居住建筑局部空间间歇供暖负荷计算方法研究

游 诚，李晓虹，鲜 鑫，钟天兰，蒋 鹏

(西华大学，四川 成都 610039)

0 前 言

夏热冬冷地区历史上不属于集中供暖区域，随着经济发展，生活水平提高，人们对室内热环境舒适性追求日益增强。由设计规范[1]指出，累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数为60～89 d的地区，或累年日平均温度稳定低于或等于 5℃的日数不足60 d，但累年日平均温度稳定低于或等于8℃的日数大于或等于75 d的地区宜设置供暖设施。因此，伴随着供暖区域的南扩，新增供暖区域多处于夏热冬冷地区，冬季供暖时间相对较短。该地区历史上无集中供暖，居民为改善冬季室内恶劣的低温环境，采用多样化分散供暖方式自行解决，供暖模式多采用局部空间、间歇运行。

目前对于供暖负荷的计算采用的还是一维稳态计算方法且多针对于传统的寒冷及严寒地区连续性供暖方式，而对于局部空间间歇供暖热负荷的计算，现有的设计手册中涉及的内容很少，更没有系统地阐述其热负荷的特点和计算方法[2]。国内学者针对间歇供暖模式下局部空间供暖负荷做了一些研究，但更多是针对北方集中供暖[3-10]。

本文针对成都地区居住建筑局部空间间歇供暖，在原有设计规范[1]、设计手册[2]和设计标准[3]的基础上，对传统的冬季采暖热负荷计算方法做出一些改进，提出一种适用于局部空间间歇供暖热负荷计算方法，为更精确地计算局部空间间歇供暖热负荷提供参考。

1 建筑基本参数

1.1 建筑模型

本研究选择成都市某典型居住建筑。共6层楼，层高2.8 m，一层两户，所选住户在3层左室。每户面积148 m2，空调面积120 m2，户型为四室两厅一厨两卫；总建筑面积1 776 m2，空调面积1 440 m2。建筑为南北朝向，形体系数为0.3，平均窗墙比为0.3，综合遮阳系数为SCw为0.4。该建筑基准平面图见图1。

1.2 模型参数设置

建模过程主要包括建筑外形尺寸、建筑围护结构等参数的输入，内部负荷、运行时间、采暖运行条件的设置。建模每层的户型、房间功能都一样，内部设备和照明单位面积的功率都设为相同，人员指数、相同功能房间使用时间和所有设备启停时间都相同。每个房间均加入房间与外界通风和房间互通风。因模拟建筑为成都地区2001～2020年所建6种不同典型外围护结构居住建筑，故需同时参考《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2001)和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2010)，设定房间换气次数为1.0次/h。房间其他参数设定如表1所示。

表1 房间功能及参数设定

计算时间为最冷月，1月1日～1月30日，30 d。室内采暖设计温度为18℃，当室内气温低于16℃时，采暖系统开启。工作日主卧及次卧系统运行时间为22：00至次日6:00，起居室系统运行时间为18:00至23:00；周末主卧及次卧运行时间为周五晚22:00至周一6:00，起居室运行时间为8:00至23:00。气象数据由DeST-H数据库中典型气象年数据导出，最冷月平均室外干球温度为5.78℃。

围护结构类型分为Ⅰ～Ⅵ型。Ⅰ～Ⅲ型为成都地区2001～2010年所建居住建筑三种典型外围护结构，采用的规范标准是《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2001)；Ⅳ～Ⅵ型为成都地区2010年至今所建居住建筑三种典型外围护结构，采用的规范标准是《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2010)。建筑围护结构参数特性见表2。

表2 围护结构参数特性

2 DeST模拟结果分析比较

2.1 月平均负荷附加率F1

1) 分别对Ⅰ～Ⅵ围护结构进行模拟。对每个房间每天系统运行时的负荷进行计算分析。计算出每个房间每日的平均负荷，可由房间每日供暖系统运行时段平均负荷与房间在连续供暖状态下平均负荷计算出负荷日附加率f1。公式为：

f1=(qa-qs)/qs

(1)

式中，f1为房间负荷日附加率f1；qa为房间每日供暖系统运行时段平均负荷；qs为间在连续供暖状态下平均负荷。

2) 由求出的房间日负荷附加率，求出最冷月该房间平均负荷附加率f1a。公式为：

f1a=∑f1/n

(2)

