低能耗建筑戶間傳熱的探究

劉 陽

(天津市市政工程設計研究院，天津 300392)

低能耗建筑戶間傳熱的探究

劉 陽

(天津市市政工程設計研究院，天津 300392)

本研究通過理論公式的推導對不同節能率下的低能耗建筑戶間傳熱的特性進行了分析，根據計算得出的戶間傳熱量及平衡溫度的數據，得出了即使是節能等級高的建筑，戶間傳熱的影響仍不容忽視的結論。

低能耗建筑，嚴寒和寒冷地區，戶間傳熱

1 概述

1.1 國內建筑節能體系的研究介紹

我國的建筑節能始于20世紀80年代。根據我國建筑具體狀況，設計建筑節能分為四步走，每一步在原來的基礎上節能30%。建筑能耗計算的起點，是以1980年—1981年一棟三單元6層磚混結構的居住建筑的能耗為基礎[1]。目前，我國的建筑節能，已經由嚴寒和寒冷地區拓展到夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區。北方嚴寒和寒冷地區，目前按照第三步節能目標，推進建筑節能；北京、天津等城市已經開始按照第四步節能目標，推進建筑節能。

近些年，我國開始對低能耗建筑進行研究和試驗。政府和德國進行了一系列的低能耗建筑合作項目。中德合作的秦皇島的“在水一方”項目和哈爾濱的辰能溪樹庭院項目均為中德合作的被動房試點建筑。2011年9月在黑龍江省哈爾濱哈西地區進行了辰能溪樹庭院的奠基，中德合作雙方已將辰能溪樹庭院二期項目中的一棟樓作為了被動房示范，在吸收德國標準的基礎上并且結合我國建筑的實際情況，在屋面、外窗、外墻、供暖系統、制冷系統、新風等方面都進行節能設計[2]。

1.2 本文的分析重點

通過分析節能等級分別為節能65%和被動式建筑采暖時戶間的傳熱情況，結合平衡溫度、戶間傳熱量的理論推導來研究不同節能率下建筑的戶間傳熱情況，比較其傳熱特點[3]。

2 低能耗建筑戶間傳熱的研究

2.1 建筑模型的選取

以哈爾濱某建筑為原型，對節能等級分別為節能65%和被動式建筑進行分析。

該建筑的平面圖如圖1所示。哈爾濱某建筑圍護結構的傳熱系數見表1。

表1 哈爾濱某建筑圍護結構的傳熱系數

圍護結構外墻W/(m2·K)地面W/(m2·K)樓板W/(m2·K)內墻W/(m2·K)外窗W/(m2·K)屋頂W/(m2·K)室內采暖溫度tn被動式建筑0．150．151．51．50．80．1518節能65%建筑0．450．21．51．520．318

將下列6種不同位置的房間作為典型用戶，分別設置為不采暖房間研究：

類1:底層山墻不采暖。

類2:底層中間用戶不采暖。

類3:中間層山墻用戶不采暖。

類4:中間層非山墻用戶不采暖。

類5:頂層山墻不采暖。

類6:頂層中間用戶不采暖。

2.2 理論公式推導

對一般的典型用戶而言，其熱平衡方程為：

Q1=Q2+Q3

(1)

其中，Q1為典型用戶用戶熱表讀值；Q2為典型用戶耗熱量；Q3為典型用戶戶間傳熱，若典型用戶停熱，則其值為負。

顯然，Q1≥0，當典型用戶不采暖時:

Q1=Q2+Q3=0

(2)

Q2=(∑Kw·Aw+CpρNV)·(tn-tw)τ=a(tn-tw)τ

(3)

Q3=∑Kn·Aw·(ti-tn)τ=b(tn-ti)τ

(4)

聯立上式可解得典型用戶的最終室內溫度為：

(5)

則典型用戶與臨室的溫差：

(6)

將式(6)代入式(4)中，可計算出典型用戶通過臨室得到的戶間傳熱量：

(7)

