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第三章 室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)

主要內(nèi)容

(一)室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定

條文3.0.1:冬季采暖室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),應(yīng)符合下列要求:

1 臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取 16~18℃;

2 換氣次數(shù)取 1.0次/h。

條文3.0.2:夏季空調(diào)室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),應(yīng)符合下列要求:

1 臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取 26~28℃;

2 換氣次數(shù)取 1.0次/h。

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了冬季采暖室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),即臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取16~18℃;換氣次數(shù)取1.0次/h。夏季空調(diào)室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取26~28℃;換氣次數(shù)取1.0次/h。

夏熱冬冷地區(qū)建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo)不但要同時(shí)考慮冬、夏兩季,還要注意夏季晴、雨、陰等不同天氣過(guò)程;不但要考慮當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況,更要注意21世紀(jì)該地區(qū)的飛速發(fā)展;要同時(shí)考慮改善熱環(huán)境和提高能源利用效率,也要兼顧城市環(huán)境。這就需要從可持續(xù)發(fā)展的高度考慮和處理問(wèn)題,協(xié)調(diào)好熱環(huán)境質(zhì)量、室內(nèi)空氣質(zhì)量、采暖空調(diào)能耗、建筑節(jié)能投資等諸方面的關(guān)系。

在室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度上考慮了一個(gè)范圍,這是充分考慮了該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異,不是一刀切,使得在考慮制定當(dāng)?shù)卣呒皩?shí)施時(shí),有一個(gè)上下的范圍。

1.室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)。影響熱感受有6個(gè)因素:干球溫度、濕度、風(fēng)速、平均輻射溫度、人體活動(dòng)強(qiáng)度及衣著。前4個(gè)是熱環(huán)境因素,后2個(gè)是人為因素。夏季提高風(fēng)速,比降低溫度所需的能耗和費(fèi)用少得多。風(fēng)速大有利于人體散熱、散濕,提高熱舒適度。但風(fēng)速過(guò)大,也會(huì)有害健康,特別是睡眠時(shí),夏季室內(nèi)風(fēng)速以0.3m/s左右為宜。提高冬季熱舒適水平,應(yīng)降低風(fēng)速。室內(nèi)平均輻射溫度與室內(nèi)干球溫度是相互影響的,夏季降低平均輻射溫度,冬季提高平均輻射溫度往往比相應(yīng)地降低或提高干球溫度的能耗要低些。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能,可達(dá)到既減少熱耗量,又提高熱舒適水平的雙重效果。在加強(qiáng)夏季遮陽(yáng),使用熱反射窗簾,墻體熱工性能良好的情況下,室內(nèi)平均輻射溫度與干球溫度近似相等。濕度的調(diào)整能耗較大,宜避免過(guò)多地依靠調(diào)節(jié)濕度來(lái)改善熱環(huán)境,以相對(duì)濕度不超過(guò)70%為宜。衣著的變化、厚薄的調(diào)整可降低冷暖能耗,而不降低熱舒適感受。夏季越薄越好,冬季越厚越好,但要顧及文明與生活方便。人體活動(dòng)強(qiáng)度取決于生活水平與習(xí)慣。

工程界和社會(huì)學(xué)都習(xí)慣于以干球溫度為熱環(huán)境的主要指標(biāo)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50096—1999)規(guī)定的室內(nèi)采暖計(jì)算溫度,其中臥室、起居室(廳)和衛(wèi)生間為18℃。而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50178—93)中各氣候區(qū)的劃分,主要也是依據(jù)干球溫度。綜合考慮現(xiàn)狀與發(fā)展,在《標(biāo)準(zhǔn)》中采用干球溫度作為熱環(huán)境質(zhì)量的主要指標(biāo)。冬季采暖室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),確定臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度16~18℃;夏季空調(diào)室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo),確定臥室、起居室室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26~28℃。

