間歇運行建筑采暖室外計算溫度取值

楊黎黎 王登甲 劉艷峰

西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院

間歇運行建筑采暖室外計算溫度取值

楊黎黎 王登甲 劉艷峰

西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院

針對不同間歇使用模式下的建筑，對其使用期室外間斷性逐時溫度進行統(tǒng)計分析，提出間歇運行建筑采暖室外計算溫度的統(tǒng)計方法。選取各氣候區(qū)典型城市進行取值分析，結(jié)果表明：對于短期間歇運行建筑，在嚴寒、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℃；對于長期間歇運行建筑，在嚴寒、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℃。

間歇運行 采暖室外計算溫度 間斷性氣象數(shù)據(jù)

0　引言

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

為了獲得準確的采暖室外計算溫度的取值，諸多學者開展了相關(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]針對氣候變化對室外計算溫度的影響進行了深入分析，確定了室外設計參數(shù)的最優(yōu)統(tǒng)計時長；王敏、徐偉[6]對各國室外計算參數(shù)確定方法進行了對比，并得出比較適合我國目前的統(tǒng)計年限和確定方法；其他學者對溫室等特殊建筑的室外計算溫度取值進行了研究[7～8]，而對于間歇運行建筑的采暖室外計算溫度研究甚少，劉艷峰等人對間歇采暖室外計算溫度的取值進行了初步討論[9]。本文將根據(jù)各功能建筑的不同間歇運行模式，對其進行歸類，統(tǒng)計分析使用期間斷性室外氣象參數(shù)，并基于暖通設計規(guī)范中“不保證天數(shù)”的思想，對間歇運行建筑的采暖室外計算溫度的確定方法進行研究，最終得出各個典型城市適用的室外計算溫度值，為間歇采暖建筑熱負荷計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　數(shù)據(jù)來源與典型城市

綜合考慮《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（10JGJ26-2010）[10]和《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB50176-93）[11]對我國氣候分區(qū)的劃分，在各氣候區(qū)選取以下典型城市作為分析對象，其中嚴寒B區(qū)：哈爾濱；嚴寒C區(qū)：長春、沈陽、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、濟南、西安、徐州。

統(tǒng)計分析所用氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象信息中心氣象資料室發(fā)布的我國地面氣候資料數(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)范中室外計算參數(shù)的統(tǒng)計年份多取30年[1]，且基本單元數(shù)據(jù)為日平均溫度，但對于間歇運行建筑采暖室外計算溫度的確定需要逐時氣象數(shù)據(jù)。因此，本文選擇典型氣象年的逐時數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計間歇運行建筑的采暖室外計算溫度的基本單元數(shù)據(jù)。并對典型氣象年和30年統(tǒng)計獲得的采暖室外計算溫度值進行對比分析，大多數(shù)溫度差異在1.0℃以下，見圖1，則認為利用典型氣象年逐時數(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)源的采暖室外計算溫度值

2　間歇采暖室外計算溫度的取值方法

2.1建筑分類及使用模式

根據(jù)建筑間歇運行的特點，將其分為兩大類：短期間歇和長期間歇。短期間歇是指一天之內(nèi)有部分時段不使用，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。長期間歇指的是一年中有較長時間不使用。

表1　短期間歇建筑基本使用規(guī)律

表2　教學類建筑基本使用規(guī)律

2.2統(tǒng)計方法

對于短期間歇運行建筑，扣除每天間歇時段的逐時室外溫度值，對剩余的室外間斷性逐時溫度進行平均，獲得新的日平均溫度取值，進而根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中“不保證天數(shù)”的統(tǒng)計方法，對新的日平均溫度取值進行重新統(tǒng)計分析，獲得短期間歇運行建筑的采暖室外計算溫度。

對于長期間歇運行建筑，扣除非使用時段，使得采暖期天數(shù)變少，導致“不保證天數(shù)”統(tǒng)計原則中的“天數(shù)”發(fā)生變化，依據(jù)扣除非使用時段后的采暖期總天數(shù)與連續(xù)運行采暖期總天數(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為非使用時段天數(shù)。再根據(jù)新的不保證天數(shù)對日平均溫度進行統(tǒng)計分析，獲得長期間歇運行建筑的采暖室外計算溫度。

對于學校這類特殊的長期間歇運行建筑，由于它既具有長期間歇特點，又具有短期間歇特點，應按照上述方法，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對新的日平均溫度取值進行統(tǒng)計分析，獲得長期間歇運行（教學類）建筑的采暖室外計算溫度。

3　計算結(jié)果及分析

3.1對于短期間歇運行建筑

運用上述統(tǒng)計方法，針對短期間歇運行的建筑，對各氣候區(qū)典型城市間斷性室外氣象數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，所得結(jié)果見表3、4、5和圖2。

在混合料拌和過程中，嚴格控制拌和樓集料級配，嚴禁出現(xiàn)隨意放料的情況。攤鋪和碾壓時要嚴格按照施工工藝進行，壓實度要控制在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)量檢查標準如表2所示。

表3　典型城市短期間歇（模式一）采暖室外計算溫度值

表4　典型城市短期間歇（模式二）采暖室外計算溫度值

表5　典型城市短期間歇（模式三）采暖室外計算溫度值

圖2　短期間歇運行建筑采暖室外計算溫度變化值

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算溫度取值均高于規(guī)范值，主要由于對夜間非使用低溫時段進行扣除，使得日平均溫度增大，進而導致采暖室外計算溫度值升高。博物館類建筑采暖室外計算溫度均高于辦公樓類建筑，主要由于博物館建筑使用時段大多在晝間溫度較高時段，且運行時間短。嚴寒B、C區(qū)、寒冷A區(qū)、寒冷B區(qū)采暖室外計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。其中嚴寒地區(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算溫度值均高于規(guī)范值，其中商場類建筑變化最大，主要由于商場類建筑使用時段大多在溫度較高時段，且運行時間短。嚴寒B、C區(qū)、寒冷A區(qū)、寒冷B區(qū)采暖室外計算溫度增幅逐漸縮小，其中嚴寒地區(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對于長期間歇運行（教學類）建筑

運用上述統(tǒng)計方法，針對學校內(nèi)各間歇運行建筑，對各氣候區(qū)典型城市的間斷性室外氣象參數(shù)進行統(tǒng)計分析，所得結(jié)果見表6和圖3。

表6　典型城市長期間歇（學校建筑）采暖室外計算溫度

圖3　長期間歇建筑采暖室外計算溫變化值

從表6和圖3可以看出，學校內(nèi)各功能建筑的采暖室外計算溫度取值大多高于規(guī)范值，只有部分城市學生宿舍的采暖室外計算溫度值低于規(guī)范值，主要由于學生宿舍的使用時段大多在夜間較低溫度時段。嚴寒地區(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，其中濟南可增加4.4℃，而西安的學校建筑內(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）針對各功能建筑間歇性運行模式，提出了間斷性室外逐時溫度的統(tǒng)計方法，運用該方法統(tǒng)計獲得了典型城市不同間歇運行建筑的采暖室外計算溫度值。

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

對于短期間歇運行建筑，嚴寒地區(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℃。

對于長期間歇運行（教學類）建筑，嚴寒地區(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)濟南增幅最大，可提高現(xiàn)行規(guī)范值4.4℃。

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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（710055）；E-mail:yangll0917@sina.com

國家自然科學基金（No.51408462）；陜西省教育廳專項基金（2013JK0985）；教育部博士點基金（20136120120003）