住宅间歇供暖模拟分析

假设各房间的供暖运行方式相同 ;供暖时厨房
的室温为 16 ℃,其他供暖房间的室温保持 18 ℃;
周末均为连续供暖 ;供暖季设定为 11 月 15 日～3
月 15 日 。
3 模拟计算结果与分析
采用 DeS TΟh 软件 ,对计算对象 (48 个房间) 在
不同的保温方式 、不同的供暖方式共 8 种不同工况
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住宅间歇供暖模拟分析
清华大学 李兆坚 ☆ 江 亿 燕 达
摘要 针对住宅间歇供暖方式的节能效果 、设备容量 、建筑保温形式和防冻等问题 ,采用 全工况数值模拟方法 ,对北京市节能住宅间歇供暖特性进行了模拟分析 。结果表明 ,在满足温 度舒适的前提下 ,采用上班停暖的间歇供暖方式 ,全楼平均节能率不超过 10 % ,且不会出现供 暖房间水管冻坏问题 ;少数房间间歇供暖能耗比连续供暖能耗大 ;间歇供暖可使各房间最大热 负荷增大 25 %～58 % ;内 、外保温方式对间歇供暖能耗的影响较小 。
图 1 计算对象平面图
2. 1 围护结构参数 外墙为 240 mm 砖墙 ,采用聚苯板保温 ,厚度
为 40 mm ,传热系数为 01 75 W/ ( m2 ·K) 。内墙为 240 mm 砖墙 。屋顶为 70 mm 现浇钢筋混凝土 ,采 用聚苯板保温 ,厚度为 50 mm ,其传热系数为 01 77 W/ (m2 ·K) 。楼板为 80 mm 钢筋混凝土 。门为 单层木门 ,外窗为单层塑钢窗 (1 500 mm ×1 500 mm) 。 2. 2 室内供暖参数
常按照连续供暖工况进行设计 ,间歇供暖运行方式 给设计和运行管理带来了不少问题 ,例如 ,供暖系 统容量应该如何确定 ? 何种建筑保温形式对间歇 供暖比较有利 ? 间歇供暖的节能效果究竟如何 ? 如何确定运行模式 ? 是否应像“人走灯灭”一样“人 走暖停”? 停暖期间室内水管和设备是否有冻坏的 危ห้องสมุดไป่ตู้ ,是否应设置低温供暖 ? 这些都是目前在实际
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c) 每天停 8 h :7 :00～11 :00 ,13 :00～17 :00 停 暖 。这是住户在近处上班 、中午回家的情况 。
d) 每天停 10 h :7 :00～17 :00 停暖 ,其他时间 供暖 。这是住户在远处上班 、中午不回家的情况 。
★ Tsinghua University , Beijing , China
0 引言 我国北方地区建筑供暖能耗很大 ,供暖锅炉还
是北方城市的主要污染源 。目前国家正在大力推 进城市住宅供暖体制改革 ,实现住宅供暖按户计量 收费 ,以提高居民的节能意识 ,使居民主动采取节 能行为 ,以减少供暖能耗 。为此越来越多的住宅将 采用人在供暖 、人走停暖的间歇供暖方式 。间歇供 暖可以使供暖时间大幅度减少 ,人们通常认为它可 以大幅度减少供暖能耗和费用 ,产生十分显著的行 为节能效果[1] 。这也是促使国家大力推行供暖分 户调控计量技术的重要因素之一 ,尽管为此必须付 出供暖系统投资大幅度增加的巨大代价 ,并带来一 系列技术和政策上的难题 。以往住宅供暖系统通
关键词 住宅 间歇供暖 热工特性 计算机模拟 能耗分析
Si m ul a ti o n a n d a n a l ysis of i nt e r mitt e nt h e a tin g i n resi d e nti al b uil din gs
By Li Zhaojian ★ , Jiang Yi and Yan Da
☆ 李兆坚 ,男 ,1962 年 8 月生 ,在读博士研究生 ,研究员 (总装备 部工程设计研究总院) 100084 北京清华大学建筑技术科学系 (010) 62777140/ 66358595 EΟmail : liΟzj03 @mails. t singhua. edu. cn
收稿日期 :2004 09 22 修回日期 :2004 12 29
间歇供暖时 ,建筑物经历十分复杂的动态热工 变化过程 ,其影响因素繁多 ,包括建筑物的形状 、房 间位置 、围护结构各部分的尺寸 、材料热工性质 、保 温形式 、室外气象参数在整个供暖季的变化情况 、 太阳辐射 、冷风渗透 、户内各房间通风状况 、住户作 息规律 、室内设备发热量 、家具 、间歇时间与间隔 等 。由于间歇供暖过程的计算分析太复杂 ,以往一 些研究人员采用现场调查或对一个房间进行试验 测试的方法进行研究[2～4] 。但由于现场实测方法 很难对众多的影响因素进行准确的控制和分析 ,而 且难以考虑建筑物内各房间的相互影响 ,因此该方 法存在较大的局限性 。另一些研究人员采用解析 法进行定量分析研究[5～8] ,为了能够求解 ,作许多 简化假设 ,剔除许多复杂因素的影响 ,因而可能造 成较大的计算误差 。因此上述研究结果差别较大 , 甚至相互矛盾 。本文采用计算机模拟的方法 ,应用 住宅建筑热环境模拟工具包 DeS TΟh ,对整栋建筑 各房间间歇供暖的热负荷 、能耗 、室内温度等参数 的变化特性进行逐时全工况多参数综合动态数值 模拟计算 。该软件采用状态空间法进行计算[9] ,其 计算准确性得到了实测数据的验证[10] ,并已在大 量实际工程中应用 。 2 计算对象
根据普通居民的实际生活规律 ,将供暖运行方 式分为下列 4 种情况进行计算 :
a) 连续供暖 。 b) 每天停 2 h : 7 : 00～9 : 00 停暖 。这是住户 退休在家的情况 。