2.室內(nèi)空氣質(zhì)量與換氣量。冬夏季節(jié)進(jìn)行采暖空調(diào)時(shí),如果引入室外空氣進(jìn)入室內(nèi),要消耗大量的冷熱量,為了節(jié)能需要限制通風(fēng)換氣量。但是,減少通風(fēng)換氣量將使室內(nèi)空氣質(zhì)量下降,影響人體健康和工作學(xué)習(xí)效率。對(duì)此,國(guó)際建筑節(jié)能過(guò)程中有過(guò)沉痛的教訓(xùn)。由于加強(qiáng)建筑密閉程度,降低通風(fēng)換氣量而造成的室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化,使“病態(tài)建筑綜合癥”漫延,在人體健康和工作效率方面所造成的巨大損失是節(jié)能收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能彌補(bǔ)的。夏熱冬冷區(qū)人民長(zhǎng)期形成了加強(qiáng)房間通風(fēng),保持室內(nèi)空氣新鮮的良好衛(wèi)生習(xí)慣。在調(diào)查中,大量住戶冬季都開窗,他們寧愿室內(nèi)冷一點(diǎn),也要保持空氣清新。當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量與節(jié)能和熱舒適性發(fā)生沖突時(shí),他們選擇空氣質(zhì)量。對(duì)此,熱環(huán)境與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)給予了充分的重視。

和北方相比,夏熱冬冷區(qū)冬季的新風(fēng)耗熱量要低得多。如冬季通風(fēng)室外計(jì)算溫度,重慶為7℃,南京為2℃,上海為3℃,而哈爾濱低達(dá)-20℃。重慶、南京、上海的冬季新風(fēng)耗熱量分別只有哈爾濱的29%、42%和39%。而夏熱冬冷區(qū)比北方潮濕,室內(nèi)細(xì)菌繁殖速度遠(yuǎn)高于干燥的北方。夏熱冬冷區(qū)降低通風(fēng)量的節(jié)能效益遠(yuǎn)小于北方。因此,夏熱冬冷區(qū)的通風(fēng)量應(yīng)該大于北方。

具體要多少換氣量才能保證滿意的室內(nèi)空氣質(zhì)量,這是個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。室內(nèi)空氣污染的特點(diǎn)是:污染物種類多,微生物、有機(jī)揮發(fā)物、顆粒物、輻射等數(shù)千種。如此眾多的污染物對(duì)人體長(zhǎng)期綜合作用所造成的危害,是國(guó)際衛(wèi)生學(xué)界的新課題。國(guó)際上尚無(wú)科學(xué)完整的室內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)。另外,建筑材料、室內(nèi)設(shè)備、人員等的污染物散發(fā)特性也還未能全面的定量化。根據(jù)國(guó)標(biāo)《旅游旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—93),其中規(guī)定的不同等級(jí)旅游旅館客房換氣量為:一級(jí)客房每人每小時(shí)50m3;二級(jí)客房40m3;三級(jí)客房30m3;同時(shí)還參考了美國(guó)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)(62—1989),其中推薦的住宅居室換氣量為每人每小時(shí)45.5m3。考慮到目前我國(guó)住宅建筑的層高約為2.5m或以上,按人均居住面積15m2計(jì)算,1小時(shí)換氣1次,人均占有新風(fēng)量37.5m3,已經(jīng)接近二級(jí)客房的水平,由此,確定為1.0次/h。

提高通風(fēng)效率,可用較少的換氣量獲得較好的室內(nèi)空氣質(zhì)量,從而達(dá)到節(jié)減新風(fēng)能耗,實(shí)現(xiàn)節(jié)能。住宅各房間的氣流路線應(yīng)是:新鮮空氣→居室→廚衛(wèi)→排出室外。也就是新鮮空氣→人的呼吸區(qū)→污染源→室外。強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)重視通風(fēng)效率,組織好氣流路線,有利于用較少的新風(fēng)能耗,取得較高的空氣質(zhì)量。

《標(biāo)準(zhǔn)》只規(guī)定了溫度和換氣指標(biāo),原因是考慮到一般住宅極少控制濕度、風(fēng)速等參數(shù)。在室內(nèi)熱環(huán)境主要設(shè)計(jì)指標(biāo)中盡管沒(méi)有明確提出相對(duì)濕度設(shè)計(jì)指標(biāo),但實(shí)際上,在空調(diào)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下,室內(nèi)潮濕情況會(huì)得以明顯改善。換氣則是從人體衛(wèi)生角度考慮必不可少的指標(biāo)。《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定居室溫度夏季控制在26~28℃,冬季控制在16~18℃;冬夏季換氣次數(shù)取1.0次/h。和該地區(qū)原來(lái)惡劣的室內(nèi)熱環(huán)境相比,要求是比較高的,基本達(dá)到了熱舒適的水平,與目前該地區(qū)住宅的夏熱冬冷狀況相比,提高幅度比較大,實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。

(二)節(jié)能目標(biāo)確定原則(3.0.3條)

