西藏典型氣候條件下供暖居住建筑節(jié)能設(shè)計的修正方法

西藏典型氣候條件下供暖居住建筑節(jié)能設(shè)計的修正方法

0太陽能在藏開展建筑節(jié)能中的應(yīng)用在中國的供暖地區(qū)，西藏的太陽能資源最為豐富。年日照時間為29034小時，年總輻射熱量為70004400mj。因此，我們必須首先考慮德國的太陽能利用。同時,在世界屋脊的西藏進(jìn)行節(jié)能降耗,除了節(jié)約來之不易的常規(guī)能源本身,還對西藏的大氣環(huán)境和異常珍貴而脆弱的獨特高原生態(tài)環(huán)境資源的保護(hù)具有更加深遠(yuǎn)的意義。在我國的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中,反映節(jié)能建筑利用太陽能的基本參數(shù)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)朝向修正系數(shù)?，F(xiàn)行節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)雖然規(guī)定了拉薩、噶爾、日喀則等典型城市的供暖能耗指標(biāo),卻沒有給出相應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)朝向修正系數(shù),因此需要結(jié)合西藏的氣候進(jìn)行研究、補充和完善。1西藏中部冷卻期的地區(qū)、發(fā)酵西藏分別屬于三個建筑熱工設(shè)計分區(qū):藏北地區(qū)屬于嚴(yán)寒區(qū),日喀則—拉薩—林芝沿雅魯藏布江河谷一線的西藏中部地區(qū)屬于寒冷區(qū),喜馬拉雅山南麓的藏南地區(qū)則以其旖旎多姿的亞熱帶風(fēng)光屬于溫和地區(qū)。西藏自治區(qū)的絕大多數(shù)城鎮(zhèn)和人口都集中在日喀則—拉薩—林芝沿雅魯藏布江河谷一線的西藏中部寒冷地區(qū),該地區(qū)與夏熱冬冷地區(qū)的重慶、武漢、上海等緯度相同,但全年平均溫度偏低,氣溫年較差小、日較差大的特點特別明顯。拉薩、昌都、日喀則等地的氣溫年較差為18～20℃,而武漢、南京是26℃。拉薩、昌都、日喀則等地氣溫日較差為14～16℃,而成都、長沙、南昌為7℃。在全國寒冷地區(qū)城市中,拉薩與北京的供暖度日數(shù)幾乎相同,但拉薩的供暖期比北京長,而日供暖負(fù)荷不大,夏季不需要空調(diào)。西藏中部寒冷地區(qū)還是全國太陽輻射量最大的地區(qū)。著名的日光城拉薩年日照時間為3005h,比同緯度的東部地區(qū)日照總時間多1000h左右,為利用太陽能節(jié)能降耗提供了有利條件。2計算模型2.1屋頂保溫構(gòu)造構(gòu)造一個7層樓的建筑模型,平面尺寸30m×20m,層高3m,北向窗墻面積比取0.25,南向窗墻面積比分別取0.25,0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,窗戶均為雙層玻璃窗,傳熱系數(shù)取2.3W/(m2·K)。屋頂采用聚氨酯外保溫構(gòu)造(參數(shù)見表1),傳熱系數(shù)為0.52W/(m2·K);外墻采用加氣混凝土外保溫構(gòu)造(參數(shù)見表2),傳熱系數(shù)為0.61W/(m2·K);地板架空,保溫構(gòu)造與屋頂相同。屋頂、外墻外表面太陽輻射吸收率取0.7,窗玻璃的太陽輻射透過率取0.75,窗玻璃有效面積系數(shù)取0.7。2.2建筑逐時熱負(fù)荷計算室內(nèi)空間連續(xù)供暖,溫度為18℃,室外取典型氣象年氣象參數(shù),采用動態(tài)法計算房間逐時熱負(fù)荷,包括外墻、屋頂、外窗、空氣滲透熱負(fù)荷和內(nèi)部得熱幾項,計算式為Q=Qr+Qwa+Qwi+Qi?Qc(1)Q=Qr+Qwa+Qwi+Qi-Qc(1)式中Q——房間逐時熱負(fù)荷,W;Qr,Qwa——外墻、屋頂逐時熱負(fù)荷,W,采用板壁傳熱反應(yīng)系數(shù)法計算;Qwi——外窗逐時熱負(fù)荷,W,包括溫差傳熱負(fù)荷和太陽輻射得熱負(fù)荷兩部分,其中太陽輻射得熱量采用太陽輻射負(fù)荷房間反應(yīng)系數(shù)法計算;Qi——空氣滲透逐時熱負(fù)荷,W;Qc——建筑內(nèi)部得熱量,W,取3.8A0,A0為建筑面積。