冷風(fēng)滲透耗熱量計算方法對住宅熱負(fù)荷的影響

李朋 韓靖

目前，高層住宅常用的采暖系統(tǒng)形式為散熱器采暖系統(tǒng)和低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，也有部分住宅采用集中空調(diào)采暖或其他采暖方式，而合理設(shè)計這些系統(tǒng)的前提是進(jìn)行準(zhǔn)確的熱負(fù)荷計算?！度珖裼媒ㄖこ碳夹g(shù)措施(2009)暖通空調(diào)·動力》［1］中明確指出，集中采暖系統(tǒng)的施工圖設(shè)計，必須對每個房間進(jìn)行采暖熱負(fù)荷計算，計算書中應(yīng)附標(biāo)有房間編號的建筑平面圖，以滿足審核需要。

冷風(fēng)滲透耗熱量在高層住宅熱負(fù)荷中占有一定比重，因此，有必要合理地選擇冷風(fēng)滲透耗熱量的計算方法。

1 民用建筑的設(shè)計熱負(fù)荷

民用建筑的設(shè)計熱負(fù)荷，主要包括下列各項(xiàng)耗熱量:圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差傳熱耗熱量(圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量)、地面的溫差傳熱耗熱量、加熱通過門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷風(fēng)耗熱量、加熱外門開啟時進(jìn)入室內(nèi)的冷風(fēng)耗熱量、各項(xiàng)附加耗熱量。

2 冷風(fēng)滲透耗熱量計算方法

其中，Q為通過門窗冷風(fēng)滲透耗熱量，W;CP為干空氣的定壓質(zhì)量比熱容，取1.0056 kJ/(kg·℃);pwn為采暖室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3;V為滲透冷空氣量，m3/h;tn為冬季室內(nèi)設(shè)計溫度，℃;twn為采暖室外計算溫度，℃。

1)通過門窗縫隙的冷風(fēng)滲透耗熱量計算。

其中，L0為在基準(zhǔn)高度單純風(fēng)壓作用下，不考慮朝向修正和內(nèi)部隔斷的情況時，每米門窗縫隙的理論滲透冷空氣量，m3/(m·h)。

其中，a1為外門窗縫隙滲風(fēng)系數(shù)，m3/(m·h·Pa)，當(dāng)無實(shí)測數(shù)據(jù)時，可根據(jù)建筑外窗空氣滲透性能分級標(biāo)準(zhǔn)采用;v0為基準(zhǔn)高度冬季室外最多方向的平均風(fēng)速，m/s;l1為外門窗縫隙長度，應(yīng)分別按各朝向計算，m;b為門窗縫隙滲風(fēng)指數(shù)，b=0.56～0.78，當(dāng)無實(shí)測數(shù)據(jù)時，可取b=0.67;m為風(fēng)壓與熱壓共同作用下，考慮建筑體型、內(nèi)部隔斷和空氣流通因素后，不同朝向、不同高度的門窗冷風(fēng)滲透壓差綜合修正系數(shù)。

其中，Cr為熱壓系數(shù);Cf為風(fēng)壓差系數(shù)，當(dāng)無實(shí)測數(shù)據(jù)時，可取0.7;n為滲透冷空氣量的朝向修正系數(shù);Ch為高度修正系數(shù)。

其中，h為計算門窗的中心線標(biāo)高;C為作用于門窗上的有效熱壓差與有效風(fēng)壓差之比，按下式計算:

其中，hz為單純熱壓作用下，建筑物中和界標(biāo)高，m，可取建筑物總高度的1/2;tn'為建筑物內(nèi)形成熱壓作用的豎井計算溫度(樓梯間溫度)，℃。

2)忽略熱壓及室外風(fēng)速沿房高的遞增，只計入風(fēng)壓作用時的滲風(fēng)量。

其中，l為房間某朝向上的可開啟門、窗縫隙的長度，m;L為每米門窗縫隙的滲風(fēng)量，m3/(m·h)，詳見實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊表5.1-7［2］;n為滲風(fēng)量的朝向修正系數(shù)，詳見實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊表 5.1-8［2］。

3)換氣次數(shù)法。

其中，L為房間冷風(fēng)滲透量，m3/h;K為換氣次數(shù)，1/h，詳見實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊表 5.1-13［2］;Vf為房間凈體積，m3。

4)百分比法計算冷風(fēng)滲透耗熱量。

其中，Q為通過外門窗冷風(fēng)滲透耗熱量;Qo為圍護(hù)結(jié)構(gòu)總耗熱量，W;n為滲透耗熱量占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總耗熱量的百分率，%。

其中，換氣次數(shù)法主要適用于多層建筑，考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法主要適用于高層建筑，百分比法應(yīng)用較少。

表1 某高層住宅室外計算參數(shù)

表2 某高層住宅室內(nèi)計算參數(shù) ℃

圖1 不同冷風(fēng)滲透耗熱量計算方法下的樓層熱負(fù)荷

3 實(shí)例分析

結(jié)合某高層住宅，分別采用考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)、僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)、換氣次數(shù)法(C)和百分比法(D)計算熱負(fù)荷(E代表未考慮冷風(fēng)滲透)，以分析其對熱負(fù)荷的影響。該高層住宅地下1層(儲藏室)，地上26層(住宅)。室內(nèi)外計算參數(shù)如表1，表2所示。

圖2 不同冷風(fēng)滲透耗熱量計算方法下的總熱負(fù)荷

由圖1可以看出，對樓層熱負(fù)荷來說，采用不同方法的計算熱負(fù)荷大小順序是換氣次數(shù)法(C)＞僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)＞百分比法(D)＞考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)＞未考慮冷風(fēng)滲透(E);僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)與百分比法(D)的計算結(jié)果比較接近，這與百分比法(D)的取值有關(guān);僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)的計算結(jié)果大于考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)的計算結(jié)果，這由式(4)可以得到明顯的結(jié)果;考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)中，熱壓和風(fēng)壓共同作用下，熱壓和風(fēng)壓的共同作用主要影響較低樓層的熱負(fù)荷;僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)與考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)中，熱壓對較低樓層的熱負(fù)荷影響較小，主要影響較高樓層的熱負(fù)荷。

由圖2可以看出，采用不同方法計算的熱負(fù)荷，總熱負(fù)荷大小順序是換氣次數(shù)法(C)＞僅考慮風(fēng)壓的縫隙長度法(B)＞百分比法(D)＞考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法(A)＞未考慮冷風(fēng)滲透(E)，這與圖1得出的結(jié)果吻合。

4 結(jié)語

計算采暖熱負(fù)荷，必須考慮冷風(fēng)滲透耗熱量;對高層住宅來說，必須考慮熱壓和風(fēng)壓的綜合作用，采用換氣次數(shù)法計算出的熱負(fù)荷偏大，考慮熱壓和風(fēng)壓的縫隙長度法計算的結(jié)果比較合理。

［1］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程技術(shù)措施(2009)暖通空調(diào)·動力［M］.北京:中國計劃出版社，2009:9.

［2］ 路耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:310-313.

［3］ 陳 鵬.集中供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)［J］.山西建筑，2010，36(20):178-179.