南方供暖室内设计温度的研究

张 帝 沈致和



南方供暖室内设计温度的研究

张 帝 沈致和

（合肥工业大学 合肥 23009）

平均辐射温度、室内空气温度、空气流速和相对湿度是影响人体热舒适的重要因素，人体热舒适是其影响因素综合作用的结果。各地采暖室外计算温度不同，由于不同室外温度对建筑围护结构壁面温度影响，采用理论计算的方法，得出壁面冷辐射换热对人体热舒适的影响。从而探讨了在室内供暖设计时，目前冬季室内热环境研究较少的非传统供暖区域南方舒适节能的供暖室内设计温度情况。

采暖室外计算温度；平均辐射温度；室内空气温度；热舒适南方地区

0 引言

随着南方极端天气频现，加之居民生活水平不断提高使人们对供暖的需求越来越迫切，社会上对南方需要供暖的理念已经基本达成一致。但是传统采暖习惯造成的南方区域没有集中供暖管网系统，环境污染，资源浪费，以及南方寒冷期较短且居住分散都造成集中采暖的困难，给南方区域的集中供暖问题带来了很多的障碍和阻力[1]。因此，重庆大学付祥钊教授就提出南方地区采暖应合理选定技术路线，采用适合该地区社会与自然特点的供暖方式，在室内环境健康舒适和供暖能效两个方面超越北方集中供暖[2,3]。根据江亿的研究从长期来看，全国建筑总能耗不能超过10亿吨标准煤。江亿说，无论是从全球碳减排的要求出发，还是从中国可获取能源的总量出发，这根红线永远都不能逾越。但2012年，全国建筑用能总量已经超过7亿吨标准煤[4]。因此，南方供暖的最大障碍无疑是如何能够尽最大的可能进行节能。

影响人体热舒适性的环境因素主要有：环境周围空气温度、环境空气相对湿度、环境空气流速、平均辐射温度[5]等，人体热舒适是其影响因素综合作用的结果。而室内供暖计算温度是供暖设计和运行调节中最重要的参数之一，据估计在围护结构和室外计算参数一定的条件下，室内计算温度每降低1，耗能量可以减少5%～10%[6,7]。各地采暖室外计算温度不同，由不同室外温度对建筑围护结构壁面温度影响，从而导致壁面冷辐射换热对人体热舒适的影响。从而探讨了在室内供暖设计时，目前冬季室内热环境研究较少的非传统供暖区域南方舒适节能的供暖室内设计温度情况。

本文首先以达到传统供暖区域代表城市北京在室内温度为18℃[8]环境下相同的人体热舒适为标准，理论计算了不同采暖室外计算温度下，对应的室内平均辐射温度和室内空气温度情况。

1 人体热舒适理论分析

1.1 热平衡方程式[9,10]

式中，为人体新陈代谢率，kcal/(h·m2)；为对流热交换系数，kcal/(h·m2·℃)；t为平均辐射温度，℃；为衣服外表面平均温度，℃；P为环境空气的蒸汽压，mmHg；为空气温度，℃；为着装体表面积与裸体体表面积的比值；为机械效率；为服装热阻，clo；为杜波依斯体表面积，m2。

1.2 衣服外表面温度

1.3 预测平均投票

对于舒适方程满意，即是最佳热舒适条件。一般使用七级心理-物理ASHRAE分级法来测定人体的热感觉（见PMV热感觉标尺表），PMV指数是根据人体平衡的基本方程式以及心理生理学主观热感觉的等级为出发点，考虑了人体热舒适感的诸多有关因素的全面评价指标。PMV指数表明群体对于（+3～-3）7个等级热感觉投票的平均指 数[11]。

表1 PMV热感觉标尺

注：其中正值表示热的一侧，负值表示冷的一侧。

PMV指数可通过人体热平衡计算得到，根据人体的代谢率、服装的隔热值、空气温度、平均辐射温度、相对空气流速及空气湿度而来。

式中，为预测平均投票。

1.4 环境空气的蒸汽压方程

式中：P为环境空气的蒸汽压，mmHg；为相对湿度，%。

1.5 围护结构内表面温度方程

2 实例计算

2.1 研究对象选取

由于本文主要是针对非传统供暖区域南方舒适节能的供暖室内设计温度情况进行研究，并以北京为例进行对比，因此本文选取如下南方的典型城市作为模拟对象。北京、郑州、合肥、武汉、成都、重庆、以及广州等地进行分析研究。

表2 各地的室外采暖计算温度[13]

2.2 建筑围护结构外墙的相关参数

（1）选用37墙，名称为37砖墙_7，构建号为7，主要为370mm厚重砂浆粘土和沥青蛭石板，热阻为2.368(m2·K)/W；传热系数为0.396W/(m2·K)。

（2）选用24墙，名称为24砖墙_15_2，构建号为24，主要为重砂浆粘土和多孔混凝土，热阻为1.247(m2·K)/W；传热系数为0.712W/(m2·K)。

（3）选用37墙，名称为37砖墙_4，构建号为2，主要为370mm厚重砂浆粘土，热阻为0.629(m2·K)/W；传热系数为1.270W/(m2·K)。

（4）选用37墙，名称为37砖墙_10，构建号为13，主要为370mm硅酸盐砖砌体，热阻为0.449(m2·K)/W；传热系数为1.648W/(m2·K)。

（5）选用24墙，名称为24砖墙_10，构建号为12，主要为240mm硅酸盐砖砌体，热阻为0.300(m2·K)/W；传热系数为2.185W/(m2·K)。

2.3 基本参数设置

假设人体处于静坐情况，此时人体新陈代谢率为69.78w/m2，衣服热阻为1.3clo，空气相对湿度为0.5，空气流速为0.1m/s，着装体表面积与裸体表面积比值为1.18[13]。联立基于同等PMV指标的室内空气温度比较方程组，通过VB编辑计算程序，利用控制变量法分别针对围护结构外墙传热系数、室外采暖计算温度t以及同一PMV值的时候平均辐射温度t，室内空气温度t和衣服外表面温度t的变化对方程进行求解，求解的结果如下表所示。