《標(biāo)準(zhǔn)》3.0.3條為強(qiáng)制性條文,即“居住建筑通過(guò)采用增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和提高采暖、空調(diào)設(shè)備能效比的節(jié)能措施,在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的前提下,與未采取節(jié)能措施前相比,采暖、空調(diào)能耗應(yīng)節(jié)約50%”。

《標(biāo)準(zhǔn)》明確提出節(jié)能的目標(biāo)值為50%,但在理解上與北方嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》(JGJ 26—95)的節(jié)能目標(biāo)50%有一些區(qū)別。嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的集中采暖居住建筑,在采暖季必須要消耗能源產(chǎn)生熱水,通過(guò)供熱采暖系統(tǒng)保持居住建筑內(nèi)一定的室溫(全部房間平均室內(nèi)計(jì)算溫度16℃)。只要按(JGJ 26—95)標(biāo)準(zhǔn)中第4章“建筑熱工設(shè)計(jì)”、第5章“采暖設(shè)計(jì)的規(guī)定”進(jìn)行設(shè)計(jì),其采暖耗能量將比“基礎(chǔ)住宅采暖能耗”下降50%。“基礎(chǔ)住宅采暖能耗”是這樣定義的,以1980/1981年各地典型居住建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的做法,以及通過(guò)實(shí)測(cè)的供熱采暖系統(tǒng)年平均運(yùn)行效率為依據(jù),通過(guò)計(jì)算并配合部分城市的采暖期能耗實(shí)測(cè)來(lái)驗(yàn)證,從而得到了“基礎(chǔ)住宅采暖能耗”值。比如,北京地區(qū)“基礎(chǔ)住宅”外墻一磚半,外窗單層窗;采暖鍋爐年平均運(yùn)行效率55%,管網(wǎng)平均輸送效率85%等。也就是說(shuō),按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建成的集中采暖的居住建筑,在保持同樣的室內(nèi)溫度情況下,可以節(jié)能50%。

1.基礎(chǔ)住宅采暖空調(diào)能耗。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代,夏熱冬冷地區(qū)由于采暖期相對(duì)較短,以及國(guó)家的經(jīng)濟(jì)原因,一般居住建筑不設(shè)置集中采暖系統(tǒng)。隨著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),以及人民生活水平的提高,用于采暖空調(diào)的能耗勢(shì)必迅速增加。與北方不同的是,該地區(qū)以往的“基礎(chǔ)住宅”采暖空調(diào)能耗很少,甚至沒(méi)有能耗。所以,夏熱冬冷地區(qū)的采暖空調(diào)能耗是新增加的,也是不可阻擋的。《標(biāo)準(zhǔn)》編制的目的是控制其增長(zhǎng)量,以使在改善室內(nèi)熱環(huán)境的同時(shí),其能耗的增長(zhǎng)得到控制。當(dāng)然,節(jié)能目標(biāo)值50%是有比較對(duì)象的。我們同樣采用“基礎(chǔ)住宅采暖空調(diào)能耗”值作為比較對(duì)象,“基礎(chǔ)住宅”圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、傳熱系數(shù)以及換氣次數(shù),按照以往傳統(tǒng)做法,即該地區(qū)普通磚混結(jié)構(gòu)住宅外墻為240mm磚墻(包括黏土實(shí)心磚和多空磚),傳熱系數(shù)k=2.0W/(m2·K);外窗采用單層窗,k=6.4W/(m2·K);屋面為鋼筋混凝土屋面板及簡(jiǎn)單保溫隔熱措施,k=1.5W/(m2·K);換氣次數(shù)考慮1.5次/h。在這樣的“基礎(chǔ)住宅”中要確定采暖空調(diào)能耗,必須要確定室內(nèi)保持的溫度。這涉及到《標(biāo)準(zhǔn)》所確定的室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo),考慮到應(yīng)該達(dá)到的熱舒適水平,同時(shí)也考慮到地區(qū)的發(fā)展不平衡,《標(biāo)準(zhǔn)》確定居室溫度夏季控制在26~28℃,冬季控制在16~18℃;冬夏季換氣次數(shù)取1.0次/h。但是,計(jì)算能耗時(shí)室溫應(yīng)該是固定值,同時(shí)還要確定采暖空調(diào)設(shè)備的能效比。我們確定的計(jì)算參數(shù)為:冬天保持室溫18℃、夏天保持26℃的條件下,冬季采用能效比為1的電暖器采暖(直接電熱式),夏季采用額定制冷工況時(shí)的能效比為2.2的空調(diào)器降溫(根據(jù)國(guó)標(biāo)《房間空氣調(diào)節(jié)器》GB/T 7725—1996,分體空調(diào)器規(guī)定能效比的下限值),由動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算出全年采暖空調(diào)能耗,將它定義為“基礎(chǔ)住宅采暖空調(diào)能耗”。當(dāng)然,這只是一個(gè)計(jì)算的基礎(chǔ)值,并不表示該地區(qū)所有居住建筑實(shí)際發(fā)生的能耗,但是,如果沒(méi)有定義“基礎(chǔ)住宅采暖空調(diào)能耗”,50%節(jié)能率就沒(méi)有對(duì)比值。

