楊黎黎 王登甲 劉艷峰

西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院

間歇運(yùn)行建筑采暖室外計(jì)算溫度取值

楊黎黎 王登甲 劉艷峰

西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院

針對(duì)不同間歇使用模式下的建筑，對(duì)其使用期室外間斷性逐時(shí)溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出間歇運(yùn)行建筑采暖室外計(jì)算溫度的統(tǒng)計(jì)方法。選取各氣候區(qū)典型城市進(jìn)行取值分析，結(jié)果表明：對(duì)于短期間歇運(yùn)行建筑，在嚴(yán)寒、寒冷A區(qū)和寒冷B區(qū)分別可提高現(xiàn)行規(guī)范值5.3℃、4.6℃和1.6℃；對(duì)于長(zhǎng)期間歇運(yùn)行建筑，在嚴(yán)寒、寒冷A區(qū)和寒冷B區(qū)分別可提高現(xiàn)行規(guī)范值7.4℃、5.3℃和4.4℃。

間歇運(yùn)行 采暖室外計(jì)算溫度 間斷性氣象數(shù)據(jù)

0　引言

采暖室外計(jì)算溫度是計(jì)算建筑熱負(fù)荷，確定設(shè)備系統(tǒng)容量的關(guān)鍵參數(shù)。目前，現(xiàn)行暖通設(shè)計(jì)規(guī)范[1～2]中的采暖室外計(jì)算溫度是根據(jù)歷年平均不保證天數(shù)而獲得的，主要針對(duì)的是全年、全天連續(xù)運(yùn)行的普通建筑采暖，取值通常由最冷時(shí)段、最冷月氣象數(shù)據(jù)決定。但是，辦公樓、教學(xué)建筑、博物館等類型建筑大多只在晝間間歇使用、夜間停用，而且教學(xué)建筑在每年最冷月還多屬于寒假，存在長(zhǎng)期間歇的特征。此類間歇運(yùn)行的建筑如沿用現(xiàn)行規(guī)范采暖室外計(jì)算溫度取值，將導(dǎo)致熱負(fù)荷計(jì)算、設(shè)備容量等結(jié)果偏大，在增大采暖能耗的同時(shí)還有可能導(dǎo)致房間過熱等問題。因此，有必要對(duì)間歇性使用建筑的間斷性室外氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，尋求更加適宜的采暖室外計(jì)算溫度取值。

為了獲得準(zhǔn)確的采暖室外計(jì)算溫度的取值，諸多學(xué)者開展了相關(guān)研究。江億等人基于室內(nèi)溫度的不保證率，提出了采暖室外綜合溫度的概念[3]。向操，田喆等人[4～5]針對(duì)氣候變化對(duì)室外計(jì)算溫度的影響進(jìn)行了深入分析，確定了室外設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)；王敏、徐偉[6]對(duì)各國(guó)室外計(jì)算參數(shù)確定方法進(jìn)行了對(duì)比，并得出比較適合我國(guó)目前的統(tǒng)計(jì)年限和確定方法；其他學(xué)者對(duì)溫室等特殊建筑的室外計(jì)算溫度取值進(jìn)行了研究[7～8]，而對(duì)于間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度研究甚少，劉艷峰等人對(duì)間歇采暖室外計(jì)算溫度的取值進(jìn)行了初步討論[9]。本文將根據(jù)各功能建筑的不同間歇運(yùn)行模式，對(duì)其進(jìn)行歸類，統(tǒng)計(jì)分析使用期間斷性室外氣象參數(shù)，并基于暖通設(shè)計(jì)規(guī)范中“不保證天數(shù)”的思想，對(duì)間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度的確定方法進(jìn)行研究，最終得出各個(gè)典型城市適用的室外計(jì)算溫度值，為間歇采暖建筑熱負(fù)荷計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　數(shù)據(jù)來(lái)源與典型城市

綜合考慮《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（10JGJ26-2010）[10]和《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-93）[11]對(duì)我國(guó)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對(duì)象，其中嚴(yán)寒B區(qū)：哈爾濱；嚴(yán)寒C區(qū)：長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、西寧、烏魯木齊；寒冷A區(qū)：大連、拉薩、蘭州；寒冷B區(qū)：北京、天津、濟(jì)南、西安、徐州。

統(tǒng)計(jì)分析所用氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室發(fā)布的我國(guó)地面氣候資料數(shù)據(jù)集和氣象輻射資料數(shù)據(jù)集[12]，數(shù)據(jù)源為1971～2003年氣象數(shù)據(jù)?，F(xiàn)行規(guī)范中室外計(jì)算參數(shù)的統(tǒng)計(jì)年份多取30年[1]，且基本單元數(shù)據(jù)為日平均溫度，但對(duì)于間歇運(yùn)行建筑采暖室外計(jì)算溫度的確定需要逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)。因此，本文選擇典型氣象年的逐時(shí)數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計(jì)間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度的基本單元數(shù)據(jù)。并對(duì)典型氣象年和30年統(tǒng)計(jì)獲得的采暖室外計(jì)算溫度值進(jìn)行對(duì)比分析，大多數(shù)溫度差異在1.0℃以下，見圖1，則認(rèn)為利用典型氣象年逐時(shí)數(shù)據(jù)作為本研究分析數(shù)據(jù)是可信的。

