游 誠，李曉虹，鮮 鑫，鐘天蘭，蔣 鵬

(西華大學(xué)，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(jì)發(fā)展，生活水平提高，人們對室內(nèi)熱環(huán)境舒適性追求日益增強(qiáng)。由設(shè)計(jì)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(shè)置供暖設(shè)施。因此，伴隨著供暖區(qū)域的南擴(kuò)，新增供暖區(qū)域多處于夏熱冬冷地區(qū)，冬季供暖時(shí)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(nèi)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(yùn)行。

目前對于供暖負(fù)荷的計(jì)算采用的還是一維穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法且多針對于傳統(tǒng)的寒冷及嚴(yán)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(fù)荷的計(jì)算，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手冊中涉及的內(nèi)容很少，更沒有系統(tǒng)地闡述其熱負(fù)荷的特點(diǎn)和計(jì)算方法[2]。國內(nèi)學(xué)者針對間歇供暖模式下局部空間供暖負(fù)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(shè)計(jì)規(guī)范[1]、設(shè)計(jì)手冊[2]和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[3]的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的冬季采暖熱負(fù)荷計(jì)算方法做出一些改進(jìn)，提出一種適用于局部空間間歇供暖熱負(fù)荷計(jì)算方法，為更精確地計(jì)算局部空間間歇供暖熱負(fù)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(diào)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(diào)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(zhǔn)平面圖見圖1。

1.2 模型參數(shù)設(shè)置

建模過程主要包括建筑外形尺寸、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)的輸入，內(nèi)部負(fù)荷、運(yùn)行時(shí)間、采暖運(yùn)行條件的設(shè)置。建模每層的戶型、房間功能都一樣，內(nèi)部設(shè)備和照明單位面積的功率都設(shè)為相同，人員指數(shù)、相同功能房間使用時(shí)間和所有設(shè)備啟停時(shí)間都相同。每個(gè)房間均加入房間與外界通風(fēng)和房間互通風(fēng)。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(hù)結(jié)構(gòu)居住建筑，故需同時(shí)參考《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134—2001)和《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134—2010)，設(shè)定房間換氣次數(shù)為1.0次/h。房間其他參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 房間功能及參數(shù)設(shè)定

計(jì)算時(shí)間為最冷月，1月1日～1月30日，30 d。室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)溫度為18℃，當(dāng)室內(nèi)氣溫低于16℃時(shí)，采暖系統(tǒng)開啟。工作日主臥及次臥系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為22：00至次日6:00，起居室系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為18:00至23:00；周末主臥及次臥運(yùn)行時(shí)間為周五晚22:00至周一6:00，起居室運(yùn)行時(shí)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(dǎo)出，最冷月平均室外干球溫度為5.78℃。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)，采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(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(hù)結(jié)構(gòu)，采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134—2010)。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性見表2。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性

2 DeST模擬結(jié)果分析比較

2.1 月平均負(fù)荷附加率F1

1) 分別對Ⅰ～Ⅵ圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。對每個(gè)房間每天系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算出每個(gè)房間每日的平均負(fù)荷，可由房間每日供暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)段平均負(fù)荷與房間在連續(xù)供暖狀態(tài)下平均負(fù)荷計(jì)算出負(fù)荷日附加率f1。公式為：

f1=(qa-qs)/qs

(1)

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

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

f1a=∑f1/n

(2)

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

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

F1=∑f1a/n

(3)

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

Ⅰ～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F1計(jì)算結(jié)果見表3。

此熱負(fù)荷附加值所考慮的是戶間傳熱，即樓板、戶間隔墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，這是傳統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算方法在計(jì)算時(shí)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(fù)荷附加值又是必須考慮的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)為代表，符合2001版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的2001年至2010年所建設(shè)的建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F1平均值為0.212，以Ⅳ～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)為代表，符合2010版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的2010年以后新建建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F1平均值為0.225?？紤]到工程計(jì)算方便，可將2001年至今所建建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F1取值約等于0.25。

表3 Ⅰ型～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F1

2.2 局部房間單獨(dú)供暖附加率F2

1) 將各每日房間單獨(dú)供暖而周圍房間均不供暖時(shí)供熱時(shí)段總熱負(fù)荷與周圍房間同時(shí)供暖時(shí)供熱時(shí)段總熱負(fù)荷進(jìn)行比較計(jì)算，計(jì)算出局部房間單獨(dú)供暖日平均附加率f2。公式為：

f2=(Qd-Qt)/Qt

(4)

式中，f2為單獨(dú)供暖日平均附加率；Qt為同時(shí)供暖時(shí)系統(tǒng)工作時(shí)間的總熱負(fù)荷；Qd為房間單獨(dú)供暖時(shí)系統(tǒng)工作時(shí)間的總熱負(fù)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(dú)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(dú)供暖月平均附加率；n為系統(tǒng)在當(dāng)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(dú)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(dú)供暖月平均附加率；f2a為最冷月各房間的局部房間單獨(dú)供暖月平均附加率；n為采暖房間數(shù)。

Ⅰ～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬建筑局部房間單獨(dú)供暖附加率F2計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 Ⅰ型～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬建筑局部房間單獨(dú)供暖附加率F2

此負(fù)荷附加值考慮的是戶內(nèi)傳熱，即同一戶內(nèi)不同房間在出現(xiàn)需要單獨(dú)供暖的情況時(shí)，對該房間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)需要附加的傳熱量。此負(fù)荷附加值同樣是傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷計(jì)算方法所沒有考慮的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)為代表，符合2001版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的2001年至2010年所建設(shè)的建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F2平均值為0.315，以Ⅳ～Ⅵ型圍護(hù)結(jié)構(gòu)為代表，符合2010版《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的2010年以后新建建筑最冷月平均負(fù)荷附加率F2平均值為0.312?？紤]到工程計(jì)算方便，可將2001年至今所建建筑局部房間單獨(dú)供暖附加率F2取值約等于0.35。

2.3 修正后的實(shí)際熱負(fù)荷計(jì)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(fù)荷計(jì)算方法得到的負(fù)荷；F1為月平均負(fù)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(dú)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(dāng)房間為非單獨(dú)供暖房間時(shí)，取0。

3 結(jié) 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(hù)結(jié)構(gòu)為代表，對建筑進(jìn)行模擬計(jì)算。通過計(jì)算分析得出最冷月平均負(fù)荷附加率F1局部房間單獨(dú)供暖負(fù)荷附加率F2以及修正后的實(shí)際熱負(fù)荷計(jì)算公式。同時(shí)，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(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，減少戶間傳熱的熱負(fù)荷，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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