2.節(jié)能目標(biāo)由圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能和采暖空調(diào)設(shè)備效率來(lái)分擔(dān)。與北方地區(qū)一樣,50%的節(jié)能率將由改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱與氣密性,和提高采暖空調(diào)設(shè)備(或系統(tǒng))的效率來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于目前居住建筑內(nèi)所采用的采暖空調(diào)設(shè)備(或系統(tǒng))通常由住戶自行確定、購(gòu)置,何況還涉及能源種類、供應(yīng)、價(jià)格等問(wèn)題,不可能由標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行硬性規(guī)定。在《標(biāo)準(zhǔn)》中主要強(qiáng)調(diào)設(shè)備的能效比,要引導(dǎo)選用能效比高、環(huán)保好的產(chǎn)品(或系統(tǒng))。那么如何來(lái)確定這50%節(jié)能率中圍護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)備各占多少百分比呢?我們?cè)凇稑?biāo)準(zhǔn)》中對(duì)采暖空調(diào)設(shè)備的能效比作如下規(guī)定,即采暖設(shè)備的額定能效比取1.9,主要是考慮冬季采暖設(shè)備部分使用家用冷暖型(風(fēng)冷熱泵)空調(diào)器,部分仍使用直接電熱型采暖器;考慮到空調(diào)器產(chǎn)品質(zhì)量在提高,夏季空調(diào)設(shè)備額定能效比取2.3,由此計(jì)算各地圍護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)備各分?jǐn)偟谋壤=?jīng)對(duì)于該地區(qū)多個(gè)主要城市的全年能耗計(jì)算,大致上來(lái)說(shuō),圍護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)備各分擔(dān)一半左右,圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般分擔(dān)略低于25%。

所以,50%節(jié)能率要這樣來(lái)理解,從發(fā)展的角度來(lái)看,夏熱冬冷地區(qū)的居民會(huì)對(duì)冬夏季室內(nèi)熱環(huán)境提出更高的要求,按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的居住建筑的能耗,在保持全年舒適環(huán)境下,將比維持同樣室內(nèi)熱環(huán)境的既有建筑節(jié)能50%。

要實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%,必然會(huì)增加建筑的造價(jià),也就是說(shuō),大約有25%的節(jié)能目標(biāo)是靠改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱及氣密性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在《標(biāo)準(zhǔn)》編制過(guò)程中,我們?cè)诖_定節(jié)能居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值時(shí),考慮控制增加的建筑造價(jià)在10%以內(nèi)。

二、編制《標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題

(一)《標(biāo)準(zhǔn)》中有兩種指標(biāo)來(lái)控制節(jié)能設(shè)計(jì)

一種為規(guī)定性指標(biāo),即規(guī)定該地區(qū)居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值,和采暖空調(diào)設(shè)備最低能效比值;另一種為節(jié)能綜合指標(biāo)(或稱性能性指標(biāo)),即規(guī)定居住建筑每平方米建筑面積允許的采暖空調(diào)設(shè)備能耗指標(biāo)。規(guī)定性指標(biāo)操作容易、簡(jiǎn)便;性能性指標(biāo)則給設(shè)計(jì)者更多、更靈活的余地。

1.規(guī)定性指標(biāo)(圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值)由于建筑能耗,建筑熱環(huán)境質(zhì)量,室內(nèi)空氣質(zhì)量和氣候環(huán)境、建筑熱工性能,建筑功能、規(guī)劃布局、單體設(shè)計(jì)等眾多因素之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的、且動(dòng)態(tài)變化的關(guān)系,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中各技術(shù)參數(shù)的確定涉及到多種知識(shí)和技術(shù)的高度綜合,難度非常大。

