北方辦公建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)測(cè)研究

陳 巖

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116013)

·綠色環(huán)保·建筑節(jié)能·

北方辦公建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)測(cè)研究

陳 巖

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116013)

從空氣溫度、相對(duì)濕度、墻體內(nèi)表面溫度、墻體熱阻等方面入手，對(duì)北方某辦公樓冬季室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，提出了室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，有利于提高北方辦公建筑的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。

辦公建筑，熱環(huán)境，空氣溫度，墻體熱阻,建筑節(jié)能

1 概述

在節(jié)能減排的時(shí)代背景下，如何降低北方辦公建筑能耗，并提高其室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)是我國(guó)節(jié)能工作面臨的任務(wù)之一。北方辦公建筑建設(shè)量大，其能耗受供暖方式、建筑保溫性能、使用者用能方式、管理水平等多方面因素的影響。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)北方辦公建筑節(jié)能及其室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，潘文彥等人[1]從室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度出發(fā)，以河南理工大學(xué)某辦公樓為例研究了其熱環(huán)境特點(diǎn)，并提出了改造建議。陳鳳等人[2]應(yīng)用DeST軟件模擬分析了夜間通風(fēng)對(duì)濟(jì)南某辦公樓的影響，驗(yàn)證了建筑設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)能的重要性。謝洪輝[3]計(jì)算得出了辦公建筑周邊區(qū)域熱環(huán)境的影響因素，并從圍護(hù)結(jié)構(gòu)和空調(diào)方式兩個(gè)方面提出了設(shè)計(jì)策略。王昭俊等人[4]應(yīng)用EnergyPlus軟件對(duì)寒地辦公建筑的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和夜間機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式進(jìn)行了對(duì)比研究，研究表明當(dāng)室外最高溫度大于24 ℃時(shí)均適合夜間通風(fēng)，其節(jié)電量指標(biāo)為1.15 kWh/(m2·年),節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用指標(biāo)為1.02元/(m2·年)。于雷[5]從溫度整體分布、室溫平均值、室溫波動(dòng)幅度及室溫延遲時(shí)間等方面研究了北京過(guò)渡季節(jié)的辦公建筑熱環(huán)境，從而得出了綠色辦公建筑過(guò)渡季節(jié)的熱環(huán)境統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。余濤等人[6]應(yīng)用實(shí)地測(cè)試的方法研究了辦公建筑中庭的熱環(huán)境，結(jié)果表明中庭具有明顯的垂直溫度分層現(xiàn)象，其平均溫度高于走廊。王利端等人[7]應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、調(diào)查問(wèn)卷等方式研究了西安地區(qū)過(guò)渡季節(jié)辦公樓熱環(huán)境，結(jié)果表明室內(nèi)主觀熱感覺(jué)中性溫度接近PMV=0時(shí)的室內(nèi)溫度值。譚福君[8]對(duì)北方辦公建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境及其舒適性進(jìn)行了調(diào)查研究，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)策略。孫曉利[9]應(yīng)用Airpak軟件模擬研究了哈爾濱某辦公建筑應(yīng)用夜間通風(fēng)的室內(nèi)熱環(huán)境，通過(guò)空氣溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、熱舒適場(chǎng)等描述，表明夜間通風(fēng)能夠有效改善室內(nèi)熱環(huán)境，建筑進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速、面積對(duì)夜間通風(fēng)的影響很大。雒婉[10]應(yīng)用軟件模擬、調(diào)查問(wèn)卷等方式研究了山東地區(qū)辦公建筑自然通風(fēng)條件下的室內(nèi)熱環(huán)境及其舒適度，通過(guò)溫度場(chǎng)，濕度場(chǎng)，速度場(chǎng)，PMV，PPD對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行分析，描繪了室內(nèi)不同位置的熱環(huán)境特點(diǎn)，并對(duì)室內(nèi)辦公位置優(yōu)化布局提出了建議。

本文在前人研究基礎(chǔ)之上，著重對(duì)北方典型辦公建筑進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，從空氣溫度、相對(duì)濕度、墻體溫度等方面對(duì)其室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行了分析，并提出了降低采暖能耗、提高室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的設(shè)計(jì)建議。

