冬季供暖系统负荷计算用的室外综合计算温度

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1、冬季供暖系统负荷计算用的室外综合计算温度　　清华大学洪天真江亿 1引言　　确定合理的室外计算温度，是冬季供暖系统负荷计算中的一个关键问题，也是长期以来未能得到合理解决的问题之一。众所周知，室外气象时刻变化着，如果选取最不利的气象条件(最冷天)去设计供暖系统，那么，一方面由于设备负荷计算偏大，造成散热器、供回水管道及锅炉等设备偏大；另一方面由于设备常处于低负荷运行状态，效率很低。反之，如果选取暖和日子的气象条件去设计供暖系统，可能满足不了设计要求的室温。多年来，不少学者曾对室外计算温度的合理选取进行过研究。近年来由于节能的要求，这个问题更受到

2、人们的重视，同是由于建筑热过程理论的发展，对它也进一步提供了科学依据。各国在编制有关规范和法规时，对室外计算温度了有专门条文，并不断采纳新的研究成果，及时修改有关内容，并使之便合理。　　苏联在40年代是采用查普林教授提出的公式来确定供暖室外计算温度θw，即：　　　　　　　　　　θw=0.4θp1+0.6θmin(1)　　式中，θp1为当地历年最冷月平均气温的平均值，θmin为当地曾出现过的小时气温的最小值。　　美国的ASHRAE手册，1949年推荐采用当地历年气温记录中12月、1月、2月全部小时数据中相应保证率为97.5%的气温作为当地的供

3、暖室外计算温度。后来由于重视了围护结构的蓄热特性，1959年把原来按冬季各小时气温的百分率统计法，改为按冬季均气温的百分率统计法，并且建议供暖室外计算温度的确定应随室内气温允许的波动幅度而不同。1975年ASHRAE标准90-75在《新建筑物设计节能》中规定，供暖设计应选取满足当地97.5%气温需要的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%气温需要的温度作为室外计算温度。　　英国IHV掼根据允许的极端概率，给出英国及其它国家在各种条件下的室外计算温度，它们

4、考虑了建筑物的体积及其热惰性，也考虑了供暖设备超负荷容量的临界系数。　　我国70年代以前沿用苏联的作法，后来采用类似美国的保证率统计法。GBJ19-87不保证率来确定室外计算温度，这种作法以实际30年的气象数据为基础，进行概率统计，得到日平均不保证时间为五天的温度值，作为室外计算温度。以北京地区为例，日平均温度不保证五天相当于外温不保证率为5/126=4%，这时北京地区的室外计算温度为-9℃。这种作法虽然考虑了外温的随机波动特征，比直接采用最不利外温加权值前进了一大步，但是还存在一些不合理的地方：　　●供暖设计负荷不仅与外温有关，而且与太阳

5、辐射及风速风向有关，这些气象参数随时间随机变化着，且相互之间存在相关关系。因此很难用统计的方法确定多因素的不保证率下的室外计算温度。　　●外温不保证率与室温不保证率是本质不同的两个概念。由于建筑物的热特性，外温经衰减、时间延迟才进入室内，造成室温的变化。因此合理的设计依据是室温不保证率，而不是外温不保证率。　　●建筑物的热特性并不等同于单一围护结构的热特性。JGJ24-86《民用建筑热工设计规程（试行）》规定，围护结构的冬季室外计算温度应根据围护结构热惰性指标D来确定，D值越小，室外计算温度选得越低。实际上，建筑物的热惰性学在很大程度上取决

6、于它的外窗墙比，仅由外墙的D值并不能全面反映建筑物的热惰性。　　●室外气象参数的随机性造成室温是随机过程，在给定设计要求室温下，室温不保证率是随机变量，它服从一定的概率分布，因此应从概率意义上去理解室温不保证率。　　本文试图采用随机分析的方法，根据随机气象模型和状态空间建筑模型，直接求解自然室外温随机过程，得到冬季供暖期的自然室温的概率分布，从而求得室外综合计算温度。前者充分考虑室外气象的随机性与建筑物热特性的综合作用，是根据室温不保证率的概率分布求得的。以它为依据，用稳态传热法计算供暖负荷，就能达到设计要求的室温不保证率及其概率信度。　　

7、2室外综合计算温度求解过程　　供暖期的室温θa（t）可看成自然室温θ（t）与供暖温升Δθh（t）之各，即　　θa（t）=θ（t）+Δθh（t）（2）　　其中，自然室温θ（t）是指建筑物在无供暖设备情况下的室温，供暖温升Δθh（t）指供暖造成的室温的升高值。　　室外气象随机过程可分解为确定（期望）过程与零均值的随机过程之和，它们作用在建筑物上，造成自然室温θ（t）也可分解为确定室温θd（t）与零均值随机室温θs（t）之和，即　　θ（t）=θd（t）+θs（t）（3）　　房间进行供暖，就是向房间提供热量，使确定室温θd（t）提高。当供暖系统向室

8、内投入的热量为Q时，按稳态传热计算，室温将升高的幅度Δθh为　　　　　　　　　　　　　　（4）　　式中，Ki和Fi分别表示第i个外围护体的传热系数及传热面积，ρ和Cp分别为空气的