圖1　基于典型氣象年與30年數(shù)據(jù)源的采暖室外計(jì)算溫度值

2　間歇采暖室外計(jì)算溫度的取值方法

2.1建筑分類及使用模式

根據(jù)建筑間歇運(yùn)行的特點(diǎn)，將其分為兩大類：短期間歇和長(zhǎng)期間歇。短期間歇是指一天之內(nèi)有部分時(shí)段不使用，可分為三種模式，模式一：晝間供暖，夜間停暖；模式二：晝間停暖，夜間供暖；模式三：其他類短期間歇。長(zhǎng)期間歇指的是一年中有較長(zhǎng)時(shí)間不使用。

表1　短期間歇建筑基本使用規(guī)律

表2　教學(xué)類建筑基本使用規(guī)律

2.2統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)于短期間歇運(yùn)行建筑，扣除每天間歇時(shí)段的逐時(shí)室外溫度值，對(duì)剩余的室外間斷性逐時(shí)溫度進(jìn)行平均，獲得新的日平均溫度取值，進(jìn)而根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中“不保證天數(shù)”的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)新的日平均溫度取值進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)分析，獲得短期間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度。

對(duì)于長(zhǎng)期間歇運(yùn)行建筑，扣除非使用時(shí)段，使得采暖期天數(shù)變少，導(dǎo)致“不保證天數(shù)”統(tǒng)計(jì)原則中的“天數(shù)”發(fā)生變化，依據(jù)扣除非使用時(shí)段后的采暖期總天數(shù)與連續(xù)運(yùn)行采暖期總天數(shù)的關(guān)系，按比例折算獲得新的不保證天數(shù)X，X，其中N為暖期天數(shù)，Y為非使用時(shí)段天數(shù)。再根據(jù)新的不保證天數(shù)對(duì)日平均溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得長(zhǎng)期間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度。

對(duì)于學(xué)校這類特殊的長(zhǎng)期間歇運(yùn)行建筑，由于它既具有長(zhǎng)期間歇特點(diǎn)，又具有短期間歇特點(diǎn)，應(yīng)按照上述方法，重新確定日平均溫度和不保證天數(shù)，根據(jù)新的不保證天數(shù)X對(duì)新的日平均溫度取值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得長(zhǎng)期間歇運(yùn)行（教學(xué)類）建筑的采暖室外計(jì)算溫度。

3　計(jì)算結(jié)果及分析

3.1對(duì)于短期間歇運(yùn)行建筑

運(yùn)用上述統(tǒng)計(jì)方法，針對(duì)短期間歇運(yùn)行的建筑，對(duì)各氣候區(qū)典型城市間斷性室外氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所得結(jié)果見表3、4、5和圖2。

在混合料拌和過程中，嚴(yán)格控制拌和樓集料級(jí)配，嚴(yán)禁出現(xiàn)隨意放料的情況。攤鋪和碾壓時(shí)要嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行，壓實(shí)度要控制在95%～100%范圍內(nèi)，平整度要滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，其母體瀝青混合料具體質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表3　典型城市短期間歇（模式一）采暖室外計(jì)算溫度值

表4　典型城市短期間歇（模式二）采暖室外計(jì)算溫度值

表5　典型城市短期間歇（模式三）采暖室外計(jì)算溫度值

圖2　短期間歇運(yùn)行建筑采暖室外計(jì)算溫度變化值

根據(jù)表3和圖2可知，在短期間歇模式一（晝間供暖、夜間停暖）的情況下，各功能建筑的采暖室外計(jì)算溫度取值均高于規(guī)范值，主要由于對(duì)夜間非使用低溫時(shí)段進(jìn)行扣除，使得日平均溫度增大，進(jìn)而導(dǎo)致采暖室外計(jì)算溫度值升高。博物館類建筑采暖室外計(jì)算溫度均高于辦公樓類建筑，主要由于博物館建筑使用時(shí)段大多在晝間溫度較高時(shí)段，且運(yùn)行時(shí)間短。嚴(yán)寒B、C區(qū)、寒冷A區(qū)、寒冷B區(qū)采暖室外計(jì)算溫度增幅逐漸縮小，主要由于各氣候區(qū)城市晝夜溫差處于逐漸減小的趨勢(shì)。其中嚴(yán)寒地區(qū)西寧增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值5.3℃，寒冷A區(qū)拉薩增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值4.6℃，寒冷B區(qū)北京增幅最大，僅提高現(xiàn)行規(guī)范值1.6℃。