實(shí)際工程中,由于時(shí)間等客觀條件的限制及設(shè)計(jì)人員水平等各種原因,很難就具體工程全面深入分析上述關(guān)系,從而優(yōu)化設(shè)計(jì)。工程界和有關(guān)部門在總結(jié)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)有代表性的典型工程條件,對(duì)工程的關(guān)鍵參數(shù)值作出規(guī)定,以標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的形式提供給工程設(shè)計(jì)人員。這些規(guī)定的參數(shù)值即是規(guī)定性指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)不用再作那些復(fù)雜的計(jì)算分析,而直接采用規(guī)定性指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

規(guī)定性指標(biāo)使設(shè)計(jì)人員擺脫了復(fù)雜高深的計(jì)算分析,大量節(jié)省了時(shí)間,在保證工程設(shè)計(jì)的合理性和成功方面有重大作用。

由于確定規(guī)定性指標(biāo)時(shí),主要考慮普遍情況,規(guī)定性指標(biāo)在一定范圍內(nèi)是普遍適用的、合理的。但是每一個(gè)工程都有其不同于普遍情況的特殊性,規(guī)定性指標(biāo)對(duì)適用范圍內(nèi)的一個(gè)具體工程,往往不是最佳的。即按規(guī)定性指標(biāo)很難進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

另外,在某些特殊條件下,可能與規(guī)定性指標(biāo)發(fā)生沖突。新的工程技術(shù)、材料出現(xiàn)時(shí)或?qū)こ逃行乱髸r(shí),最容易發(fā)生這種情況。甚至出現(xiàn)規(guī)定性指標(biāo)阻礙新技術(shù)應(yīng)用和壓抑設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性的情況。

2.性能性指標(biāo)(節(jié)能綜合指標(biāo))性能性指標(biāo)在保證實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的前提下,使建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具有充分的靈活性,為新技術(shù)的采用和具體工程項(xiàng)目的最優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

性能性指標(biāo)由建筑熱環(huán)境的質(zhì)量指標(biāo)和能耗指標(biāo)兩部分組成,對(duì)建筑的體型系數(shù)、窗墻面積比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)等技術(shù)參數(shù)不再作硬性規(guī)定。設(shè)計(jì)人員可自行確定具體的技術(shù)參數(shù),但必須同時(shí)滿足建筑熱環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)和能耗指標(biāo)的要求。建筑物的節(jié)能綜合指標(biāo)主要是采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量,《標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)應(yīng)于不同的采暖度日數(shù)和空調(diào)度日數(shù)給出了每平方米建筑面積采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量的最大限值。對(duì)一棟具體的居住建筑,按照《標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)格規(guī)定的統(tǒng)一計(jì)算條件,計(jì)算出它的采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量,如果這兩者之和不超過(guò)《標(biāo)準(zhǔn)》中給出的相應(yīng)最大限值之和,這棟建筑就是節(jié)能建筑;反之它就不符合節(jié)能要求,就應(yīng)該在設(shè)計(jì)上作調(diào)整,直到符合要求為止。

(二)應(yīng)用逐小時(shí)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算方法

在標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中,無(wú)論計(jì)算基礎(chǔ)住宅采暖空調(diào)能耗,還是計(jì)算節(jié)能綜合指標(biāo),都要進(jìn)行全年能耗分析計(jì)算。由于夏熱冬冷地區(qū)的氣候特性,室內(nèi)外溫差比較小,一天之內(nèi)溫度波動(dòng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的影響比較大,尤其是夏季,白天室外氣溫很高,又有很強(qiáng)的太陽(yáng)輻射,熱量通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)從室外傳入室內(nèi);夜里室外溫度下降比室內(nèi)溫度快,熱量有可能通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)從室內(nèi)傳向室外。由于這個(gè)原因,為了比較準(zhǔn)確地計(jì)算采暖、空調(diào)負(fù)荷,并與現(xiàn)行國(guó)標(biāo)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 19保持一致,需要采用動(dòng)態(tài)計(jì)算方法。

動(dòng)態(tài)的計(jì)算方法有很多,本標(biāo)準(zhǔn)采用了反應(yīng)系數(shù)計(jì)算方法,應(yīng)用美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的DOE-2軟件,對(duì)居住建筑的熱過(guò)程進(jìn)行全年8760h的動(dòng)態(tài)模擬,根據(jù)模擬結(jié)果計(jì)算出采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量。