2 實(shí)地測(cè)試

科研團(tuán)隊(duì)于2010年1月28日～30日對(duì)北方某辦公樓進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，測(cè)試設(shè)備采用溫濕度自動(dòng)記錄儀，每10 min自動(dòng)記錄一次數(shù)據(jù)，該辦公樓為框架結(jié)構(gòu)，采用外保溫。

2.1 空氣溫度

從圖1可以看出，室外平均溫度為-13.37 ℃，室內(nèi)平均溫度為19.30 ℃，室內(nèi)外平均溫差為32.67 ℃，氣候極為嚴(yán)寒，不利于建筑節(jié)能。室內(nèi)平均溫度高于國(guó)家規(guī)范要求(18 ℃)，能夠?yàn)槭覂?nèi)工作人員提供基本的舒適度。室外最低溫度為-24.68 ℃，室內(nèi)最低溫度為17.12 ℃，溫差為41.8 ℃，室內(nèi)最低溫度低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，這說(shuō)明該辦公樓在局部時(shí)間未能滿足基本舒適度的要求。室外最高溫度為-2.72 ℃，室內(nèi)最高溫度為21.5 ℃，溫差為24.22 ℃，從室內(nèi)最高溫度來(lái)看，該辦公樓并沒(méi)有過(guò)量供熱導(dǎo)致室內(nèi)過(guò)熱，溫度維持在合理的范圍之內(nèi)。從室內(nèi)溫度總體趨勢(shì)來(lái)看，其溫度曲線較為平穩(wěn)，無(wú)劇烈波動(dòng)，這說(shuō)明該辦公樓室內(nèi)溫度水平相對(duì)較好，能夠基本滿足室內(nèi)工作人員的基本工作需求。

2.2 相對(duì)濕度

從圖2來(lái)看，室外濕度平均值為55.32%，室內(nèi)濕度平均值為36.24%，平均濕度差為19.08%，室內(nèi)濕度高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最低值(30%)，其基本能夠滿足室內(nèi)濕度要求。室外濕度最大值為67.94%，室內(nèi)濕度最大值為39.7%，濕度差為28.24%。室外濕度最小值為41.45%，室內(nèi)濕度最小值為17.12%，濕度差為24.33%，室內(nèi)濕度最小值遠(yuǎn)低于國(guó)家室內(nèi)濕度最低要求，可見(jiàn)該辦公樓在局部時(shí)間室內(nèi)濕度未能滿足基本要求，空氣過(guò)于干燥，不利于人體健康。整體而言，該辦公樓室內(nèi)濕度波動(dòng)不大，并且室內(nèi)濕度受室外濕度變化的影響也不大，可見(jiàn)其氣密性良好。但是，其局部時(shí)間內(nèi)濕度未能滿足國(guó)家要求，應(yīng)適當(dāng)加濕。

2.3 墻體溫度

由于受到室內(nèi)外溫度的影響，墻體內(nèi)外表面溫度差異很大。由圖3可以看出，內(nèi)墻表面平均溫度為15.57 ℃，外墻表面平均溫度為-11.63 ℃，內(nèi)外墻面平均溫差為27.2 ℃。內(nèi)墻表面最高溫度為17.56 ℃，外墻表面最高溫度為3.11 ℃，溫差為14.45 ℃。內(nèi)墻表面最低溫度為14.06 ℃，外墻表面最低溫度為-22.45 ℃，溫差為36.51 ℃。從數(shù)據(jù)可以看出，內(nèi)外墻面溫差較大，墻體在這樣的溫差下易出現(xiàn)凍裂、凍脹等現(xiàn)象，因此，應(yīng)加強(qiáng)墻體施工質(zhì)量及采取外保溫等措施提高墻體安全程度及保溫能力。從總體趨勢(shì)來(lái)看，內(nèi)墻體表面溫度曲線較為平直、波動(dòng)不大，外墻體表面溫度受室外溫度變化的影響，曲線波動(dòng)幅度較大，因此，應(yīng)加大外墻體的保護(hù)程度。從內(nèi)外墻表面溫度差曲線來(lái)看，其波動(dòng)幅度較大，對(duì)墻體保溫形成一定的壓力，但是內(nèi)表面墻體溫度波動(dòng)幅度不大，表面墻體具有一定的保溫能力，如果對(duì)該墻體保溫能力進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其保溫能力將會(huì)得以加強(qiáng)。

