氣溫就會(huì)低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。因此，要在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，完全滿足室內(nèi)溫度要求，供暖系統(tǒng)的供暖能力應(yīng)大于室內(nèi)產(chǎn)生的最大熱負(fù)荷，為了滿足這個(gè)要求，室外計(jì)算溫度應(yīng)取歷年極端最低溫度。

1.2.2敏感性一般工藝性采暖

在一些冬季需要采暖的領(lǐng)域，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境溫度的敏感性比舒適性采暖高，但與一些化工行業(yè)相比又低些，室內(nèi)溫度可以相對(duì)少的時(shí)間低于室內(nèi)計(jì)算溫度。溫室就是這種情況，溫室內(nèi)的作物沒(méi)有像人一樣的自我防御能力，室內(nèi)溫度可以在教短時(shí)間內(nèi)低于作物一般生長(zhǎng)溫度，但如果室內(nèi)溫度低于作物生長(zhǎng)的生理下限溫度超過(guò)一段時(shí)間，將直接導(dǎo)致作物受凍，形成不可逆的生理障礙，引起作物減產(chǎn)，甚至絕收。

采暖設(shè)計(jì)中室內(nèi)外計(jì)算溫度之差接近正比于溫室的采暖負(fù)荷。室內(nèi)計(jì)算溫度決定于溫室內(nèi)種植作物的生理要求，一般根據(jù)種植作物夜間適宜溫度的下限確定，在種植對(duì)象確定后，該溫度就成為一個(gè)定值。室外計(jì)算溫度如采用歷年極端最低溫度。采暖系統(tǒng)的的冷負(fù)荷達(dá)到最大，當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)最冷天氣時(shí)，室內(nèi)正好達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度，但在其它時(shí)間，系統(tǒng)出力超出或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際需求，這與采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性相違背。如果把室外設(shè)計(jì)溫度定得過(guò)高，則在較長(zhǎng)時(shí)間里不能保證必要的室內(nèi)溫度，不能滿足室內(nèi)種植作物對(duì)溫度的要求。因此，合理地確定采暖室外計(jì)算溫度是—個(gè)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相統(tǒng)一的問(wèn)題。

溫室是一種熱惰性很小的輕型建筑，室內(nèi)外熱量交換在很短時(shí)間內(nèi)即完成，采用日平均溫度，在計(jì)算日的一半時(shí)間內(nèi)（發(fā)生在夜間至凌晨），將不能滿足溫室室內(nèi)溫度要的可靠性。采用歷年平均不保證5日的日平均溫度作為室外計(jì)算溫度，換算到小時(shí)計(jì)算，其不保證時(shí)間將大大高于5天。

在分析國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，提出根據(jù)溫室的設(shè)計(jì)使用壽命，結(jié)合分析國(guó)內(nèi)氣象數(shù)據(jù)，采用“一定年限內(nèi)累年年最低溫度的平均值”作為溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度的計(jì)算方法，該方法計(jì)算所得的溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度可使溫室采暖期的保證率提高到99%±0.5%。有效地滿足溫室的采暖要求。

2溫度參數(shù)的選定

IPCC（世界氣象組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合組建的政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)）最近公布的第四次評(píng)估報(bào)告顯示，從直接儀器觀測(cè)表明1906-2005年的一百年間，全球地表平均溫度上升了0.74℃。近50年來(lái)的線性趨勢(shì)則進(jìn)一步攀升到每年增加0.13℃。近百年來(lái)中國(guó)平均地表氣溫增加明顯，升溫幅度約為0.5-0.8℃。IPCC的氣候變化預(yù)測(cè)表明21世紀(jì)全球平均地表增暖的幅度范圍可能為1.1-6.4℃。1965年以來(lái)，各氣象臺(tái)（站）僅有北京時(shí)間14時(shí)（還有2時(shí)、8時(shí)和20時(shí)）的溫度記錄整理資料。溫度統(tǒng)計(jì)區(qū)間為6小時(shí)，不能完全真實(shí)反映實(shí)際的溫度分布，因此，為了得到準(zhǔn)確的不保證時(shí)間，未來(lái)需要更密集的室外溫度統(tǒng)計(jì)。

分析中國(guó)從1951～2007年50多年的氣象數(shù)據(jù)變化（表1），可以看出近30年的累年年最低溫度平均值較1951～1980年有顯著上升，平均升溫幅度在1～5℃，這主要是近年來(lái)連續(xù)多年暖冬的結(jié)果。

