超低能耗辦公建筑長(zhǎng)期靜態(tài)條件下綜合熱惰性實(shí)測(cè)

季 亮（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 201108）

圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性是降低室內(nèi)溫度波動(dòng)的重要影響因素[1]。而超低能耗建筑具有相對(duì)更優(yōu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能和氣密性能[2]，使其具有良好的抗外擾的建筑綜合熱惰性[3]。韓瑩等[4]針對(duì)某住宅研究了圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和家具設(shè)備對(duì)建筑綜合熱惰性的影響，李為林等[5]研究了基于建筑熱惰性實(shí)現(xiàn)住宅需求響應(yīng)。上述研究多研究的是住宅建筑，少量研究針對(duì)公共建筑，但由于不能過(guò)于干擾建筑的實(shí)際運(yùn)行，未能進(jìn)行較為長(zhǎng)期的“無(wú)擾動(dòng)”監(jiān)測(cè)，同時(shí)也未見(jiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)超低能耗辦公建筑的靜態(tài)實(shí)測(cè)。我別于“空態(tài)”建筑，靜態(tài)建筑下，建筑內(nèi)的辦公設(shè)備、辦公家具處于典型的真實(shí)狀態(tài)，包括書(shū)籍和文件、家具、計(jì)算機(jī)設(shè)備等，其蓄熱特性具有良好的典型性。

鑒于此，本文利用疫情封樓的特殊時(shí)機(jī)（主要為春季），針對(duì)上海地我某辦公類(lèi)超低能耗建筑進(jìn)行了為期 1.5個(gè)月的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并以 15 min 為時(shí)間間隔獲取了較為高分辨率建筑室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，并基于上述溫度數(shù)據(jù)分析了超低能耗建筑的節(jié)能特性，并基于此提出了優(yōu)化運(yùn)行的建議。上述測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)論建議對(duì)把握超低能耗建筑性能并優(yōu)化運(yùn)行具有重要參考價(jià)值。

1 研究對(duì)象及情況簡(jiǎn)介

本文所研究的超低能耗建筑位于上海市（夏熱冬冷地我）閔行我，建筑累計(jì) 6 F，研究對(duì)象為該建筑標(biāo)準(zhǔn)層中間層（4 F），單層建筑面積約 700 m2，建筑定位于超低能耗建筑，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表 1所示。

表1 研究對(duì)象建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

對(duì)象建筑已滿(mǎn)員入駐 2 a，建筑內(nèi)的基本擺設(shè)是常見(jiàn)的辦公設(shè)備和辦公家具，包括休息我會(huì)議我在內(nèi)建筑內(nèi)的人員密度大約是 8 m2/人，辦公設(shè)備和辦公家具按此進(jìn)行配備。

建筑于 3 月 31 日晚間封閉，關(guān)閉門(mén)窗，人員全部離場(chǎng)，90% 的計(jì)算機(jī)設(shè)備關(guān)閉，照明設(shè)備全部關(guān)閉，內(nèi)遮陽(yáng)處于未使用狀態(tài)，在此情況下實(shí)測(cè) 1.5 個(gè)月。

2 研究方法

本項(xiàng)目在建筑內(nèi)設(shè)置了多個(gè)連續(xù)監(jiān)測(cè)溫濕度的測(cè)試儀器，測(cè)試儀器以 15 min 為時(shí)間間隔進(jìn)行記錄，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，測(cè)試儀器的位置如圖 1 所示。

圖1 測(cè)試儀器的位置

同時(shí)建筑在室外遮陽(yáng)通風(fēng)處設(shè)置了同樣的溫濕度記錄儀，同樣按照 15 min 為時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并上傳到云平臺(tái)。

對(duì)上述所有設(shè)備基于標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定后記錄修正系數(shù)，基于修正系數(shù)處理后續(xù)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的分析，可分析出超低能耗建筑在“靜態(tài)”情況下，室內(nèi)溫度在室外溫度波動(dòng)變化情況下的變化特征，從而對(duì)超低能耗建筑的節(jié)能特性進(jìn)行分析。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

圖 2 展示了近 1.5 個(gè)月以來(lái)室內(nèi)外溫度逐 15 min 的變化曲線。由圖 2 可知如下信息。

圖2 室內(nèi)外測(cè)點(diǎn)過(guò)渡季節(jié)溫度變化圖

（1）室內(nèi)波動(dòng)的幅度顯著小于室外變化的幅度。

（2）室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，室內(nèi)溫度仍在白天時(shí)段上升（4 月 1 日—4 月 5 日，4 月 15—4 月 20 日，5 月 2日—5 月 3 日）。

上述特征中：①揭示了超低能耗建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能，室外氣溫變化的擾動(dòng)被顯著削弱；②說(shuō)明了在白天，室內(nèi)的太陽(yáng)輻射得熱高于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的失熱，因此仍然可以產(chǎn)生室內(nèi)溫升。

