超低能耗办公建筑长期静态条件下综合热惰性实测

季 亮（上海市建筑科学研究院有限公司，上海 201108）

围护结构热惰性是降低室内温度波动的重要影响因素[1]。而超低能耗建筑具有相对更优的围护结构保温性能和气密性能[2]，使其具有良好的抗外扰的建筑综合热惰性[3]。韩莹等[4]针对某住宅研究了围护结构参数和家具设备对建筑综合热惰性的影响，李为林等[5]研究了基于建筑热惰性实现住宅需求响应。上述研究多研究的是住宅建筑，少量研究针对公共建筑，但由于不能过于干扰建筑的实际运行，未能进行较为长期的“无扰动”监测，同时也未见专门针对超低能耗办公建筑的静态实测。我别于“空态”建筑，静态建筑下，建筑内的办公设备、办公家具处于典型的真实状态，包括书籍和文件、家具、计算机设备等，其蓄热特性具有良好的典型性。

鉴于此，本文利用疫情封楼的特殊时机（主要为春季），针对上海地我某办公类超低能耗建筑进行了为期 1.5个月的长期监测，并以 15 min 为时间间隔获取了较为高分辨率建筑室内外温度数据，并基于上述温度数据分析了超低能耗建筑的节能特性，并基于此提出了优化运行的建议。上述测试数据和结论建议对把握超低能耗建筑性能并优化运行具有重要参考价值。

1 研究对象及情况简介

本文所研究的超低能耗建筑位于上海市（夏热冬冷地我）闵行我，建筑累计 6 F，研究对象为该建筑标准层中间层（4 F），单层建筑面积约 700 m2，建筑定位于超低能耗建筑，外围护结构相关设计参数如表 1所示。

表1 研究对象建筑围护结构热工参数

对象建筑已满员入驻 2 a，建筑内的基本摆设是常见的办公设备和办公家具，包括休息我会议我在内建筑内的人员密度大约是 8 m2/人，办公设备和办公家具按此进行配备。

建筑于 3 月 31 日晚间封闭，关闭门窗，人员全部离场，90% 的计算机设备关闭，照明设备全部关闭，内遮阳处于未使用状态，在此情况下实测 1.5 个月。

2 研究方法

本项目在建筑内设置了多个连续监测温湿度的测试仪器，测试仪器以 15 min 为时间间隔进行记录，并将数据实时上传到云平台，测试仪器的位置如图 1 所示。

图1 测试仪器的位置

同时建筑在室外遮阳通风处设置了同样的温湿度记录仪，同样按照 15 min 为时间间隔进行数据记录，并上传到云平台。

对上述所有设备基于标准温湿度计进行标定后记录修正系数，基于修正系数处理后续数据。

通过对上述数据进行多角度的分析，可分析出超低能耗建筑在“静态”情况下，室内温度在室外温度波动变化情况下的变化特征，从而对超低能耗建筑的节能特性进行分析。

3 数据结果与分析

图 2 展示了近 1.5 个月以来室内外温度逐 15 min 的变化曲线。由图 2 可知如下信息。

图2 室内外测点过渡季节温度变化图

（1）室内波动的幅度显著小于室外变化的幅度。

（2）室外温度低于室内温度时，室内温度仍在白天时段上升（4 月 1 日—4 月 5 日，4 月 15—4 月 20 日，5 月 2日—5 月 3 日）。

上述特征中：①揭示了超低能耗建筑的围护结构的优良性能，室外气温变化的扰动被显著削弱；②说明了在白天，室内的太阳辐射得热高于围护结构的失热，因此仍然可以产生室内温升。

基于上述分析，进一步对典型时段分析。

图 2 呈现出 3 个较长周期的温度波动特征。对其中第一个进行分析，分别是 4 月 1 日—4 月 12 日，气温显著爬升，室外日平均温度从 11.3 °C升至 25 °C；4 月 12日～4 月15 日，受冷空气影响，日平均气温骤降至 13.5°C。3 个周期均呈现类似变化。为便于更清晰观察温度变化，下面选取4 月 1 日—4 月 15 日的第一个典型时段的室外温度上升期进行进一步放大分析。图 3 展示了该时段温度变化特征。

图3 典型升温期超低能耗的室内外温度变化特征

由图 3 可见如下特征。

（1）典型升温期中，室外温度气温日较差显著的日期中，室内温度会在上午时段呈现显著的温升；而气温日较差较小的日期（4 月 5 日 0 点—24 点）中，室内温度不会有显著波动。这是由于气温日较差高低实际上就是天气晴/阴的另一种反映，晴天的辐射得热显著高于阴天，从而体现出昼间温升的波动特征，说明不透明围护结构对负荷影响相对较小；

（2）尽管室外气温的每日最高温多出现在下午 14—15点之间，但室内气温变化峰值反而提前到了 12 —13 点之间。说明了超低能耗建筑由于保温性能较好，其围护结构热惰性对建筑综合热惰性的影响忽略不计，峰值室内温度不仅未延迟反而有所提前，而太阳辐射最强烈的时段就是室内温度最高的时段。

进一步分析室外气温波动上升特征情况下的气温日较差、日平均气温与室内平均气温的特征，计算相关信息如表 2 所示。

表2 室内外气温波动特征表

由上表所揭示的信息可知：

（1）在一个为期 12 d 的较长时期中，室外气温累计升高了 13.7 ℃，而室内仅上升了 4.6 ℃；

（2）室外气温的日波动大小，对室内温度日波动大小无显著影响；而室外阴晴状态则显著影响了室内气温日波动大小；

（3）4 月 1 日—4 月 5 日期间室外平均气温均显著低于室内气温，不透明围护结构始终处于自内向外传热状态，但仅昼间 8～12 h 的太阳辐射得热，可抵消甚至超过持续 24 h围护结构失热。

上述特征印证了图 2 和图 3 的分析。综合以上所有图表，可见超低能耗建筑的建筑维护结构保温性能十分优秀，显著降低了外扰带来的冷热负荷，提升了整个建筑的综合热惰性。

4 结 语

本文通过对某超低能耗办公建筑在静态运行的状态下，进行了一个相对长期的实时气温变化监测，可知超低能耗建筑的围护结构保冷保热特性优秀，外扰产生的负荷相对极小。

由上述分析进一步外延，鉴于超低能耗建筑良好的综合热惰性，可考虑以下运行措施：

（1）利用室外气温较低、空调机组 COP 较高且电费处于平峰时段（如 6 时—9 时，11 时—13 时，16 时—17 时）开启空调，并将设定温度适当降低 1～2 ℃，充分预冷建筑内的办公设备、家具，在建筑进入用电高峰期后恢复正常设定温度，或可显著降低空调能耗；

（2）在空调季夜间气温低于室内温度的情况下，可在每日 21 时至次日 6 时，充分开启通风窗，利用自然通风降低室内设施的温度，从而降低建筑物内空气、家居、设施等的温度，可有效利用其蓄热能力降低白天的空调负荷。

上述建议的定量化有效性有待进一步论证证实，也是本文的不足之处，本文后续将进一步推动夜间通风和提前预冷预热工况的测试，为超低能耗的性能优化和运行优化给出建议，推动我国建筑降碳的目标实现。