對(duì)于舒適性采暖，目前，我國(guó)大部分氣象臺(tái)（站）都有30年以上完整的氣象資料，有的國(guó)家統(tǒng)計(jì)年份采用30～50年，《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003中推薦采用30年。

對(duì)于敏感強(qiáng)工藝性采暖，由于進(jìn)年來(lái)，溫度上升幅度比較明顯，可以考慮根據(jù)建筑使用年限及當(dāng)?shù)販囟茸兓厔?shì)確定采用統(tǒng)計(jì)年份，但一般情況下，按30年一個(gè)氣候段考慮，工程設(shè)計(jì)中以近30年氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值較為合理。

對(duì)于敏感一般工藝性采暖，分析近20年和近30年累年最低溫度平均值可見(jiàn)，近20年平均溫度比近30年高0～2℃，符合計(jì)算重現(xiàn)期的要求，即計(jì)算重現(xiàn)期越長(zhǎng)，溫度越低。該計(jì)算溫度與當(dāng)?shù)貥O端最低溫度比較，基本都高出5℃以上，最高的高出15℃以上，有效避免了極端最低溫度給設(shè)計(jì)帶來(lái)負(fù)荷過(guò)大的問(wèn)題；與全國(guó)工業(yè)與民用建筑采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度相比，該計(jì)算值降低了3～7℃，較好地考慮了溫室熱情性差的問(wèn)題。采用近30年和近20年累年最低溫度的平均值作為溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度既能有效避免采用極端最低溫度給溫室設(shè)計(jì)帶來(lái)投資過(guò)大，又可以避免采用工業(yè)與民用建筑規(guī)范的采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度給溫室設(shè)計(jì)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3工程實(shí)例

長(zhǎng)春某化工廠主要生產(chǎn)油漆，工廠內(nèi)原有車(chē)間需改建成倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)油漆，車(chē)間外墻為370毫米磚墻。其中，油漆的儲(chǔ)存環(huán)境溫度應(yīng)大于5℃，環(huán)境溫度低于5℃，油漆就會(huì)變質(zhì)。因此，采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度取存5℃。而且，室內(nèi)溫度應(yīng)完全保證采暖室內(nèi)設(shè)汁計(jì)算溫度。

為了滿足要求，室外計(jì)算溫度應(yīng)取歷年極端最低溫度。從表一中，可以查到，近30年極端最低溫度為36.5℃，民用建筑采暖設(shè)-計(jì)室外計(jì)算溫度為一23℃。累年30年最低溫度平均值為27.6℃。

從表2中可以看出，室外計(jì)算溫度取歷年極端最低溫度計(jì)算采暖系統(tǒng)熱負(fù)荷，與采用歷年不保證5天的日平均溫度計(jì)算采暖系統(tǒng)熱負(fù)荷相比大近50%，與采用歷年最低溫度平均值計(jì)算采暖系統(tǒng)熱負(fù)荷相比大近30%。這將導(dǎo)致室內(nèi)散熱設(shè)備選擇過(guò)度，供熱量也過(guò)大，散熱設(shè)備大量占用倉(cāng)庫(kù)使用面積。不但系統(tǒng)投資高50%，系統(tǒng)使用費(fèi)用也大增。

為了做到經(jīng)濟(jì)，將對(duì)外墻進(jìn)行保溫，采用12毫米厚水泥膨脹珍珠巖經(jīng)過(guò)改造，車(chē)間外墻傳熱熱阻增大，系統(tǒng)熱負(fù)荷低于一般民用建筑水平，從表3中可以看到，系統(tǒng)熱負(fù)荷降低到一般情況下的61%。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用得到有效的降低，車(chē)間使用面積得到有效利用。該項(xiàng)目2004建成投產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)過(guò)了幾個(gè)冬天，室內(nèi)溫度保持5℃以上，而且由于外墻加了外保溫，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱情性增大，室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度較小，有利于產(chǎn)品儲(chǔ)存，滿足實(shí)際要求。

4結(jié)束語(yǔ)

采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度的選用，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于一般舒適性采暖可采用歷年不保證5天的日平均溫度；對(duì)于敏感性一般的系統(tǒng)，采用歷年平均最低溫度值；對(duì)于敏感性強(qiáng)的工藝性采暖應(yīng)采用采用歷年極端最低溫度值，同時(shí)，為了減少系統(tǒng)投資，對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫，以滿足實(shí)際適應(yīng)和運(yùn)行要求。