楊黎黎 齊尚榕 任永忠

1 蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院

2 甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的日°C提高，能耗問題日漸突出。節(jié)能減排作為世界熱點問題和我國的戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè)，越來越受到社會的關(guān)注。2017 年1 月，國務(wù)院下發(fā)了“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案，其中特別指出加強重點領(lǐng)域節(jié)能，提升工業(yè)，建筑，交通，商貿(mào)，農(nóng)村，公共機構(gòu)和重點用能單位能效水平[1]。而高校屬于高用能單位，由于資源配置不合理，能源利用不高效，使得高校的能源浪費極其嚴(yán)重，尤其對于北方地區(qū)，冬季采暖問題是最大的能源消耗之一，如何在此環(huán)境下，做到針對高校建筑的采暖節(jié)能措施是當(dāng)務(wù)之急。

高校建筑的采暖設(shè)計要考慮其特殊性，主要表現(xiàn)為全年極冷時段為放假時間，若在采暖設(shè)計是繼續(xù)采用規(guī)范中室外計算溫度值，勢必會造成能源浪費，基于此，有必要找到適用于高校建筑的采暖室外計算溫度的取值方法，并對現(xiàn)行采暖室外計算溫度的參數(shù)進行修正。

1 采暖室外計算溫度的重要性

采暖室外計算溫度是計算室內(nèi)熱負(fù)荷的一個重要參數(shù)。取值的高低直接影響供暖系統(tǒng)方案的選擇、供暖管道管徑的確定及散熱器等設(shè)備的選擇，關(guān)系到供暖系統(tǒng)的使用和經(jīng)濟效果。若取值偏高，造成設(shè)備選型偏小、熱量供給不足的影響。反之，就會使供暖設(shè)備在多數(shù)時間里有富裕，造成初投資的浪費。

因此，對于建筑采暖設(shè)計來說，采暖室外計算溫度的精確取值不僅決定著建筑室內(nèi)熱環(huán)境是否舒適，也決定著設(shè)備選取是否合適。

2 現(xiàn)行暖通規(guī)范采暖室外計算溫度的取值方法

我國的采暖室外計算溫度取值方法來源于美國不保證率統(tǒng)計法，工程技術(shù)人員根據(jù)這一原則和我國的氣象條件，得出了我國各地的采暖設(shè)計溫度，用于采暖設(shè)計[2]。

現(xiàn)行暖通規(guī)范[3-4]中對于采暖室外計算溫度的取值，是采用“歷年平均每年不保證五天的日平均溫度”的方法確定，統(tǒng)計年份宜取30 年。也就是說，將某城市30 年的室外日平均溫度羅列出來，由低到高排列，剔除不保證的150 天的日平均溫度，排序為151 的日平均溫度即為該城市的采暖室外計算溫度。

該方法針對連續(xù)采暖建筑，對于間歇采暖建筑的室外計算溫度取值并未說明，只是針對間歇采暖熱負(fù)荷計算采取間歇附加值，附加率根據(jù)保證室溫的時間和預(yù)熱時間等因素通過計算確定，規(guī)范[3-4]推薦下列數(shù)值選?。?/p>

1）僅白天使用的建筑物，間歇附加率可取20%。

2）對不經(jīng)常使用的建筑物，間歇附加率可取30%。

用該方法得出的間歇采暖熱負(fù)荷值是一個粗略值，并不準(zhǔn)確，且無法體現(xiàn)各間歇運行建筑的特點，適用于使用時間較隨機的建筑。為了使房間熱舒適性提高且能源損耗合理分配，就要將熱負(fù)荷計算精確化、準(zhǔn)確化。因此，有必要針對間歇采暖建筑提出其采暖室外計算溫度的取值方法。

3 高校建筑采暖室外計算溫度取值

3.1 高校建筑采暖特殊性

高校作為教育和科研基地，是當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的重要場所，也是城市中耗能嚴(yán)重的單位。

高校建筑采暖的特殊性體現(xiàn)在采暖期內(nèi)有一個月左右的寒假，在寒假時段內(nèi)，無需考慮建筑內(nèi)部熱舒適性的問題，而寒假恰好在采暖期內(nèi)極冷時段，若不考慮這段時間室外氣象參數(shù)對室內(nèi)的影響，在統(tǒng)計采暖室外計算溫度時，剔除這部分低溫，不保證五天的日平均溫度會升高，設(shè)計熱負(fù)荷會隨之降低，這樣就會使能源利用最大化，設(shè)備選型和管材設(shè)計也會節(jié)省一大批費用。

3.2 取值方法

考慮到高校建筑寒假不使用的特點，在統(tǒng)計高校采暖室外計算溫度時，應(yīng)剔除寒假時段的室外日平均溫度，在剩余的溫度中，找到平均每年不保證五天的日平均溫度作為采暖室外計算溫度。

而采暖室外計算溫度值不僅與室外氣象參數(shù)有關(guān)，還應(yīng)與建筑圍護結(jié)構(gòu)特性，圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性，玻璃窗的傳熱空氣滲透以及采暖條件等因素相關(guān)[5]，應(yīng)根據(jù)不同氣候區(qū)、不同建筑的特點，以不同不保證天數(shù)的日平均溫度確定合理的室外計算溫度[2]。故可依據(jù)高校使用時段的室外日平均溫度數(shù)據(jù)，給出不保證五天、不保證四天、不保證三天的采暖室外計算溫度供各地參考。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（10JGJ26-2010）[6]和《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB50176-93）[7]對我國氣候分區(qū)的劃分，在各氣候區(qū)選取以下典型城市作為分析的對象，其中嚴(yán)寒B 區(qū)：哈爾濱；嚴(yán)寒C 區(qū)：西寧；寒冷A 區(qū)：蘭州；寒冷B 區(qū)：北京。

