092 建筑耗热量稳态算法分析

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1、稳态计算方法计算建筑耗热量指标中的几个问题清华大学建筑节能研究中心燕达、张野、刘烨、李婷、吴如宏摘要规范[1]上给出的计算建筑耗热量指标的稳态算法，包括通过围护结构的传热耗热量、空气渗透耗热量、建筑内部得热三个方面，其中围护结构传热耗热量一项计算复杂，对结果影响重大，是计算的关键。本文就稳态算法中围护结构传热耗热量计算的几个影响因素进行分析，主要探讨地面传热量计算、太阳辐射得热量计算、围护结构传热系数计算三个问题，通过比较不同算法对以上问题的影响，研究稳态算法计算建筑耗热量指标的可应用性。关键字稳态算法；围护结构传热耗热量1前言建筑耗热量指标

2、是评价建筑能耗水平的重要指标，在规范[1]中通过建筑耗热量指标的稳态算法（以下简称稳态算法），计算1980~1981年通用设计的住宅的建筑耗热量指标，来确定节能前建筑能耗的基准水平的，同样通过规范上的稳态算法，可以计算设计建筑的耗热量指标，与基准水平对比，来评价设计建筑是否达到预定的节能目标。由此可见，稳态算法的计算准确性对设计建筑是否能真正实现既定节能目标的关键，也是正确评价建筑采暖能耗水平的关键。稳态算法中建筑耗热量指标由围护结构的传热耗热量、空气渗透耗热量、建筑内部得热量三个指标确定，其中，围护结构的传热耗热量计算最复杂，对结果影响重大

3、。本文就稳态方法中影响围护结构传热耗热量的几个因素进行分析，并通过建筑算例计算，探讨地面传热量计算、太阳辐射得热量计算、围护结构传热系数计算三个问题，研究稳态算法的计算准确性。2地面传热计算地面传热量有三种常见计算方法：基于外温的地面平均传热系数法、基于地温的地面平均传热系数法、基于外温的地面划分地带计算法。基于外温的地面平均传热系数法是采用室内外空气温度差，并利用对地面传热系数的修正来考虑地面通过土壤与室外空气换热的热阻；基于地温的地面平均传热系数法则不考虑室内地面通过土壤与室外空气的换热，直接采用室内温度与室外地温之差进行计算；而基于外温

4、的地面划分地带计算法是考虑到室内热量通过地面传到室外的路程长短不同，而热阻也相应有所不同，因此对室内地面划分不同的地带，并采用不同的传热系数进行计算。由于基于外温的地面划分地带计算法采用的传热系数是考虑了距离外墙远近不同导致土壤传热热阻不同的综合传热系数，因此比较好的反映了地面传热的实际状况，是应该选用的算法。基于外温的地面平均传热系数法计算建筑耗热量时，单位面积的地面传热耗热量为：(2.1)式中：Q1—单位面积地面传热耗热量，kWh/(m2·a)εf—地面传热系数的修正系数，取0.6；Kf—地面的平均传热系数，W/(m2·K)；N—供暖期小

5、时数，h；tout—室外空气温度，℃；tin—室内控制温度，℃；基于地温的地面平均传热系数法在计算建筑耗热量时，具体计算方法为：(2.3)式中：tg—供暖期平均地温，℃；其他符号同前。采用基于外温的地面划分地带计算法时，工程上一般采用近似方法计算，把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，对应每个地带取不同的传热系数进行计算[2]。单位面积地面传热耗热量的计算公式为：(2.2)式中：A—地面总面积，m2；Am—各地带地面面积，m2；Km—各地带地面的传热系数，W/(m2·K)；其他符号同前。以北京地区为例，参考北京典型年逐时气象数据，tout取

6、0.16℃，tin取18℃，供暖期122天，即N=24×122=2928h。建立地面面积为52m×10m的建筑模型，地面传热系数Kf=4.08W/(m2·K)，根据以上三种方法计算得到单位面积地面传热耗热量如表2.1：表2.1基于三种方法的地面传热耗热量计算基于外温的地面平均传热系数法基于地温的地面平均传热系数法基于外温的地面划分地带计算法单位面积地面传热耗热量kWh/m2•a13010118图2.1基于三种方法的地面传热耗热量比较根据以上结果可以看出，三种算法的结果相差甚远，前两种算法中地面传热系数的取值直接决定计算结果，当取值不考虑土壤热

7、阻、仅考虑地面构造做法的热阻时，计算结果显然偏大很多，同时算法二没有体现地面通过土壤与室外空气的换热，对进深不大的地面影响很大。3太阳辐射得热量计算文献[1]中，单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量按照下式计算：(3.1)式中：Q2—单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量，kWh/(m2·a)εi—围护结构传热系数的修正系数；Kni—围护结构的平均传热系数，W/(m2·K)；Fi—围护额结构的面积，m2；A0—建筑面积，m2；N—供暖期小时数，h；tout—室外空气温度，℃；tin—室内控制温度，℃；式中，通过围护结构传热系数修正系数来体现太阳

8、辐射得热量对建筑耗热量的影响，本节通过对算例应用逐时气象数据模拟计算的方法来检验稳态算法中修正系数法的准确性。对式(3.1)中的修正系数ε分别按照文献[1]取值和全