Qi按下式計算:Qi=(ti?te)cpρNV(2)Qi=(ti-te)cpρΝV(2)式中ti——室內(nèi)溫度,取18℃;te——室外逐時溫度,℃;cp——空氣比定壓熱容,取0.28Wh/(kg·℃);ρ——空氣密度,kg/m3,取對應(yīng)te的值;N——換氣次數(shù),居住建筑取0.5h-1;V——換氣體積,m3,按V=0.65V0計算,V0為建筑物體積。房間逐時熱負(fù)荷在供暖期內(nèi)的總和為∑Q,即為全年供暖能耗量,分圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面有、無太陽輻射作用兩種情況計算。2.3供暖期能耗及圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積q對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面無太陽輻射的情況,供暖期內(nèi)動態(tài)計算的全年供暖能耗量等于穩(wěn)態(tài)計算的供暖能耗量,即∑Q=24Z???????????∑j=1mKjFj(ti?teˉˉˉ)+(ti?teˉˉˉ)cpρNV?Qc???????????(3)∑Q=24Ζ[∑j=1mΚjFj(ti-teˉ)+(ti-teˉ)cpρΝV-Qc](3)式中∑Q——全年供暖能耗,Wh;24——換算系數(shù),h/d;Z——供暖期時間,d;m——圍護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量;Kj——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),W/(m2·℃);Fj——圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積,m2;teˉˉˉteˉ——供暖期室外平均溫度,℃。對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面有太陽輻射作用的情況,供暖期內(nèi)動態(tài)計算的全年供暖能耗量比無太陽輻射的情況小,為便于設(shè)計計算仍然采用穩(wěn)態(tài)計算式,這時需要對圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進(jìn)行修正,即∑Q=24Z???????????∑j=1mεjKjFj(ti?teˉˉˉ)+(ti?teˉˉˉ)cpρNV?Qc???????????(4)∑Q=24Ζ[∑j=1mεjΚjFj(ti-teˉ)+(ti-teˉ)cpρΝV-Qc](4)式中εj——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)。3傳熱系數(shù)修正系數(shù)對于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面無太陽輻射作用的情況,圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分逐時熱負(fù)荷均為正值。而對于有太陽輻射作用的情況,由于南向窗戶太陽輻射得熱量大,不僅抵消了溫差傳熱損失,而且還使得整個房間熱負(fù)荷在中午前后為負(fù)值,能耗為零,這時認(rèn)為房間多余的熱量被散出。因此南向窗戶太陽輻射得熱對房間熱負(fù)荷的影響并不與窗墻面積比呈線性關(guān)系,即南窗的修正系數(shù)是變化的。圖1給出了窗墻面積比從0.25變化到0.50時南窗傳熱系數(shù)修正系數(shù)?？梢娔洗皯?yīng)采用變系數(shù)修正,按照不同的窗墻面積比取不同的修正系數(shù)。計算得出了拉薩圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)值,見表3。與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)提供的其他城市圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)值相比,拉薩南墻和屋頂?shù)男拚禂?shù)值是最小的,南窗的修正系數(shù)為負(fù)值,而且隨著窗墻面積比增大,修正系數(shù)變大。4修正系數(shù)值