间歇供暖热负荷计算方法研究_secret

夏热冬冷地区住宅建筑
间歇供暖热负荷计算方法研究
摘要本文通过能耗模拟软件DeST-h对夏热冬冷地区典型城市住宅建筑的连续供暖和间歇供暖进行了模拟计算分析，研究了在满足建筑和建筑热工节能设计的要求下，连续模式和不同间歇供暖模式对室内热环境的影响，以及不同类型围护结构和通风对间歇供暖负荷的影响。

通过数据统计，对比连续供暖和不同间歇运行模式的供暖负荷，确定了最合理的间歇运行模式，并给出相对连续供暖模式各影响因素对间歇供暖负荷的百分数附加率，对工程设计起到一定的指导意义。

关键词间歇供暖热负荷夏热冬冷地区住宅建筑
1引言
我国夏热冬冷地区夏季炎热、冬季寒冷，早些年该地区的建筑冬季并不取暖，导致室内环境恶劣，有时甚至影响人们正常的生产和生活。

近年来，随着我国经济的高速增长，该地区的居民纷纷采取措施，自行解决住宅等的冬季室内供暖问题。

由于夏热冬冷地区的气候特点，冬季寒冷时间相当较短，室内温度要求也不太高，如果采用连续供暖，势必会造成能源的浪费。

除此之外，在新的采暖通风规范中提到供暖区域南扩，对于新增的供暖区域，连续集中供暖方式运行成本较高，不符合节能要求，可以考虑采用间歇供暖方式。

在工程设计中首先就要考虑负荷的多少，那么如何计算间歇供暖热负荷就成为一个急需解决的问题。

2建立模型
2.1模拟建筑介绍
为了分析围护结构、通风等因素对间歇供暖负荷的影响，以某住宅楼为计算研究对象。

该住宅楼共6层，每层6户，层高3米。

该住宅的户型为三室一厅，建筑面积104.04m2，体形系数为0.284m-1。

在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中规定，条式建筑物的体形系数不应超过0.35，该模拟建筑的满足要求。

该建筑的立面外围护结构如表1所示。

表1 模拟住宅建筑立面外围护结构
朝向外墙(m2) 外门(m2) 外窗(m2) 窗墙比
东280.80 0.00 10.80 0.04
南826.20 0.00 286.20 0.26
西280.80 0.00 10.80 0.04
北833.76 11.34 267.30 0.24
综合窗墙比：0.20
该模拟建筑的平面图如图1所示：
图1 模拟住宅建筑平面图
2.2模拟参数设置
冬季供暖室内热环境设计指标除楼梯间外，卧室、起居室室内设计温度18℃，厨房、卫生间室内设计温度为16℃。