2.4 墻體熱阻

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算了該墻體的熱阻，并將其繪制了曲線圖。由圖4可以看出，墻體熱阻平均值為1.142，最大值為2.181，最小值為0.44，最大熱阻與最小熱阻差值為1.741，可見(jiàn)該墻體熱阻分布并不均勻，其熱性能有很大的改進(jìn)余地。不同的墻體熱阻會(huì)對(duì)

室內(nèi)產(chǎn)生不同的冷輻射，影響室內(nèi)人員的舒適度，并且墻體熱阻不同、內(nèi)部水分分布不均也會(huì)引起墻體結(jié)露等，不利于墻體的保溫，因此，應(yīng)加強(qiáng)墻體施工質(zhì)量，并在使用過(guò)程中對(duì)墻體進(jìn)行合理的維護(hù)，保證其具有良好的熱性能。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該北方辦公樓物理參數(shù)的分析，得到如下主要結(jié)論：

1)該辦公樓室內(nèi)濕度偏低，需適當(dāng)加濕。其最大濕度為39.7%，僅比國(guó)家濕度最低標(biāo)準(zhǔn)高9.7%，長(zhǎng)期偏低的空氣濕度不利于室內(nèi)人員的身體健康。

2)該辦公樓在局部時(shí)間內(nèi)的溫度偏低，最低溫度為17.12 ℃，因此，需改善管理方式，使其全天溫度達(dá)到18 ℃以上，保證室內(nèi)辦公人員的舒適度，提高其工作效率。

3)該辦公樓受室外溫度的影響，其內(nèi)外墻體表面溫度溫差較大，最大溫差為36.85 ℃，因此，應(yīng)提高墻體的施工質(zhì)量和保溫能力。

4)該墻體熱阻分布不均，最大熱阻差值為1.741，因此，需進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)墻體，使其熱阻盡量均勻分布，提高保溫能力，改善室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)。

[1] 潘文彥,楊 柳,王 鵬，等.關(guān)于某辦公建筑熱環(huán)境的分析及改造建議.2010年建筑環(huán)境科學(xué)與技術(shù)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2010:315-321.

[2] 陳 鳳,李慶磊,于 蕾，等.濟(jì)南某辦公建筑熱環(huán)境的模擬分析.能源研究與利用,2009(1):33-34.

[3] 謝洪輝.辦公建筑外區(qū)熱環(huán)境的影響因素及對(duì)策.潔凈與空調(diào)技術(shù),2013(4):18-21.

[4] 王昭俊,易伶俐,高甫生，等.哈爾濱地區(qū)辦公建筑夜間機(jī)械通風(fēng)能耗及室內(nèi)熱環(huán)境分析.暖通空調(diào),2009,39(1):43-48.

[5] 于 雷.綠色辦公建筑春季室內(nèi)熱環(huán)境測(cè)試與評(píng)價(jià).潔凈與空調(diào)技術(shù),2013(4):5-10.

[6] 余 濤,楊 玲,雷 波，等.辦公建筑中庭熱環(huán)境實(shí)測(cè)與分析.制冷與空調(diào)(四川),2012(6):550-553.

[7] 王利端,狄育慧,劉 穎，等.西安市過(guò)渡季節(jié)辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境研究.潔凈與空調(diào)技術(shù),2012(3):12-14.

[8] 譚福君.辦公建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境和舒適性調(diào)查及研究.哈爾濱：哈爾濱建筑工程學(xué)院,1993.

[9] 孫曉利.嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑應(yīng)用夜間通風(fēng)的室內(nèi)熱環(huán)境研究.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[10] 雒 婉.辦公建筑自然通風(fēng)條件下室內(nèi)熱環(huán)境模擬與分析.濟(jì)南：山東建筑大學(xué),2013.

Research on winter indoor thermal environment test of north office building

Chen Yan

(DalianArchitecturalDesignandResearchInstituteLimitedCompany,Dalian116013,China)

This paper made field test to a building winter indoor thermal environment in the north, analyzed its thermal environment from the air temperature, relative humidity, inner surface temperature, wall wall thermal resistance and other aspects, and proposed the optimization design strategy of indoor environment, in order to improve the indoor thermal environment quality of north office buildings.

office building, thermal environment, air temperature, wall thermal resistance, building energy conservation

2015-09-17

陳 巖(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)33-0188-02

TU201.5

A