北方办公建筑冬季室内热环境实测研究

陈 岩

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116013)

·绿色环保·建筑节能·

北方办公建筑冬季室内热环境实测研究

陈 岩

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116013)

从空气温度、相对湿度、墙体内表面温度、墙体热阻等方面入手，对北方某办公楼冬季室内热环境进行了实地测试，提出了室内环境的优化设计策略，有利于提高北方办公建筑的室内环境品质。

办公建筑，热环境，空气温度，墙体热阻,建筑节能

1 概述

在节能减排的时代背景下，如何降低北方办公建筑能耗，并提高其室内热环境品质是我国节能工作面临的任务之一。北方办公建筑建设量大，其能耗受供暖方式、建筑保温性能、使用者用能方式、管理水平等多方面因素的影响。

国内外学者对北方办公建筑节能及其室内热环境品质进行了广泛而深入的研究，潘文彦等人[1]从室内热环境的舒适度出发，以河南理工大学某办公楼为例研究了其热环境特点，并提出了改造建议。陈凤等人[2]应用DeST软件模拟分析了夜间通风对济南某办公楼的影响，验证了建筑设计对于节能的重要性。谢洪辉[3]计算得出了办公建筑周边区域热环境的影响因素，并从围护结构和空调方式两个方面提出了设计策略。王昭俊等人[4]应用EnergyPlus软件对寒地办公建筑的常规空调系统和夜间机械通风系统运行模式进行了对比研究，研究表明当室外最高温度大于24 ℃时均适合夜间通风，其节电量指标为1.15 kWh/(m2·年),节省运行费用指标为1.02元/(m2·年)。于雷[5]从温度整体分布、室温平均值、室温波动幅度及室温延迟时间等方面研究了北京过渡季节的办公建筑热环境，从而得出了绿色办公建筑过渡季节的热环境统计指标。余涛等人[6]应用实地测试的方法研究了办公建筑中庭的热环境，结果表明中庭具有明显的垂直温度分层现象，其平均温度高于走廊。王利端等人[7]应用现场测试、调查问卷等方式研究了西安地区过渡季节办公楼热环境，结果表明室内主观热感觉中性温度接近PMV=0时的室内温度值。谭福君[8]对北方办公建筑冬季室内热环境及其舒适性进行了调查研究，并提出了优化设计策略。孙晓利[9]应用Airpak软件模拟研究了哈尔滨某办公建筑应用夜间通风的室内热环境，通过空气温度场、速度场、热舒适场等描述，表明夜间通风能够有效改善室内热环境，建筑进风口风速、面积对夜间通风的影响很大。雒婉[10]应用软件模拟、调查问卷等方式研究了山东地区办公建筑自然通风条件下的室内热环境及其舒适度，通过温度场，湿度场，速度场，PMV，PPD对室内热环境进行分析，描绘了室内不同位置的热环境特点，并对室内办公位置优化布局提出了建议。

本文在前人研究基础之上，着重对北方典型办公建筑进行了实地测试，从空气温度、相对湿度、墙体温度等方面对其室内热湿环境进行了分析，并提出了降低采暖能耗、提高室内热环境质量的设计建议。

2 实地测试

科研团队于2010年1月28日～30日对北方某办公楼进行了实地测试，测试设备采用温湿度自动记录仪，每10 min自动记录一次数据，该办公楼为框架结构，采用外保温。

2.1 空气温度

从图1可以看出，室外平均温度为-13.37 ℃，室内平均温度为19.30 ℃，室内外平均温差为32.67 ℃，气候极为严寒，不利于建筑节能。室内平均温度高于国家规范要求(18 ℃)，能够为室内工作人员提供基本的舒适度。室外最低温度为-24.68 ℃，室内最低温度为17.12 ℃，温差为41.8 ℃，室内最低温度低于国家标准值，这说明该办公楼在局部时间未能满足基本舒适度的要求。室外最高温度为-2.72 ℃，室内最高温度为21.5 ℃，温差为24.22 ℃，从室内最高温度来看，该办公楼并没有过量供热导致室内过热，温度维持在合理的范围之内。从室内温度总体趋势来看，其温度曲线较为平稳，无剧烈波动，这说明该办公楼室内温度水平相对较好，能够基本满足室内工作人员的基本工作需求。

2.2 相对湿度

从图2来看，室外湿度平均值为55.32%，室内湿度平均值为36.24%，平均湿度差为19.08%，室内湿度高于国家标准最低值(30%)，其基本能够满足室内湿度要求。室外湿度最大值为67.94%，室内湿度最大值为39.7%，湿度差为28.24%。室外湿度最小值为41.45%，室内湿度最小值为17.12%，湿度差为24.33%，室内湿度最小值远低于国家室内湿度最低要求，可见该办公楼在局部时间室内湿度未能满足基本要求，空气过于干燥，不利于人体健康。整体而言，该办公楼室内湿度波动不大，并且室内湿度受室外湿度变化的影响也不大，可见其气密性良好。但是，其局部时间内湿度未能满足国家要求，应适当加湿。