逐時(shí)氣象資料是應(yīng)用動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算軟件進(jìn)行建筑室內(nèi)熱環(huán)境及全年采暖空調(diào)能耗最主要的條件,對(duì)于這類模擬計(jì)算,至少需要逐小時(shí)溫度、濕度、風(fēng)速、以及太陽(yáng)總輻射量和直接輻射量。此外,為了避免逐年氣候的隨機(jī)變化,應(yīng)用一種典型氣象年的氣象資料要比直接應(yīng)用某一年實(shí)際氣象資料更為合理。典型氣象年(TMY——Typical Meteorological Year)是以近幾十年的月平均值為依據(jù),選取各月接近多年(比如30年)的平均值組成典型氣象年。由于選取的月平均值在不同的年份,資料不連續(xù),還需要進(jìn)行月間平滑處理。但是,迄今為止,我國(guó)只有極少數(shù)中國(guó)城市的典型氣象年資料得到了開發(fā),這是因?yàn)槌藰O少的氣象臺(tái)外,氣象資料并非逐時(shí)的,而是3h或6h間隔的記錄值,和每日最大/最小值,部分氣象臺(tái)還測(cè)量每日太陽(yáng)直射和散射輻射總量。這樣提出了二個(gè)問(wèn)題,即為了組成典型氣象年,首先需要不同城市幾十年氣象資料;其次,得到典型氣象年后,還要由6h(或3h)時(shí)間間隔記錄產(chǎn)生出逐小時(shí)典型氣象年資料。如果從我國(guó)氣象局去抄錄購(gòu)買各城市30年的氣象資料,其工作量及費(fèi)用都是可觀的。我們通過(guò)美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory)從美國(guó)國(guó)家氣象資料服務(wù)中心得到了我國(guó)的氣象資料,這些資料均根據(jù)該城市當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站的氣象廣播、由美國(guó)軍事衛(wèi)星記錄下來(lái)16年(1982~1997)的資料。因此,盡管數(shù)據(jù)庫(kù)從美國(guó)政府組織獲得,但氣象資料本身符合當(dāng)?shù)赜涗洝H欢@些資料包含的參數(shù)為干球溫度、露點(diǎn)溫度、大氣壓力、風(fēng)速和風(fēng)向、不同高度的云層量;并按3h的時(shí)間間隔記錄。我們要做的研究工作是,由不同高度的云層量獲得太陽(yáng)輻射資料,由3h間隔記錄獲得逐時(shí)資料。通過(guò)研究我們提出了計(jì)算水平面上太陽(yáng)輻射量的模型,并以國(guó)內(nèi)實(shí)測(cè)的逐日太陽(yáng)輻射量驗(yàn)證了計(jì)算值的可靠性(見圖1);提出了插補(bǔ)干球溫度計(jì)算方法,白天采用付利葉級(jí)數(shù)原理,而夜間采用線性回歸法,它已成功地應(yīng)用于對(duì)3h時(shí)間間隔的測(cè)量值進(jìn)行插補(bǔ)。從而已開發(fā)了26個(gè)中國(guó)城市的典型氣象年資料,并繼續(xù)開發(fā)其他城市的典型氣象年資料,以用于對(duì)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算。

圖1 不同城市和年份,全年太陽(yáng)輻射量的測(cè)量值與計(jì)算值的比較

為了對(duì)我國(guó)暖通界常用的能耗計(jì)算方法——諧波反應(yīng)法計(jì)算全年采暖空調(diào)耗電量,和應(yīng)用DOE-2程序計(jì)算的計(jì)算結(jié)果作一比較。選擇重慶市天奇花園A棟為代表,計(jì)算其冷熱負(fù)荷及全年空調(diào)耗電量、采暖耗電量。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,在分析峰值負(fù)荷(夏季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷)上,兩種方法計(jì)算的結(jié)果有一定差異,冷負(fù)荷差異小,熱負(fù)荷差異大。在進(jìn)行全年耗電量分析上,用DOE-2程序計(jì)算出的結(jié)果與我國(guó)暖通界常用的方法計(jì)算的結(jié)果是一致的,說(shuō)明用DOE-2程序分析我國(guó)建筑物的全年采暖空調(diào)耗電量是完全可行的。由于DOE-2程序計(jì)算功能強(qiáng)大,較之傳統(tǒng)方法更適用于進(jìn)行大規(guī)模的全年能耗分析。

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