基于上述分析，進(jìn)一步對(duì)典型時(shí)段分析。

圖 2 呈現(xiàn)出 3 個(gè)較長(zhǎng)周期的溫度波動(dòng)特征。對(duì)其中第一個(gè)進(jìn)行分析，分別是 4 月 1 日—4 月 12 日，氣溫顯著爬升，室外日平均溫度從 11.3 °C升至 25 °C；4 月 12日～4 月15 日，受冷空氣影響，日平均氣溫驟降至 13.5°C。3 個(gè)周期均呈現(xiàn)類(lèi)似變化。為便于更清晰觀察溫度變化，下面選取4 月 1 日—4 月 15 日的第一個(gè)典型時(shí)段的室外溫度上升期進(jìn)行進(jìn)一步放大分析。圖 3 展示了該時(shí)段溫度變化特征。

圖3 典型升溫期超低能耗的室內(nèi)外溫度變化特征

由圖 3 可見(jiàn)如下特征。

（1）典型升溫期中，室外溫度氣溫日較差顯著的日期中，室內(nèi)溫度會(huì)在上午時(shí)段呈現(xiàn)顯著的溫升；而氣溫日較差較小的日期（4 月 5 日 0 點(diǎn)—24 點(diǎn)）中，室內(nèi)溫度不會(huì)有顯著波動(dòng)。這是由于氣溫日較差高低實(shí)際上就是天氣晴/陰的另一種反映，晴天的輻射得熱顯著高于陰天，從而體現(xiàn)出晝間溫升的波動(dòng)特征，說(shuō)明不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)荷影響相對(duì)較小；

（2）盡管室外氣溫的每日最高溫多出現(xiàn)在下午 14—15點(diǎn)之間，但室內(nèi)氣溫變化峰值反而提前到了 12 —13 點(diǎn)之間。說(shuō)明了超低能耗建筑由于保溫性能較好，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性對(duì)建筑綜合熱惰性的影響忽略不計(jì)，峰值室內(nèi)溫度不僅未延遲反而有所提前，而太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈的時(shí)段就是室內(nèi)溫度最高的時(shí)段。

進(jìn)一步分析室外氣溫波動(dòng)上升特征情況下的氣溫日較差、日平均氣溫與室內(nèi)平均氣溫的特征，計(jì)算相關(guān)信息如表 2 所示。

表2 室內(nèi)外氣溫波動(dòng)特征表

由上表所揭示的信息可知：

（1）在一個(gè)為期 12 d 的較長(zhǎng)時(shí)期中，室外氣溫累計(jì)升高了 13.7 ℃，而室內(nèi)僅上升了 4.6 ℃；

（2）室外氣溫的日波動(dòng)大小，對(duì)室內(nèi)溫度日波動(dòng)大小無(wú)顯著影響；而室外陰晴狀態(tài)則顯著影響了室內(nèi)氣溫日波動(dòng)大?。?/p>

（3）4 月 1 日—4 月 5 日期間室外平均氣溫均顯著低于室內(nèi)氣溫，不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)始終處于自?xún)?nèi)向外傳熱狀態(tài)，但僅晝間 8～12 h 的太陽(yáng)輻射得熱，可抵消甚至超過(guò)持續(xù) 24 h圍護(hù)結(jié)構(gòu)失熱。

上述特征印證了圖 2 和圖 3 的分析。綜合以上所有圖表，可見(jiàn)超低能耗建筑的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能十分優(yōu)秀，顯著降低了外擾帶來(lái)的冷熱負(fù)荷，提升了整個(gè)建筑的綜合熱惰性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某超低能耗辦公建筑在靜態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)下，進(jìn)行了一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)氣溫變化監(jiān)測(cè)，可知超低能耗建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保冷保熱特性?xún)?yōu)秀，外擾產(chǎn)生的負(fù)荷相對(duì)極小。

由上述分析進(jìn)一步外延，鑒于超低能耗建筑良好的綜合熱惰性，可考慮以下運(yùn)行措施：

（1）利用室外氣溫較低、空調(diào)機(jī)組 COP 較高且電費(fèi)處于平峰時(shí)段（如 6 時(shí)—9 時(shí)，11 時(shí)—13 時(shí)，16 時(shí)—17 時(shí)）開(kāi)啟空調(diào)，并將設(shè)定溫度適當(dāng)降低 1～2 ℃，充分預(yù)冷建筑內(nèi)的辦公設(shè)備、家具，在建筑進(jìn)入用電高峰期后恢復(fù)正常設(shè)定溫度，或可顯著降低空調(diào)能耗；

（2）在空調(diào)季夜間氣溫低于室內(nèi)溫度的情況下，可在每日 21 時(shí)至次日 6 時(shí)，充分開(kāi)啟通風(fēng)窗，利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)設(shè)施的溫度，從而降低建筑物內(nèi)空氣、家居、設(shè)施等的溫度，可有效利用其蓄熱能力降低白天的空調(diào)負(fù)荷。

上述建議的定量化有效性有待進(jìn)一步論證證實(shí)，也是本文的不足之處，本文后續(xù)將進(jìn)一步推動(dòng)夜間通風(fēng)和提前預(yù)冷預(yù)熱工況的測(cè)試，為超低能耗的性能優(yōu)化和運(yùn)行優(yōu)化給出建議，推動(dòng)我國(guó)建筑降碳的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。