卧室最多人数为2人，客厅最多人数为3人，每人发热量为53W。

卧室和客厅照明的最大功率为每平米5W。

客厅设备的总最大热功率为90W，卧室设备的总最大热功率为60W。

所有参数每天的逐时变化值全部根据普通居民的实际生活规律来确定。

人们的生活习惯和对采暖室内温度要求也会影响间歇采暖室内温度的稳定性，在夏热冬冷地区人们习惯开窗通风，所以在工程暖负荷设计时需要考虑。

主要表现在不同的区域窗户的冷风渗透和门窗的冷风侵入耗热量相差很大。

当研究围护结构对外界的影响时，外界与房间室内的通风量为1次/小时，房间与房间的通风量为0.5次/小时。

当研究通风对间歇供暖负荷的影响时，外界与房间室内的通风量分别设置为1次/小时、2次/小时、3次/小时、5次/小时，进行对比分析。

2.3围护结构参数设置
所选围护结构满足夏热冬冷地区建筑和建筑热工节能设计要求，为了分析不同热惰性指标围护结构对冬季间歇供暖负荷的影响，在此对以下几种类型围护结构进行模拟计算，具体参数如表2所示：
表2 模拟住宅建筑围护结构参数
围护结构类型围护结构名称围护结构材料传热系数（W/m2 K）热惰性指标D
类型Ⅰ外墙240砖墙+加气混凝土保温0.54 7.66 屋顶憎水珍珠岩保温0.86 4.48
类型Ⅱ外墙240砖墙+水泥膨胀珍珠岩保温0.78 4.79 屋顶憎水珍珠岩保温0.86 4.48
类型Ⅲ外墙钢筋混凝土+EPS板保温0.84 2.89 屋顶EPS板保温0. 67 3.61
类型Ⅰ、类型Ⅱ、类型Ⅲ
内墙：40砖墙；楼地：40mm混凝土；楼板：钢筋混泥土；
外窗：标准外窗（传热系数根据窗墙比确定）；外门：单层木质外门；内门：单层木质内门
2.4间歇模式确定
根据普通住宅建筑中居民的生活习惯和实际作息规律，现在分析四种间歇供暖模式的热负荷及室内温
度情况，运行模式如图2所示：
a)模式一b)模式二
c)模式三d)模式四
其中 1.0——代表供暖，0——代表停暖
图2 四种供暖模式运行示意图
3模拟结果与分析
在此采用能耗分析软件DeST-h进行模拟，计算该住宅建筑选用不同的围护结构在上述四种运行模式
下冬季供暖负荷和室内温度变化情况。

为了对比分析夏热冬冷地区的总体状况及不同城市供暖负荷的区别，现根据地理位置及气候情况选取上海、合肥、长沙、武汉和成都五个典型城市计算。

DeST给出了典型气象年中的相关气象参数，以冬季供暖室外计算温度为参考确定数据分析的典型日，最后分析典型日的热负荷波动情况和室内热环境。

3.1不同运行模式下供暖热负荷计算结果与分析
以冬季供暖室外平均温度为基准，通过数据统计现将不同围护结构在间歇运行模式下最冷月的平均热负荷数据统计如下，见表3：
表3 四种运行模式下的平均热负荷指标
单位：W/m2
热负荷指标城市上海合肥长沙武汉成都
围护结构类型Ⅰ模式一15.79 17.08 13.06 17.59 13.55 模式二20.76 27.08 20.42 21.67 21.28 模式三27.73 29.22 27.26 28.96 28.42 模式四24.16 31.52 23.91 25.27 24.90
围护结构类型Ⅱ模式一18.80 20.88 16.46 22.07 16.96 模式二26.07 31.72 24.76 26.96 25.45 模式三34.63 42.25 32.95 35.83 33.88 模式四30.34 36.97 28.96 31.43 29.76
围护结构类型Ⅲ模式一18.08 19.6 15.43 20.75 15.93 模式二24.42 30.83 24.02 25.28 24.86 模式三32.50 41.05 31.96 29.69 33.08 模式四28.43 35.92 28.11 29.50 29.08
通过对比间歇采暖与连续采暖的最冷月热负荷平均值，在连续供暖的基准之上可以得出间歇运行选用不同类型围护结构的负荷修正率，以及不同间歇模式下热负荷的特点和规律。

由表3可以看出，每一种围护结构的间歇运行模式供暖热负荷都比连续模式大，其中在运行模式二的情况下供暖热负荷修正率约为20%~35%。

相比之下，模式三和模式四的修正率偏大，可见间歇次数的增加在一定程度增加了热负荷，这就意味着对设备容量要求的提高。

因此，在实际的间歇运行时推荐使用模式二的形式。

此外，在同一种运行模式下随着热惰性指标D的减小，热负荷修正率增大。

但是各运行模式下围护结构类型Ⅱ却比围护结构类型Ⅲ的热负荷大，这主要是由围护结构蓄热性决定的。

可见，围护结构的传热性能、蓄热性能和间歇运行模式对间歇供暖的热负荷都是有影响的，而不是由其中某一种因素单独决定的。

3.2房间热负荷及室温分析
为了分析间歇供暖室内舒适性情况及负荷的波动情况，由于计算工况比较繁多现取上海地区为代表说明。

以模拟住宅建筑中一层客厅A为研究对象，分析当采用围护结构Ⅲ时在各种间歇运行模式下典型日的热负荷需求情况及室温波动情况。

通过DeST中的数据统计，取典型日1月21日的相关数据进行分析。

不同运行模式下的供暖负荷需求情况如图3，室内温度波动如图4所示。

0.00
5.0010.0015.0020.00
25.00123456789101112131415161718192021222324
时间（小时）
热负荷（W ）
0.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.00
70.00123456789101112131415161718192021222324
时间（小时）
热负荷（W ）
a)模式一 b)模式二
0.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0012
34
567
89101112131415161718192021222324
时间（小时）
热负荷（W ）
0.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0012
34
567
89101112131415161718192021222324
时间（小时）
热负荷（W ）
c)模式三 d)模式四
图3 四种运行模式下的热负荷波动情况
从图3可以看出，间歇运行时的热负荷高于连续采暖时所需的逐时热负荷，尤其是间歇后刚开始供暖时其热负荷更大，这主要是因为此时不仅要提供室内设计温度下所需的热量，而且围护结构及室内的物品等还都要蓄存一部分热量。