表3 同一地区不同外墙传热系数K/W·(m2·K)-1下所对应的PMV值

表4 K=0.396W/(m2·K)，PMV=1.101，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

表5 K=0.712W/(m2·K)，PMV=1.041，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

表6 K=1.270W/(m2·K)，PMV=0.391，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

表7 K=1.648W/(m2·K)，PMV=0.861，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

续表7 K=1.648W/(m2·K)，PMV=0.861，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

表8 K=2.185W/(m2·K)，PMV=0.751，tmrt、ta、tcl与tw的变化关系

3 结果分析

（1）从表3中可知，在相同的传热系数下，人体热舒适性评价PMV值随着室外采暖温度的升高而升高；在同一地区相同的室外采暖计算温度下，人体热舒适性评价PMV值随着外墙传热系数值的升高而减小。但是总体来说，对人的热舒适影响不是太大。其中北京人们感觉最明显PMV值相差也仅仅不到0.4而已。

（2）从表4、5、6、7、8中可知，在不同地区的室外采暖计算温度下，在达到相同的舒适度评价的时候，不同地区的室内空气温度是不一样的。在相同的舒适度情况下，室外采暖温度越高，其室内空气温度的设计值应该越小。

（3）横向比较表4、5、6、7、8可知，随着外墙传热系数的增大，室外采暖温度越高，其室内空气温度就应该越低，并且表8的差值最大，接近2℃。

（4）从表4、5、6、7、8中可知，室外设计温度越高，壁面冷辐射换热对人体热舒适的影响越小，对应的舒适性温度可以降低。由此得到：由于非传统供暖区域南方地区的采暖室外计算温度高于传统采暖区域北方地区，同样舒适条件下，对应的室内供暖设计温度可以比北方地区低，从而达到节能目的。

（5）从表中可以看出，在不考虑南北地区维护结构传热系数的区别情况下，仅考虑由于各地的室外计算温度的不同，一般南北地区的室内空气温度的变化值一般在2℃左右。因此各地的设计部门，在设计冬季的采暖负荷的时候，一定要对各自的采暖负荷进行合理的设定，从而达到节能的目的。

（6）随着外墙传热系数的增大，围护结构的散热情况越好，同一地区的PMV值会越来越小，相对应的室内空气温度越低，人体衣服外表面温度会越来越低，平均辐射温度也会越来越低，室内空气温度也会越来越低。

4 结论

根据对北京与南方典型城市在不同工况下的模拟计算分析，可知室内空气温度、围护结构传热系数和平均辐射温度是影响人体热舒适性的三个重要因素，在不同的室外采暖计算温度下，室内环境的平均辐射温度以及与之相适应室内舒适空气温度也在不断的变化。而在围护结构和室外计算参数一定的条件下，室内计算温度每降低1℃，耗能量可以减少5%～10%。因此针对不同室外采暖计算温度，寻找到合适的舒适节能供暖室内设计温度，为南方供暖能耗的降低提供一定参考。

[1] 张东凯,郑洁,黄锋.夏热冬冷地区供暖调研分析[J].暖通空调,2014,44(6):21-24.

[2] 付祥钊,樊燕.夏热冬冷地区供暖探讨[J].暖通空调,2013,43(6):78-81.

[3] 余晓平,付祥钊,廖小峰.浅析夏热冬冷地区低能耗住宅技术路线[J].重庆大学学报,2006,30(6):116-119.

[4] 江亿,彭琛,燕达.中国建筑节能的技术路线图[J].建设科技,2012,(17):12-19.

[5] 金招芬,朱颖心.建筑环境学[M].北京:中国建筑工业出版社,2001:97-98.

[6] 王怡,刘加平.送风温度差对室内设计温度的影响[J].制冷与空调,2014,(10):563-566.

[7] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2011[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[8] GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[9] 彼.奥.范格.舒适[M].北京:北京科学技术出版社,1992.

[10] 魏润柏,徐文华.热环境[M].上海:同济大学出版社,1994.

[11] GB/T18049-2000,中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定[S].北京:中国标准出版社,2001.

[12] 贺平,孙刚.供热工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[13] 中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

Interior Design in Southern Heating Temperature

Zhang Di Shen Zhihe

( Hefei University of Technology, Hefei, 230009 )

Mean radiation temperature, indoor air temperature, relative humidity and air velocity are important factors effecting on human thermal comfort, and it is the comprehensive effect of influencing factors. There are different heating outdoor calculated temperatures in different regions, based on the different outdoor temperatures have different affects on the building palisade structure wall temperature, by the means of the theoretical calculation, the effects of the wall cold radiation heat transfer on thermal comfort were obtained, then the comfortable and energy efficient heating indoor design temperature of the non-traditional heating south regions were studied, whose heating outdoor calculation temperatures are generally higher than traditional heating south regions.

outdoor calculated temperatures for heating; mean radiation temperature; indoor air temperature; thermal comfort in the south

1671-6612（2017）02-215-06

TU832

A

张 帝（1990.6-），男，硕士，讲师，E-mail：zhangdi_hfut@163.com

沈致和（1963.8-），男，研究生导师，E-mail：1178843091@qq.com

2015-12-04