2.3 墙体温度

由于受到室内外温度的影响，墙体内外表面温度差异很大。由图3可以看出，内墙表面平均温度为15.57 ℃，外墙表面平均温度为-11.63 ℃，内外墙面平均温差为27.2 ℃。内墙表面最高温度为17.56 ℃，外墙表面最高温度为3.11 ℃，温差为14.45 ℃。内墙表面最低温度为14.06 ℃，外墙表面最低温度为-22.45 ℃，温差为36.51 ℃。从数据可以看出，内外墙面温差较大，墙体在这样的温差下易出现冻裂、冻胀等现象，因此，应加强墙体施工质量及采取外保温等措施提高墙体安全程度及保温能力。从总体趋势来看，内墙体表面温度曲线较为平直、波动不大，外墙体表面温度受室外温度变化的影响，曲线波动幅度较大，因此，应加大外墙体的保护程度。从内外墙表面温度差曲线来看，其波动幅度较大，对墙体保温形成一定的压力，但是内表面墙体温度波动幅度不大，表面墙体具有一定的保温能力，如果对该墙体保温能力进行进一步的优化设计，其保温能力将会得以加强。

2.4 墙体热阻

根据实测数据计算了该墙体的热阻，并将其绘制了曲线图。由图4可以看出，墙体热阻平均值为1.142，最大值为2.181，最小值为0.44，最大热阻与最小热阻差值为1.741，可见该墙体热阻分布并不均匀，其热性能有很大的改进余地。不同的墙体热阻会对

室内产生不同的冷辐射，影响室内人员的舒适度，并且墙体热阻不同、内部水分分布不均也会引起墙体结露等，不利于墙体的保温，因此，应加强墙体施工质量，并在使用过程中对墙体进行合理的维护，保证其具有良好的热性能。

3 结语

通过对该北方办公楼物理参数的分析，得到如下主要结论：

1)该办公楼室内湿度偏低，需适当加湿。其最大湿度为39.7%，仅比国家湿度最低标准高9.7%，长期偏低的空气湿度不利于室内人员的身体健康。

2)该办公楼在局部时间内的温度偏低，最低温度为17.12 ℃，因此，需改善管理方式，使其全天温度达到18 ℃以上，保证室内办公人员的舒适度，提高其工作效率。

3)该办公楼受室外温度的影响，其内外墙体表面温度温差较大，最大温差为36.85 ℃，因此，应提高墙体的施工质量和保温能力。

4)该墙体热阻分布不均，最大热阻差值为1.741，因此，需进一步优化设计墙体，使其热阻尽量均匀分布，提高保温能力，改善室内热环境品质。

[1] 潘文彦,杨 柳,王 鹏，等.关于某办公建筑热环境的分析及改造建议.2010年建筑环境科学与技术国际学术会议论文集.2010:315-321.

[2] 陈 凤,李庆磊,于 蕾，等.济南某办公建筑热环境的模拟分析.能源研究与利用,2009(1):33-34.

[3] 谢洪辉.办公建筑外区热环境的影响因素及对策.洁净与空调技术,2013(4):18-21.

[4] 王昭俊,易伶俐,高甫生，等.哈尔滨地区办公建筑夜间机械通风能耗及室内热环境分析.暖通空调,2009,39(1):43-48.

[5] 于 雷.绿色办公建筑春季室内热环境测试与评价.洁净与空调技术,2013(4):5-10.

[6] 余 涛,杨 玲,雷 波，等.办公建筑中庭热环境实测与分析.制冷与空调(四川),2012(6):550-553.

[7] 王利端,狄育慧,刘 颖，等.西安市过渡季节办公建筑室内热环境研究.洁净与空调技术,2012(3):12-14.

[8] 谭福君.办公建筑冬季室内热环境和舒适性调查及研究.哈尔滨：哈尔滨建筑工程学院,1993.

[9] 孙晓利.严寒地区办公建筑应用夜间通风的室内热环境研究.哈尔滨：哈尔滨工业大学,2006.

[10] 雒 婉.办公建筑自然通风条件下室内热环境模拟与分析.济南：山东建筑大学,2013.

Research on winter indoor thermal environment test of north office building

Chen Yan

(DalianArchitecturalDesignandResearchInstituteLimitedCompany,Dalian116013,China)

This paper made field test to a building winter indoor thermal environment in the north, analyzed its thermal environment from the air temperature, relative humidity, inner surface temperature, wall wall thermal resistance and other aspects, and proposed the optimization design strategy of indoor environment, in order to improve the indoor thermal environment quality of north office buildings.

office building, thermal environment, air temperature, wall thermal resistance, building energy conservation

2015-09-17

陈 岩(1979- )，男，工程师

1009-6825(2015)33-0188-02

TU201.5

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