采暖室内、外计算温度对能源消耗的影响

【摘要】本文通过对不同采暖室内、外计算温度下冬季供暖热负荷的计算，得出采暖室内、外计算温度对能源消耗的影响程度，从而给采暖热负荷计算参数的选取提供参考。

【关键词】采暖室内计算温度 采暖室外计算温度 能源消耗

一、引言

建筑能耗在世界各国能耗总量中占有重要地位。工业发达国家建筑能耗占总能耗的42%~45%，我国占全国总能耗的25%。而在我国严寒、寒冷北部地区，建筑总能耗超过全国平均数，约占地区总能耗的30%~40%，建筑能耗中又以供热、空调能耗占主要部分。现在降低供热能耗的主要途径基本上都是对建筑结构进行改进。例如新的节能标准中对墙体、玻璃等的传热系数、窗墙比、建筑物的形体系数的规定等。现在我们想从另一些途径来考虑节能的问题，这就是负荷计算过程中的一些参数的选择问题。这些参数包括供暖室外计算温度、供暖室内计算温度等，现在一一对其进行讨论。

二、供暖室外计算温度

我国现行的《暖通规范》采用了不保证天数法确定北方城市的供暖室外计算温度值。规范规定：“供暖室外计算温度，应采用历年不保证5天的日平均温度”。

1.室外计算温度的应随建筑物使用功能的不同而不同

在我国现行规范中，供暖室外计算温度基本是一个地区或者几个城市共用一个温度，而这个温度并没有考虑建筑物的用途及建筑物的结构。而在美国的ASHRAE Handbook-1993 Fundamentals里有这样的描述：“冬季天空晴朗的时候，每天的最低气温一般出现在早晨6：00至8：00之间。对于住宅建筑基本整天都有人居住，采用能保证当地99%时间能达到室内设计温度的供暖室外计算温度；而对于商业建筑或者其它直到接近中午才有人的建筑就采用保证当地97.5%的时间能达到室内设计温度的供暖室外计算温度。”1975年，ASHRAE标准90―75在《新建筑物设计节能》中规定：“供暖设计应选取保证当地97.5%时间能达到室内设计温度作为室外计算温度。同时指出，如果房屋是轻型围护结构，又有大面积玻璃，且室温控制要求很高时，应采用最低温度平均值或满足99%时间能达到室内设计温度的值作为室外计算温度。”

注：因以上数据总结自标准年数据，所以两表内室外计算温度，均采用标准年中该时段最低温度。

现在，我们对不同功能的建筑采用不同的室外计算温度与住宅的室外计算温度进行进分析对比。分析过程中我们采用和三种类型的功能建筑分别为：住宅、学校教学楼和商业建筑。住宅的统计时间为全天24小时；学校的统计时间为早晨7：30到23：00(以天津大学教学楼的作息时间为准)；商业建筑的统计时间为早晨9：00至21：00(以天津滨江道商业街大部分商场作息时间为准)。气象参数采用机械工业出版社出版的《中国建筑用标准气象数据库》中的标准年的气象数据。所谓标准年是由12个接均的标准月平滑连接而成。而标准月则是各主要气象要素及其构成都接均值的月份。由于采用的非原始数据所以只能作定性分析，所以由该数据库中得出的室外计算温度只能作为三种类型建筑比较之用而不能和现在采用的供暖室外计算参数进行比较。以下是由以上数据库总结出的我国严寒及寒冷地区城市的三种建筑的供暖室外计算温度：

从以上数据中看出，不同功能建筑的供暖室外计算温度差值，严寒地区的供暖室外计算温度要普遍高于寒冷地区，Δt2最大的达到4℃。

现根据以上数据，以天津为例对不同的供暖室外计算温度进行冬季供暖能耗分析。

先对学校教学楼进行分析(以天津大学为例)。天津大学教学楼建筑面积535437m2，按照面积热指标法计算其热负荷。在供暖室外计算温度为-8.9℃，供暖室内计算温度为17℃时，取其面积热指标为70W/m，则设计热负荷为37481KW。在供暖室外计算温度为-8.4℃，供暖室内计算温度为17℃时，设计热负荷=37481×(17+8.4)/(17+8.9)=36757KW。据此热负荷及表2、3中的数据绘制供暖热负荷延续时间图。

注：因以上数据总结自标准年数据

由此图计算得出：

tw’=-8.9℃时，冬季供暖负荷为266269.2568×109J；

tw’=-8.4℃时，冬季供暖负荷为266150.1544×109J；

节能：118.1024×109J；

节煤量=节省热负荷/管网输送效率/锅炉运行效率/标准煤单位发热量

=118.1024×109/0.9/0.68/29.3×106

=6586kg

除了燃料的节省外，采暖设备的容量也能降低。现在以铸铁4柱813型散热器，每10片为一组，明装，管路连接为同侧上进下出，供回水温度为95/70℃，室内计算温度17℃为例计算两种情况下散器数量的差异。