統(tǒng)計分析所用氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象信息中心氣象資料室發(fā)布的我國地面氣候資料數(shù)據(jù)集和氣象輻射資料數(shù)據(jù)集[8]，數(shù)據(jù)源為1971-2000 年氣象數(shù)據(jù).本文選取寒假時段為1 月16 日～2 月24 日。

依據(jù)30 年氣象數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計得到：北京室外日平均溫度低于規(guī)范值-7.5°C的天數(shù)中，處于寒假時段的溫度有71 天，占有47%。蘭州室外日平均溫度低于規(guī)范值-9.0°C的天數(shù)中，處于寒假時段的溫度有51 天，占有34%。西寧室外日平均溫度低于規(guī)范值-11.4°C的天數(shù)中，處于寒假時段的溫度有71 天，占有47%。哈爾濱室外日平均溫度低于規(guī)范值-24.2°C的天數(shù)中處于寒假時段的溫度有63 天，占有42%，見圖1。

圖1 各城市寒假時段低溫占不保證時段的百分比

從圖1 數(shù)據(jù)可看出，各城市寒假時段在不保證時段的占比很大，最大可到47%，說明寒假時段溫度確為低溫，若繼續(xù)沿用規(guī)范值設(shè)計采暖系統(tǒng)，勢必會造成極大浪費。因此，很有必要重新統(tǒng)計高校這類建筑的采暖室外計算溫度。

以蘭州為例，找到30 年氣象數(shù)據(jù)，剔除每年寒假時段（1 月16 日～2 月24 日）的室外日平均溫度，對剩余的間斷性室外日平均溫度進行升序排列，得到平均每年不保證天數(shù)為5 天的數(shù)值，即最低溫度排第151的日平均溫度為最終統(tǒng)計值，見表1，即為-8.0°C。

表1 蘭州市室外日平均溫度排序

其余選取的典型城市高校采暖室外計算溫度值，用同樣的方法，得到最終結(jié)果.考慮到各地氣候因素、圍護結(jié)構(gòu)熱惰性、建筑人員分布等諸多因素，現(xiàn)列舉出針對各典型城市高校建筑，不保證天數(shù)為五天、四天、三天的日平均溫度作為參考值，具體結(jié)果見表2，重新統(tǒng)計得到的高校建筑采暖室外計算溫度變化值見圖2。

表2 高校建筑采暖室外計算溫度值

圖2 高校建筑采暖室外計算溫度變化值

3.4 設(shè)計熱負(fù)荷的影響

建筑設(shè)計熱負(fù)荷由基本耗熱量和附加耗熱量組成，本文只研究采暖室外計算溫度變化值對基本耗熱量影響情況，故忽略附加耗熱量，只計算基本耗熱量，根據(jù)熱負(fù)荷計算公式得到間歇采暖熱負(fù)荷變化率φ。

式中：tn為采暖室內(nèi)計算溫度，°C；tw為現(xiàn)行規(guī)范采暖室外計算溫度值，°C；tw'為本文統(tǒng)計得到的高校采暖室外計算溫度值，°C；Q 為tw計算的圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W；Q'為tw'計算的圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W。

將統(tǒng)計得到的采暖室外計算溫度值代入式（1），可計算得到采暖熱負(fù)荷變化率，結(jié)果見表3。

表3 采暖熱負(fù)荷變化率

3.5 數(shù)據(jù)分析

從統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)可以看出，對于高校類建筑的采暖設(shè)計，考慮修正采暖室外計算溫度是很有必要的。從四個城市不保證五天的數(shù)據(jù)來看，各地的采暖室外計算溫度都增大，其中哈爾濱增加的最多，可增加1.5°C，蘭州增加的最少，也可增大1°C。不保證四天的數(shù)據(jù)各城市變化的較平均，平均增大0.75°C。不保證三天的數(shù)據(jù)，蘭州和哈爾濱未變化，北京和西寧也變化較小，可近似認(rèn)為高校建筑（剔除寒假時段）不保證三天的日平均溫度和規(guī)范值接近。

采暖室外計算溫度的變化對熱負(fù)荷產(chǎn)生了影響。從四個城市不保證五天的數(shù)據(jù)來看，各地的熱負(fù)荷都減小，其中北京降低的最多，可減少5.1%，蘭州減少的最少，也可降低3.7%。不保證四天的數(shù)據(jù)中，四個城市最多可降低3.5%。不保證三天的數(shù)據(jù)，四個城市中最多也可降低1.6%。

4 結(jié)論

1）提出高校建筑采暖由于存在寒假時段不使用的特點，采暖室外計算溫度不應(yīng)沿用規(guī)范值。并依據(jù)30 年室外氣象數(shù)據(jù)，對采暖室外計算溫度重新進行了統(tǒng)計。

2）給出了不保證五天、不保證四天、不保證三天的采暖室外計算溫度值，各地可根據(jù)自身經(jīng)濟性、耐寒性、建筑圍護結(jié)構(gòu)熱惰性、建筑人員分布等諸多因素確定適合自身的取值。

3）從最終統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，所選典型城市中，采暖室外計算溫度值最多可提高1.5°C，采暖設(shè)計熱負(fù)荷最大可降低5.1%。這樣不僅使得采暖投資有所降低，還可將采暖設(shè)備效能得以充分利用。