基于高校建筑的采暖室外計算溫度取值

楊黎黎 齊尚榕 任永忠

1 蘭州工業學院土木工程學院

2 甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司

0 引言

隨著國民經濟的日°C提高，能耗問題日漸突出。節能減排作為世界熱點問題和我國的戰略發展產業，越來越受到社會的關注。2017 年1 月，國務院下發了“十三五”節能減排綜合工作方案，其中特別指出加強重點領域節能，提升工業，建筑，交通，商貿，農村，公共機構和重點用能單位能效水平[1]。而高校屬于高用能單位，由于資源配置不合理，能源利用不高效，使得高校的能源浪費極其嚴重，尤其對于北方地區，冬季采暖問題是最大的能源消耗之一，如何在此環境下，做到針對高校建筑的采暖節能措施是當務之急。

高校建筑的采暖設計要考慮其特殊性，主要表現為全年極冷時段為放假時間，若在采暖設計是繼續采用規范中室外計算溫度值，勢必會造成能源浪費，基于此，有必要找到適用于高校建筑的采暖室外計算溫度的取值方法，并對現行采暖室外計算溫度的參數進行修正。

1 采暖室外計算溫度的重要性

采暖室外計算溫度是計算室內熱負荷的一個重要參數。取值的高低直接影響供暖系統方案的選擇、供暖管道管徑的確定及散熱器等設備的選擇，關系到供暖系統的使用和經濟效果。若取值偏高，造成設備選型偏小、熱量供給不足的影響。反之，就會使供暖設備在多數時間里有富裕，造成初投資的浪費。

因此，對于建筑采暖設計來說，采暖室外計算溫度的精確取值不僅決定著建筑室內熱環境是否舒適，也決定著設備選取是否合適。

2 現行暖通規范采暖室外計算溫度的取值方法

我國的采暖室外計算溫度取值方法來源于美國不保證率統計法，工程技術人員根據這一原則和我國的氣象條件，得出了我國各地的采暖設計溫度，用于采暖設計[2]。

現行暖通規范[3-4]中對于采暖室外計算溫度的取值，是采用“歷年平均每年不保證五天的日平均溫度”的方法確定，統計年份宜取30 年。也就是說，將某城市30 年的室外日平均溫度羅列出來，由低到高排列，剔除不保證的150 天的日平均溫度，排序為151 的日平均溫度即為該城市的采暖室外計算溫度。

該方法針對連續采暖建筑，對于間歇采暖建筑的室外計算溫度取值并未說明，只是針對間歇采暖熱負荷計算采取間歇附加值，附加率根據保證室溫的時間和預熱時間等因素通過計算確定，規范[3-4]推薦下列數值選取：

1）僅白天使用的建筑物，間歇附加率可取20%。

2）對不經常使用的建筑物，間歇附加率可取30%。

用該方法得出的間歇采暖熱負荷值是一個粗略值，并不準確，且無法體現各間歇運行建筑的特點，適用于使用時間較隨機的建筑。為了使房間熱舒適性提高且能源損耗合理分配，就要將熱負荷計算精確化、準確化。因此，有必要針對間歇采暖建筑提出其采暖室外計算溫度的取值方法。

3 高校建筑采暖室外計算溫度取值

3.1 高校建筑采暖特殊性

高校作為教育和科研基地，是當代大學生學習和生活的重要場所，也是城市中耗能嚴重的單位。

高校建筑采暖的特殊性體現在采暖期內有一個月左右的寒假，在寒假時段內，無需考慮建筑內部熱舒適性的問題，而寒假恰好在采暖期內極冷時段，若不考慮這段時間室外氣象參數對室內的影響，在統計采暖室外計算溫度時，剔除這部分低溫，不保證五天的日平均溫度會升高，設計熱負荷會隨之降低，這樣就會使能源利用最大化，設備選型和管材設計也會節省一大批費用。

3.2 取值方法

考慮到高校建筑寒假不使用的特點，在統計高校采暖室外計算溫度時，應剔除寒假時段的室外日平均溫度，在剩余的溫度中，找到平均每年不保證五天的日平均溫度作為采暖室外計算溫度。

而采暖室外計算溫度值不僅與室外氣象參數有關，還應與建筑圍護結構特性，圍護結構的熱惰性，玻璃窗的傳熱空氣滲透以及采暖條件等因素相關[5]，應根據不同氣候區、不同建筑的特點，以不同不保證天數的日平均溫度確定合理的室外計算溫度[2]。故可依據高校使用時段的室外日平均溫度數據，給出不保證五天、不保證四天、不保證三天的采暖室外計算溫度供各地參考。