根據(jù)表4和圖2可知，在短期間歇模式二（晝間停暖、夜間供暖）的情況下，各功能建筑的采暖室外計(jì)算溫度值大多低于現(xiàn)行規(guī)范值，但下降幅度不大，均在1.5℃之內(nèi)，也有部分城市的取值略高于規(guī)范值，這主要由于一天內(nèi)的低溫時(shí)段不一定全部集中在夜間。

根據(jù)表5和圖2可知，在短期間歇模式的三情況下，各功能建筑的采暖室外計(jì)算溫度值均高于規(guī)范值，其中商場(chǎng)類建筑變化最大，主要由于商場(chǎng)類建筑使用時(shí)段大多在溫度較高時(shí)段，且運(yùn)行時(shí)間短。嚴(yán)寒B、C區(qū)、寒冷A區(qū)、寒冷B區(qū)采暖室外計(jì)算溫度增幅逐漸縮小，其中嚴(yán)寒地區(qū)西寧增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值5.3℃，寒冷A區(qū)拉薩增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值4.5℃，寒冷B區(qū)西安增幅最大，僅提高現(xiàn)行規(guī)范值1.6℃，其余城市均增提高1.0℃以內(nèi)。

3.2對(duì)于長(zhǎng)期間歇運(yùn)行（教學(xué)類）建筑

運(yùn)用上述統(tǒng)計(jì)方法，針對(duì)學(xué)校內(nèi)各間歇運(yùn)行建筑，對(duì)各氣候區(qū)典型城市的間斷性室外氣象參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所得結(jié)果見表6和圖3。

表6　典型城市長(zhǎng)期間歇（學(xué)校建筑）采暖室外計(jì)算溫度

圖3　長(zhǎng)期間歇建筑采暖室外計(jì)算溫變化值

從表6和圖3可以看出，學(xué)校內(nèi)各功能建筑的采暖室外計(jì)算溫度取值大多高于規(guī)范值，只有部分城市學(xué)生宿舍的采暖室外計(jì)算溫度值低于規(guī)范值，主要由于學(xué)生宿舍的使用時(shí)段大多在夜間較低溫度時(shí)段。嚴(yán)寒地區(qū)增幅最大，其中西寧可高于現(xiàn)行規(guī)范值7.4℃，其他城市也增加5～6℃，寒冷A區(qū)增幅相對(duì)較弱，其中拉薩可增加5.3℃，大連僅增加1℃左右，寒冷B區(qū)增幅最弱，其中濟(jì)南可增加4.4℃，而西安的學(xué)校建筑內(nèi)除了淋浴室增加1.9℃，其余建筑增幅均在1.0℃以內(nèi)。

4　結(jié)論

1）針對(duì)各功能建筑間歇性運(yùn)行模式，提出了間斷性室外逐時(shí)溫度的統(tǒng)計(jì)方法，運(yùn)用該方法統(tǒng)計(jì)獲得了典型城市不同間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度值。

2）間歇運(yùn)行建筑的采暖室外計(jì)算溫度值與現(xiàn)行規(guī)范值相比：嚴(yán)寒B、C區(qū)、寒冷A區(qū)、寒冷B區(qū)采暖室外計(jì)算溫度增幅逐漸縮小。

對(duì)于短期間歇運(yùn)行建筑，嚴(yán)寒地區(qū)西寧增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值5.3℃，寒冷A區(qū)拉薩增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值4.6℃，寒冷B區(qū)北京增幅最大，僅提高現(xiàn)行規(guī)范值1.6℃。

對(duì)于長(zhǎng)期間歇運(yùn)行（教學(xué)類）建筑，嚴(yán)寒地區(qū)西寧增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值7.4℃，寒冷A區(qū)拉薩增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值5.3℃，寒冷B區(qū)濟(jì)南增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值4.4℃。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50736-2012)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008

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[10]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(10JGJ26-2010)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010

[11]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50176-93) [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993

[12]中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室,清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系.中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005

Heating Outdoor Design Temperature of Intermittent Operation Building

YANG Li-li,WANG Deng-jia,LIU Yan-feng
School of Environmental&Municipal Engineering,Xi’an University of Architecture&Technology

This paper aimed at different intermittent mode of building,analyze the discontinuity outdoor temperature in usage period,put forward the methods of the heating outdoor design temperature for intermittent operation building, select some typical cities in different climate zones to analysis.The results show that:for short-term intermittent operation construction,in the cold area,cold A area and cold B area,respectively,the statistics is higher than standard value of 5.3℃,4.6℃and 4.6℃;for long-term intermittent operation construction,in the cold area,cold A area and cold B area,respectively,the statistics is higher than standard value of 7.4℃,5.3℃and 5.3℃.

intermittent operation,the heating outdoor design temperature,intermittent meteorological data

1003-0344（2015）06-011-4

2014-10-8

楊黎黎（1990～），女，碩士研究生；陜西省西安建筑科技大學(xué)（710055）；E-mail:yangll0917@sina.com

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51408462）；陜西省教育廳專項(xiàng)基金（2013JK0985）；教育部博士點(diǎn)基金（20136120120003）