貴陽地區(qū)采暖模型構建及需求分析

楊卓，陽琴，詹相群，涂艷紅

（貴州大學土木工程學院）

1 引言

近年來隨著生活水平的不斷提高，南方居民對室內環(huán)境的需求也不斷提高，加之近些年冬季時常出現(xiàn)的極寒天氣，使得如何提高冬季室內溫度成了人們密切關注的問題。貴陽屬溫和地區(qū)，但由于其冬季空氣濕度大，這種濕冷感讓人極不舒適。與北方城市的集中供暖相比，貴陽地區(qū)家庭多采用自采暖，且采暖形式十分多樣，具有明顯的多樣性、分散性和局部性。為此我們將運用Dest-h軟件對貴陽及部分地區(qū)進行熱環(huán)境模擬，通過對比分析論證貴陽采暖的必要性，另外通過模擬得到冬季建筑能耗，可為居民采暖提供更好的節(jié)能措施。

2 貴陽冬季采暖現(xiàn)狀分析

資料顯示，貴陽冬季空氣濕度高，最高時可達100%，濕度每增加10%，溫度則降低1℃，2014年貴陽冬季日平均最低氣溫低于6℃的天數(shù)達到了104天，但貴陽不屬于集中供暖地區(qū)，因此從未建設城市集中供暖系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，更多人希望提高自己的生活品質，冬季供暖是非常有必要的。對貴陽來說，冬季根本不是需不需要采暖的問題，而是采用什么方式取暖的問題。雖說南方采暖是毋庸置疑的，但是無法照搬北方的集中供暖模式。南方建筑結構、土壤結構、空氣濕度、風速、地形等與北方存在很大差異，而且南方集中供暖還受到我國能源供應的限制而很難施行。

貴陽的采暖期相比于北方來說較短，采暖設備利用率較低。集中供暖需要安裝設備管道等，需要大量的人力、物力和空間，投資成本較高。貴陽大部分建筑的窗戶和門等圍護結構都沒有采取保溫措施，在相同供暖情況下耗散熱量更多。因此，2008年發(fā)布的《貴州省居住建筑節(jié)能設計標準》中對建筑圍護結構設計方面做出了相關規(guī)定，如建筑物屋面宜采用多種構造形式的保溫、隔熱措施；居住空間外門應有保溫措施等等。2015年發(fā)布了《貴陽市城市區(qū)域性集中供熱用熱管理辦法》，到目前已有貴安新區(qū)、中天未來方舟等地區(qū)實現(xiàn)了區(qū)域性集中供暖，整體取暖效果不錯。2017年12月貴州省發(fā)布了《貴州省綠色建筑評價標準》，并于2018年2月開始實施，該標準結合貴州省的氣候特點，增加了自保溫墻體運用等評分點。

因此，需要針對貴陽地區(qū)的氣候條件和建筑特點以及人們特有的行為習慣等，分析貴陽地區(qū)采暖需求和采暖能耗的特點，為進一步完善相關規(guī)定提供理論基礎，也為政府決策提供依據(jù)。

3 模型構建

對于貴陽地區(qū)的住戶來說，已建成建筑的圍護結構材料及住戶所采用的采暖方式都已經(jīng)確定了，在這個基礎上，根據(jù)dest建模的基本原則和模擬運算的原理，結合本次研究的重點，將住宅建筑戶型簡化為一個空間區(qū)域，在該空間基礎上對建筑進行模擬，進而觀察室內熱環(huán)境的變化。簡化模型的室內空間面積為116.8㎡，包含客廳、臥室、衛(wèi)生間、廚房、陽臺等，其平面圖如圖1所示。

圖1 模型平面圖

圖2 各城市最冷月平均溫度比較

圖3 各城市最冷月室溫比較

通過對貴陽地區(qū)普通住宅的模擬結果分析可知，自然室溫越低的房間采暖負荷越大；如果增加圍護結構的熱阻，將會很有效地降低采暖負荷。對于空調面積在80㎡左右的普通住宅，從模擬結果可知其采暖季總能耗在4000 kW·h左右，在沒有政府補貼的情況下，需要支出兩千元左右的電費。所以貴陽冬季采暖不僅要提高室內溫度質量，也要注重建筑能耗的降低。

4 不同熱工分區(qū)冬季采暖需求

為了更直觀地比較和了解貴陽冬季的自然室溫與外溫情況，我們分別選取了嚴寒、寒冷、夏熱冬冷地區(qū)的城市以及同為溫和地區(qū)的昆明作為模擬環(huán)境來和貴陽做比較，模擬時段取最冷月一月份。