3.3 數據統計

根據《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（10JGJ26-2010）[6]和《民用建筑熱工設計規范》（GB50176-93）[7]對我國氣候分區的劃分，在各氣候區選取以下典型城市作為分析的對象，其中嚴寒B 區：哈爾濱；嚴寒C 區：西寧；寒冷A 區：蘭州；寒冷B 區：北京。

統計分析所用氣象數據來源于中國氣象局氣象信息中心氣象資料室發布的我國地面氣候資料數據集和氣象輻射資料數據集[8]，數據源為1971-2000 年氣象數據.本文選取寒假時段為1 月16 日～2 月24 日。

依據30 年氣象數據，可統計得到：北京室外日平均溫度低于規范值-7.5°C的天數中，處于寒假時段的溫度有71 天，占有47%。蘭州室外日平均溫度低于規范值-9.0°C的天數中，處于寒假時段的溫度有51 天，占有34%。西寧室外日平均溫度低于規范值-11.4°C的天數中，處于寒假時段的溫度有71 天，占有47%。哈爾濱室外日平均溫度低于規范值-24.2°C的天數中處于寒假時段的溫度有63 天，占有42%，見圖1。

圖1 各城市寒假時段低溫占不保證時段的百分比

從圖1 數據可看出，各城市寒假時段在不保證時段的占比很大，最大可到47%，說明寒假時段溫度確為低溫，若繼續沿用規范值設計采暖系統，勢必會造成極大浪費。因此，很有必要重新統計高校這類建筑的采暖室外計算溫度。

以蘭州為例，找到30 年氣象數據，剔除每年寒假時段（1 月16 日～2 月24 日）的室外日平均溫度，對剩余的間斷性室外日平均溫度進行升序排列，得到平均每年不保證天數為5 天的數值，即最低溫度排第151的日平均溫度為最終統計值，見表1，即為-8.0°C。

表1 蘭州市室外日平均溫度排序

其余選取的典型城市高校采暖室外計算溫度值，用同樣的方法，得到最終結果.考慮到各地氣候因素、圍護結構熱惰性、建筑人員分布等諸多因素，現列舉出針對各典型城市高校建筑，不保證天數為五天、四天、三天的日平均溫度作為參考值，具體結果見表2，重新統計得到的高校建筑采暖室外計算溫度變化值見圖2。

表2 高校建筑采暖室外計算溫度值

圖2 高校建筑采暖室外計算溫度變化值

3.4 設計熱負荷的影響

建筑設計熱負荷由基本耗熱量和附加耗熱量組成，本文只研究采暖室外計算溫度變化值對基本耗熱量影響情況，故忽略附加耗熱量，只計算基本耗熱量，根據熱負荷計算公式得到間歇采暖熱負荷變化率φ。

式中：tn為采暖室內計算溫度，°C；tw為現行規范采暖室外計算溫度值，°C；tw'為本文統計得到的高校采暖室外計算溫度值，°C；Q 為tw計算的圍護結構基本耗熱量，W；Q'為tw'計算的圍護結構基本耗熱量，W。

將統計得到的采暖室外計算溫度值代入式（1），可計算得到采暖熱負荷變化率，結果見表3。

表3 采暖熱負荷變化率

3.5 數據分析

從統計得到的數據可以看出，對于高校類建筑的采暖設計，考慮修正采暖室外計算溫度是很有必要的。從四個城市不保證五天的數據來看，各地的采暖室外計算溫度都增大，其中哈爾濱增加的最多，可增加1.5°C，蘭州增加的最少，也可增大1°C。不保證四天的數據各城市變化的較平均，平均增大0.75°C。不保證三天的數據，蘭州和哈爾濱未變化，北京和西寧也變化較小，可近似認為高校建筑（剔除寒假時段）不保證三天的日平均溫度和規范值接近。

采暖室外計算溫度的變化對熱負荷產生了影響。從四個城市不保證五天的數據來看，各地的熱負荷都減小，其中北京降低的最多，可減少5.1%，蘭州減少的最少，也可降低3.7%。不保證四天的數據中，四個城市最多可降低3.5%。不保證三天的數據，四個城市中最多也可降低1.6%。

4 結論

1）提出高校建筑采暖由于存在寒假時段不使用的特點，采暖室外計算溫度不應沿用規范值。并依據30 年室外氣象數據，對采暖室外計算溫度重新進行了統計。

2）給出了不保證五天、不保證四天、不保證三天的采暖室外計算溫度值，各地可根據自身經濟性、耐寒性、建筑圍護結構熱惰性、建筑人員分布等諸多因素確定適合自身的取值。

3）從最終統計的數據來看，所選典型城市中，采暖室外計算溫度值最多可提高1.5°C，采暖設計熱負荷最大可降低5.1%。這樣不僅使得采暖投資有所降低，還可將采暖設備效能得以充分利用。