传热系数：K=2.237Δt0.302

=2.237((95+70)/2-17)0.302=7.91(W/m2.℃)

每片散热器散热量：q=KFΔt

=7.91×0.28×65.5=145.1W

节约散热器片数：n=(37481-36757)×103/145.1=4990片

节约金属：4990×8=39920kg

下面进行计算商业建筑的计算，现在大城市的商业建筑基本上均采用中央空调供冷供热，但按照散热器计算足以说明要讨论的问题，并且这样可简化计算，所以商业建筑也按照以上的计算方法计算。现在以天津一建筑面积50000平方米的商业建筑为例进行计算。计算结果如下：

设计热负荷：tw’=-8.9℃时，为50000×70=3500KW

tw’=-7.9℃时，为3500×(17+7.9)/(17+8.9)=3365KW

冬季供暖热负荷：tw’=-8.9℃时，2.48518×1013J

tw’=-7.9℃时，2.48265×1013J

节能：2.52733×1010J

节煤：1409kg

节约散热器片数：930片

节约金属：7440kg

2.供暖室外计算温度应该随着气候的变化适当调整

规范规定：“供暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度”。对于大多数城市来说，是指1951~1980年共30年的气象统计工作资料里，不得多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度。

有人据不保证5天的规定，对北京196l~2000年40年的气象资料进行了统计分析，得出北京的室外计算温度为-8℃，比现在所采用的-9℃高了l℃。对于北京市8810万平方米的集中供暖面积来说，室外计算温度提高1℃所带来的节能效果，是不可低估的。现在进行分析计算，来看看到底能节约多少能源。室内设计温度按规范中所允许的住宅的最低设计温度计算，面积热指标选60W/m，计算结果如下：

设计热负荷：tw’= -9℃时，为8810×104×70=6617MW

tw’=-8℃时，为6617×(18+8)/(18+9)=6372MW

冬季供暖热负荷：tw’=-9℃时，43800128667MJ

tw’=-8℃时，43707557631MJ

节能：92571036MJ

节煤：5162t

节约散热器片数：1723747片

节约金属：13790t

节约锅炉容量：245MW

另外北京市区集中供热面积仅占30%，如果计算上余下的区域节能效果将会更加明显。

从以上所做计算来看，改变供暖室外计算温度对于单一建筑来说，可能节能效果不是很明显，但是节能往往就在点滴之间，积少成多，就可以看出效果。对北京市的计算就充分体现了这一点。

三、供暖室内计算温度

供暖室内计算温度对于节能来说也是一个重要的参数，就计算热负荷及节约设备容量来说，

它改变1℃与供暖室外计算温度改变1℃所达到的效果是一样的。但冬季供暖热负荷来说确有很大的不同。现在在我们的设计中，若规范中给出的室内计算温度为一个范围时，一般情况下会按中间值进行设计，甚至会取上限值。假若取下限值，会有什么样的效果呢?现在仍以北京为例进行计算(计算参数同1.2)，计算结果如下：

设计热负荷：tn=18℃时，为6617MW

tn=19℃时，为6617×(19+9)/(18+9)=6862MW

冬季供暖热负荷：tw’=-18℃时，43800128667MJ

tw’=-19℃时，46074997029MJ

节能：126863658MJ

节煤：126864t

节约散热器片数：1723747片

节约金属：13790t

节约锅炉容量：245MW

所以，我们在设计过程中在满足规范要求的情况下尽量将室内计算温度选择低一点，另外现在在一些小城镇的改选过程中，应该根据当地人的生活习惯选定室内计算温度，不能完全照搬其它城市的计算温度。当地人已经习惯现在采暖条件所能达到的室内温度，没有必要将其人为的提高，这样既浪费了能源又不符合当地人的生活习惯。

四、结论

室外计算温度和室内计算温度对能源的消耗都有很大的影响，其中室内设计温度影响比室外计算温度的影响要更加明显。

参考文献：

[1]涂光备等.供热计量技术.中国建筑工业出版社.

[2]贺平，孙刚.供热工程(第三版).中国建筑工业出版社.

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[5]张晴原，Joe Huang.中国建筑用标准气象数据库.机械工业出版社.

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[7]王荣光，沈天行.可再生能源利用与建筑节能.机械工业出版社.

[8]轩春怡，高燕虎，季慧君.北京市冬季采暖气候条件分析.气象科技，2003，31(6)：373-375.

(作者单位：天津市通利房地产开发公司)

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。