随着供暖时间的增加，热量逐渐达到平衡，所需热负荷也逐渐减少。

在图a)中逐时热负荷整体波动不大，只是白天稍有波动，因为房间白天吸收了太阳辐射能，中午达到最大值，此时所需热负荷也最低。

从图b)、c)、d)中可以看出，由于间歇次数的增加，每次刚开始供暖时负荷很大，导致模式三和四的平均热负荷比模式二的要大。

对比模式三和模式四，虽然模式四的间歇次数比模式三多，但其平均热负荷却比较低，这主要是因为模式四在中午的两小时运行为房间提供了一定的热量，再当晚间供热时起始负荷就不用模式三那么大。

可见，间歇供暖的热负荷不仅和间歇次数有关，还和间歇运行的时间段有关。

8.00
10.0012.0014.0016.0018.00
20.001
3
5
7
9
11131517
19
21
23
时间（小时）
温度（℃）
自然室温模式一模式二模式三模式四
图 4 典型日四种运行模式下的室温波动情况
从图4可以看出典型日四种运行模式下室内的温度波动情况，当停暖时室内温度逐渐下降，当开始供暖时室内温度逐渐上升，不同间歇模式下的升温时间不同。

自然室温维持在12℃～14℃左右，不满足人体舒适性要求，会产生冷感。

在间歇运行下，最低温度都维持在15℃以上，虽然与室内设计温度有一定的差异，但是基本能满足人们的要求。

再说停暖时间内建筑内的人员极少，不会给人们的生活带来不便。

3.3通风对间歇供暖热负荷的影响
在夏热冬冷地区由于人们的生活习惯和对空气品质要求较高，，所以开窗通风较多。

为了说明开窗通风对间歇供暖热负荷的影响，在此列出围护结构选取类型Ⅲ的前提下进行的模拟计算。

统计整理数据，表4所示的不同通风次数时各运行模式下的供暖热负荷指标，如下所示。

表4 不同通风次数时各运行模式下的供暖热负荷指标
单位：W/m2通风次数（次/小时） 1 2 3 5
模式一18.08 19.55 21.25 26.97
模式二24.42 28.19 31.85 38.62
模式三32.50 37.57 42.52 51.66
模式四28.43 33.20 37.95 46.97 从表4可以看出，随着通风次数每增加一次各运行模式下的热负荷指标增加约为5%~15%，可见通风对热负荷一定的影响。

当通风次数相同时，间歇模式的热负荷比连续模式的大很多，与维护结构对热负荷的影响规律相同。

因此，在夏热冬冷地区当考虑开窗通风对间歇热负荷的影响时，采用合理的间歇模式二时的供暖热负荷应该根据实际通风情况附加5%~15%。

4结论
通过能耗模拟软件DeST-h对夏热冬冷地区五个典型城市的连续供暖和间歇供暖的模拟计算，并进行大量的数据统计和分析，得到以下结论：
（1）当采用间歇运行模式时，白天停暖时间相对较长，室内最低温度都维持在14℃以上；夜间由于间歇时间较短，室内最低温度维持在16℃以上。

不同间歇模式的最低温度相差1℃左右。

（2）围护结构的传热性、蓄热性和间歇运行的时间段都对间歇暖热负荷有直接的影响。

根据夏热冬冷地区的节能要求和经济性的原则，在满足热工要求的前提下白天停暖晚间供暖间歇模式的热负荷修正率是20%~35%，而且不会对设备容量造成很大的影响。

而模式三和模式四的热负荷附加率太大，设备不满足经济性的要求。

（3）在夏热冬冷地区由于人们对空气品质要求较高，开窗通风对热负荷有很大的影响，根据人们的日常生活习惯，当考虑开窗通风的影响时，采用白天停暖晚间供暖间歇模式的供暖热负荷应该根据实际情况附加5%~15%。

参考文献
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