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A bs t r a ct Si mulates a nd a nalyses t he cha racte ristics of a n i nte r mit te ntly heate d e ne rgy savi ng reside ntial buildi ng i n Beiji ng , by mea ns of w hole p r ocess si mulation i n or de r t o k now e ne rgy savi ng eff ects , p r op e r heati ng cap acit y , bet ter p at ter n of i nsulation of buildi ng e nvelop es , a nd eff ective a ntiΟf reezi ng measures . The result s hows t hat t he average e nergy savi ng rate usi ng i nter mit te nt heati ng i n t he w hole buildi ng is less t ha n 10 p e rce nt if t he heati ng syste m st ops eight h ours p e r day duri ng t he day ti me on t he p re mise of satisf yi ng re quire d comf ort te mp erat ure ; water p ip e f reezi ng does not occur i n a ny heate d r oom ; t he heati ng e ne rgy consump tion i n a f ew r ooms is large r t ha n t hat usi ng conti nuous heati ng ; t he maxi mum heati ng loa d usi ng i nte r mit te nt heati ng is 25 t o 58 p e rce nt highe r t ha n t hat usi ng conti nuous heati ng ; t he i nsulation p at t er n of buildi ng e nvelop es has lit tle i nf lue nce on e nergy consump tion usi ng i nte r mit te nt heati ng.
根据一些测试和经验数据来设定通风参数 。 北向房间与外界的通风换气次数为 01 8 h - 1 ,南向 房间与外界的通风换气次数为 01 5 h - 1 ,阳台与外 界的通风换气次数为 4 h - 1 ,阳台内门与室内的通 风换气次数为 01 5 h - 1 。房间互相连通 ,通风换气 次数 : 夜 间 ( 23 : 00 ～ 7 : 00 ) 01 5 h - 1 , 其 他 时 间 2 h - 1 。楼梯间与门厅的通风换气次数为 2 h - 1 。外 界与楼梯间的通风换气次数根据楼梯间温度场的 实测数据[11 ] 计算确定 :1 层 12 h - 1 ,2 层 6 h - 1 ,3 层 01 5 h - 1 。 2. 4 间歇供暖运行方式
除了阳台和门厅以外 ,其他房间均设置散热 器 。供暖室内温度设定为 18 ℃, 厨房室温为 16 ℃。卧室最多 2 人 ,客厅最多 3 人 ,每人发热量为 53 W 。卧室和客厅照明的最大发热量为 5 W/ m2 (平均为 11 15 W/ m2 ) ,客厅设备的最大发热量为 10 W/ m2 ( 平 均 为 11 85 W/ m2 ) 。窗 帘 为 开 启 状 态。 2. 3 通风参数设定
a) 能耗/ GJ 4178 4181 1152 1152 7148 7152 5106 5105 97 97
由于本文主要研究目的是要确定间歇供暖的 最大节能率 、分析不同位置房间的间歇供暖特性差 别 ,因此在选择计算对象时 ,在保留各种房间类型 的前提下 ,尽可能减少相同类型的房间数 。另外 , 由于体型系数较大的建筑物间歇供暖的节能效果 通常较好 ,因此应选择体型系数较大的建筑物作为 计算对象 。根据该原则 ,对北京市一栋满足 1997 年北京市住宅节能标准的 4 单元 5 层住宅楼进行 简化 ,取 1 单元作为计算对象 ,层数为 3 层 ,层高为 21 7 m ,体型系数为 01 44 。建筑平面见图 1 。由表 1 计算出的连续供暖耗热量指标为 181 2 W/ m2 。
Ke yw or ds reside ntial buil di ng , i nte r mit te nt heati ng , t he r modyna mic c ha racteristics , comp ute r si mulation , e ne rgy consump ti on a nalysis
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暖通空调 HV &A C 2005 年第 35 卷第 8 期 技术交流 ·111 ·
设计工作和居民实际生活中经常遇到 、争议较大 、 迫切需要研究解决的问题 。本文针对这些实际问 题 ,采用供暖期全工况多参数综合动态数值模拟的 方法 ,对整栋住宅建筑间歇供暖的热负荷 、能耗 、室 内温度等参数的变化特性进行了模拟计算和定量 分析 ,为住宅建筑热工设计 、供暖系统设计和运行 模式的合理确定提供依据 。 1 研究方法
下 ,供暖期室内温度变化 、供暖热负荷和能耗进行
逐时模拟计算 ,主要结果见表 1 ,2 和图 2～4 。
表 1 供暖季总能耗统计表
运行方式
1#
2#
3#
4#
全楼
(2 层北边) (2 层南中) (3 层北边) (3 层南边)
内外内外内外内外内外
保温 保温 保温 保温 保温 保温 保温 保温 保温 保温