從圖2和圖3可以看出，以上5個地區(qū)中哈爾濱市的平均外溫最低，多處于-10℃以下，即便是自然室溫也遠遠低于貴陽。北京市的外溫也多為零下，但很少有低于零下10℃的情況。而處于夏熱冬冷地區(qū)的武漢市的外溫與貴陽市較為相似，大多處于0～15℃。通過對比我們也可以發(fā)現(xiàn)，自然室溫中除貴陽外其他3個城市的溫度波動范圍都在5℃左右，特別是哈爾濱市的自然室溫基本維持在-10℃，而貴陽的自然室溫波動較為顯著，最高可達到15℃以上，最低接近5℃，而且沒有明顯的規(guī)律性。再加上貴陽地處高原，空氣濕度大，這種獨特的間歇性寒冷的氣溫特點使得貴陽地區(qū)對采暖設備的依賴性不高，但是在生活中又不可缺少，所以居民會偏向于選擇成本及耗費不高且對建筑本體改變不大的設備，比如電爐、空調等。

綜上所述，南北方冬季氣溫差異顯著，北方城市在冬季為滿足人體需求必須進行采暖。但同為南方城市，武漢被定義為夏熱冬冷地區(qū)，夏季空調，冬季采暖已是常態(tài)，貴陽冬季氣溫條件與武漢相似甚至更加惡劣，但其采暖模式卻被國家甚至相關專業(yè)人士長期忽視。因此，本文認為溫和地區(qū)的采暖問題是比較獨特的，需要從區(qū)別于北方采暖的角度來考慮。其關鍵不在于如何使南方居民享受到北方采暖的待遇，而在于通過怎樣一種合理的采暖方式和采暖行為使南方城市采暖逐漸發(fā)展成一種“常態(tài)”，減少南方采暖市場魚龍混雜的現(xiàn)象，使南方居民能夠有一個較為統(tǒng)一的采暖選擇，不必為冬季采暖而費心費力費錢。

昆明與貴陽同屬溫和地區(qū)，地理位置相近，且都屬于高原，但昆明對于采暖方面并沒有很大的需求。從圖1可以看出，昆明的外溫大部分時間內都明顯高出貴陽5℃左右，而且昆明的自然室溫基本在10℃左右，波動不大。另外從表2也可以看出，昆明市冬季月份的平均氣溫均在8℃以上，高于貴陽。造成如此大的差異的原因在于昆明的海拔比貴陽高出817米，夏季時貴陽的氣溫高于昆明，但到了冬天，就反過來低于昆明。而且昆明冬季天氣多晴朗，而貴陽卻經(jīng)常陰雨不斷，對比看來，貴陽夏熱冬冷，季節(jié)變化相對比較極端。即使處于同一氣候分區(qū)，貴陽的冬季也遠沒有其他城市溫暖，這也充分說明了貴陽冬季采暖的必要性和需求性。

5 結論與展望

貴陽位于西南地區(qū)，屬于建筑氣候分區(qū)中的溫和地區(qū)，海拔高，相對濕度大。貴陽年平均氣溫15.48℃，最冷的一月平均氣溫5.66℃，極端最低氣溫-2℃，冬季陰雨天氣居多。

統(tǒng)計結果顯示，貴陽冬季平均氣溫與同為南方地區(qū)的夏熱冬冷地區(qū)基本相同，但其冬季氣溫波動明顯，天氣條件更加惡劣。即使處于溫和地區(qū)，貴陽冬季氣溫也遠遠低于同地區(qū)的其他城市。從氣候條件講，貴陽比很多同為南方地區(qū)的城市更具備采暖需求。

貴陽采暖的獨特之處在于溫度波動范圍大且極端天氣頻繁，使得居民對采暖設備沒有依賴性。所以貴陽目前的集中采暖還難以實現(xiàn)，居民更傾向于使用電爐、空調等低成本設備。

目前貴州正處于快速發(fā)展的重要階段，貴陽市區(qū)的冬季供暖措施尚不完善，除了大型公共建筑中設有供暖體系外，民用建筑中基本上都是靠空調或者電爐取暖，這些取暖方法并不能達到良好的取暖效果，而且所產(chǎn)生的費用也并不低。貴陽地區(qū)居民采暖有向高服務水平、高能耗方向的轉移趨勢，如果不加以積極引導，將帶來巨大的能耗增長壓力，應通過各項政策技術措施，在避免貴陽地區(qū)住宅能耗大幅增長的前提下，積極改善和提高居民冬季室內環(huán)境質量。如果在不改變圍護結構的基礎上，能夠提出既滿足人體熱舒適性需求，又不會產(chǎn)生過量能和污染的采暖方案的話，將會對貴陽及其他南方地區(qū)的采暖市場起到良好的推動作用。