當典型用戶無人員居住時，室內得熱量可取0，此時，其正常供熱狀態下的耗熱量指標為：

Q4=(∑Kw·Aw+CpρNV)·(ti-tw)τ=a(ti-tw)τ

(8)

將式(2)與式(7)相比，可求得戶間傳熱量占耗熱量指標的比例：

(9)

其中，Kw為典型用戶外圍護結構綜合傳熱系數；Aw為典型用戶外圍護總面積；tn為典型用戶最終室內溫度；tw為采暖期平均室外溫度；ti為臨室設計采暖溫度；τ為采暖周期時長；a為總綜合耗熱量系數；b為總綜合得熱量系數；Q4為若典型用戶采暖時，其耗熱量指標。

觀察式(8)可知，由于設計室內采暖溫度及室外平均溫度一定，哈爾濱地區分別取18 ℃和-8.5 ℃，因此，采暖戶間傳熱比例僅取決于典型用戶的室內平衡溫度。表2是根據式(4)和式(6)所計算的整棟樓其他房間均按照室內溫度為18 ℃采暖，而典型用戶不采暖時的與臨室戶間傳熱量和其室內平衡溫度。

表2 65%節能建筑及被動式典

由表2及圖2可知，由于被動式建筑外保溫性能良好，與節能65%建筑相比，當典型用戶不采暖時，其溫度更高，且通過臨室傳熱的得熱量更小。節能65%建筑典型用戶不采暖時，室內平衡溫度在6.2 ℃～13.5 ℃，與臨室溫差最高達到11.8 ℃，被動式建筑中有用戶不采暖時，其室內平衡溫度在9 ℃～14.9 ℃，與臨時最大溫差達到9 ℃。因此，可以得出結論：保溫性能越好的建筑，當某一用戶不采暖時，其室內平衡溫度越高，但戶間傳熱量越小，即對臨室的影響越小；兩種建筑典型用戶溫度最低的是第五類用戶，即頂層山墻用戶，溫度最高的是第四類用戶，即中間層非山墻用戶。

根據式(9)可以得出戶間的傳熱比例，數據匯總在表3中，并作出圖3。

表3 65%節能建筑及被動式典型用戶戶間傳熱比例

觀察圖3并結合表3中的數據可知，外圍護結構性能越好，戶間傳熱所占耗熱量指標的比例也隨之增大，節能65%建筑的戶間傳熱比例在55%～83%之間，被動式住宅的戶間傳熱比例在63%～88%之間，這是因為分戶墻及樓板的傳熱系數較大，因此，在節能等級較高的建筑中，同樣不能忽視戶間傳熱所帶來的影響。

3 結語

被動式建筑中與節能65%的建筑相比較，前者的不采暖房間平衡溫度更高，通過臨室的戶間傳熱量也更小。但是，節能等級高的建筑，戶間傳熱的影響仍不容忽視，因此，即使是節能效果好的建筑，在進行熱費計量時也需要考慮戶間傳熱帶來的影響。

[1] 劉婷婷.嚴寒地區低能耗建筑節能指標體系及系統的初步研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學碩士學位論文，2013:15.

[2] 張 炎.中德合作推廣被動式超低能耗建筑新技術[N].中國建材報，2011-09-07.

[3] 王隨林，李麗萍.不同居住建筑戶間傳熱問題的探討[J].新型建筑材料，2002(7)：67-68.

A study on heat transfer among households of low energy consumption building

Liu Yang

(TianjinMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute，Tianjin300392,China)

This study was carried out through the analysis of the theoretical formula characteristics of low energy consumption building energy saving rate of heat transfer between households in different contexts. According to the calculated heat transfer among households and temperature data, we can conclude that even if in the low energy consumption buildings, effects of heat transfer between households still can not be ignored.

low energy buildings, cold areas, heat transfer between households

1009-6825(2017)20-0190-03

2017-05-05

劉 陽(1991- ),男,助理工程師

TU201.5

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