式中，f1a为房间月平均负荷附加率；n为系统在当月中开启的次数。

3) 由房间月平均负荷附加率，可求得该模拟建筑最冷月平均负荷附加率F1。公式为：

F1=∑f1a/n

(3)

式中，F1为最冷月平均负荷附加率；f1a为房间平均负荷附加率；n为采暖房间数。

Ⅰ～Ⅵ型围护结构模拟建筑最冷月平均负荷附加率F1计算结果见表3。

此热负荷附加值所考虑的是户间传热，即楼板、户间隔墙等围护结构的传热量，这是传统热负荷计算方法在计算时所忽略的。然而对于非集中供暖地区的局部空间采暖来说，此负荷附加值又是必须考虑的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型围护结构为代表，符合2001版《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的2001年至2010年所建设的建筑最冷月平均负荷附加率F1平均值为0.212，以Ⅳ～Ⅵ型围护结构为代表，符合2010版《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的2010年以后新建建筑最冷月平均负荷附加率F1平均值为0.225。考虑到工程计算方便，可将2001年至今所建建筑最冷月平均负荷附加率F1取值约等于0.25。

表3 Ⅰ型～Ⅵ型围护结构模拟建筑最冷月平均负荷附加率F1

2.2 局部房间单独供暖附加率F2

1) 将各每日房间单独供暖而周围房间均不供暖时供热时段总热负荷与周围房间同时供暖时供热时段总热负荷进行比较计算，计算出局部房间单独供暖日平均附加率f2。公式为：

f2=(Qd-Qt)/Qt

(4)

式中，f2为单独供暖日平均附加率；Qt为同时供暖时系统工作时间的总热负荷；Qd为房间单独供暖时系统工作时间的总热负荷。

2)可由求出的各房间所有的f2，求出最冷月各房间的局部房间单独供暖月平均附加率f2a。公式为：

f2a=∑f2/n

(5)

式中，f2a为最冷月各房间的局部房间单独供暖月平均附加率；n为系统在当月中开启的次数。

3) 可由求出的各房间的f2a，求出模拟建筑局部房间单独供暖月平均附加率F2。公式为：

F2=∑f2a/n

(6)

式中，F2为局部房间单独供暖月平均附加率；f2a为最冷月各房间的局部房间单独供暖月平均附加率；n为采暖房间数。

Ⅰ～Ⅵ型围护结构模拟建筑局部房间单独供暖附加率F2计算结果见表4。

表4 Ⅰ型～Ⅵ型围护结构模拟建筑局部房间单独供暖附加率F2

此负荷附加值考虑的是户内传热，即同一户内不同房间在出现需要单独供暖的情况时，对该房间进行负荷计算时需要附加的传热量。此负荷附加值同样是传统稳态热负荷计算方法所没有考虑的。因此，以Ⅰ～Ⅲ型围护结构为代表，符合2001版《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的2001年至2010年所建设的建筑最冷月平均负荷附加率F2平均值为0.315，以Ⅳ～Ⅵ型围护结构为代表，符合2010版《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的2010年以后新建建筑最冷月平均负荷附加率F2平均值为0.312。考虑到工程计算方便，可将2001年至今所建建筑局部房间单独供暖附加率F2取值约等于0.35。

2.3 修正后的实际热负荷计算公式

公式为：

q=qs·(1+F1)·(1+F2)

(7)

式中，qs为传统稳态热负荷计算方法得到的负荷；F1为月平均负荷附加率，对于现行节能规范[3]与旧节能规范[12]，均取0.25；F2为局部房间单独供暖月平均附加率，对于现行节能规范[3]与旧节能规范[12]，均取0.35。当房间为非单独供暖房间时，取0。

3 结 论

本文利用DeST-H模拟软件，以成都地区居住建筑为例，参考现行节能规范[3]和旧节能规范[12]，以Ⅰ～Ⅵ型围护结构为代表，对建筑进行模拟计算。通过计算分析得出最冷月平均负荷附加率F1局部房间单独供暖负荷附加率F2以及修正后的实际热负荷计算公式。同时，该模拟也为新建建筑的节能措施及老旧建筑的节能改造措施提供了新的思路。可以提升内围护结构的热工性能，减少户间传热的热负荷，从而达到节能降耗的目的。

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