西藏节能建筑围护结构传热系数朝向修正

西藏节能建筑围护结构

传热系数朝向修正

重庆大学　唐鸣放☆　王　　摘要　, 以拉萨典型气象

, , 得到了围护结构各朝向修正系数, 对南窗传热系数提出了变系数修正方法。

关键词　西藏　节能建筑　围护结构　传热系数　朝向修正系数

Ori e nt a ti o n c orre c ti o n f a c t ors t o t h e h e a t tr a nsf e r c o effi c i e nt

f or e n e r g y effi c i e n c y b uil di n g e n v e l o p e s i n Ti b e t

By T ang M ing fang ★, Wang Dong and F eng Y a

Abst r a ct 　The current e nergy efficiency design standard f or heated reside ntial buildings contains t he heating energy index but misses corresp onding a nd complete basic p arameters f or e nergy calculation f or Tibet , i. e. no orie ntation correction f act ors defined f or calculating t he heat t ransf er coefficient of building envelopes. Based on t he typical year weat her data of L hasa , dyna mically calculates t he heating load f or building e nvelopes using t he resp onse coefficient met hod , finds t he orientation correct f act ors , a nd p rop oses a variable f act or correction met hod f or sout h 2f acing windows.

Keywor ds 　Tibet , energy efficiency building , building e nvelope , heat t ra nsf er coefficie nt , orientation correction f act or

★Chongqing University , Chongqing , China

①

0　引言

在我国的供暖地区中, 西藏的太阳能资源最为

丰富, 年日照时间达2900～3400h , 年辐射总热量达7000～8400MJ/m 2, 因此在西藏开展建筑节能首先应该考虑太阳能的利用。同时, 在世界屋脊的西藏进行节能降耗, 除了节约来之不易的常规能源本身, 还对西藏的大气环境和异常珍贵而脆弱的独特高原生态环境资源的保护具有更加深远的意义。

在我国的节能设计标准中, 反映节能建筑利用太阳能的基本参数为围护结构传热系数朝向修正系数。现行节能设计标准虽然规定了拉萨、噶尔、日喀则等典型城市的供暖能耗指标, 却没有给出相应的围护结构传热系数朝向修正系数[1], 因此需要

结合西藏的气候进行研究、补充和完善。1　西藏气候特点

西藏分别属于三个建筑热工设计分区:藏北地区属于严寒区, 日喀则—拉萨—林芝沿雅鲁藏布江河谷一线的西藏中部地区属于寒冷区, 喜马拉雅山南麓的藏南地区则以其旖旎多姿的亚热带风光属于温和地区。西藏自治区的绝大多数城镇和人口都集中在日喀则—拉萨—林芝沿雅鲁藏布江河谷

①☆

唐鸣放, 女,1957年9月生, 博士, 教授

400045重庆市沙北街83号重庆大学B 区建筑城规学院

(023) 65120704

E 2mail :t mf @cqu. edu. cn 收稿日期:20060703修回日期:20060927

一线的西藏中部寒冷地区, 该地区与夏热冬冷地区的重庆、武汉、上海等纬度相同, 但全年平均温度偏

低, 气温年较差小、日较差大的特点特别明显。拉萨、昌都、日喀则等地的气温年较差为18～20℃, 而武汉、南京是26℃。拉萨、昌都、日喀则等地气温日较差为14～16℃, 而成都、长沙、南昌为7℃。在全国寒冷地区城市中, 拉萨与北京的供暖度日数几乎相同, 但拉萨的供暖期比北京长, 而日供暖负荷不大, 夏季不需要空调。西藏中部寒冷地区还是全国太阳辐射量最大的地区年日照时间为3总时间多1000h 供了有利条件。2　计算模型2. 1　建筑模型

构造一个7层楼的建筑模型, 平面尺寸30m ×20m , 层高3m , 北向窗墙面积比取0. 25, 南向窗

0. 7, 窗玻璃的太阳辐射透过率取0. 75, 窗玻璃有

效面积系数取0. 7。2. 2　动态能耗计算

室内空间连续供暖, 温度为18℃, 室外取典型气象年气象参数[2], 采用动态法计算房间逐时热负荷, 包括外墙、屋顶、外窗、空气渗透热负荷和内部得热几项, 计算式为

Q wi Q i -Q c 　　　(1)

; , 、屋顶逐时热负荷, W , 采用板壁

传热反应系数法计算[3];

Q wi ———外窗逐时热负荷, W , 包括温差传热

负荷和太阳辐射得热负荷两部分, 其

中太阳辐射得热量采用太阳辐射负荷房间反应系数法计算[3]; Q i ———空气渗透逐时热负荷,W ;

Q c ———建筑内部得热量,W , 取3. 8A 0, A 0为

墙面积比分别取0. 25, 0. 30, 0. 35, 0. 40, 0. 45,

0150, 窗户均为双层玻璃窗, 传热系数取213W/(m 2・K ) 。屋顶采用聚氨酯外保温构造(参数见表1) , 传热系数为0152W/(m 2・K ) ; 外墙采用加气混凝土外保温构造(参数见表2) , 传热系数为0. 61W/(m 2・K ) ; 地板架空, 保温构造与屋顶相同。屋顶、外墙外表面太阳辐射吸收率取

表1　屋顶构造

材料层名称

　

细石混凝土层聚氨酯保温层钢筋混凝土板水泥砂浆抹灰层

厚度/mm 导热系数/(W/

　

40

6015020

1. 510. 0371. 740. 93

建筑面积。

Q i 按下式计算:

ρN V Q i =(t i -t e ) c p

式中　t i ———室内温度, 取18℃;

t e ———室外逐时温度, ℃;

) ; c p ———空气比定压热容, 取0. 28Wh/(kg ・℃

(2)

ρ———空气密度,kg/m 3, 取对应t e 的值;

N ———换气次数, 居住建筑取0. 5h

-1

;

比热容/(kJ/

0. 921. 380. 921. 05密度/[**************]

V ———换气体积, m , 按V =0. 65V 0计算,

V 0为建筑物体积。

3

房间逐时热负荷在供暖期内的总和为

Q ∑

,

表2　外墙构造

材料层名称

水泥砂浆抹灰层聚氨酯保温层加气混凝土墙水泥砂浆抹灰层

厚度/mm 导热系数/(W/

20

2020020

0. 930. 0370. 220. 93

比热容/(kJ/1. 051. 381. 051. 05

m

密度/[1**********]800

即为全年供暖能耗量, 分围护结构外表面有、无太阳辐射作用两种情况计算。2. 3　传热系数修正方法对于围护结构外表面无太阳辐射的情况, 供暖期内动态计算的全年供暖能耗量等于稳态计算的供暖能耗量, 即

(3)

2

Q ∑

=24Z

j =1

∑K F

j

j

(t i -t e ) +(t i -t e ) c p ρN V -Q c

F j ———围护结构面积,m ; t e ———供暖期室外平均温度, ℃。

式中　

∑

Q ———全年供暖能耗,Wh ; Z ———供暖期时间,d ;

24———换算系数,h/d ;

m ———围护结构数量;

) ; K j ———围护结构传热系数,W/(m 2・℃

对于围护结构外表面有太阳辐射作用的情

况, 供暖期内动态计算的全年供暖能耗量比无太阳辐射的情况小, 为便于设计计算仍然采用稳态

计算式, 这时需要对围护结构

传热系数进行修

m

正, 即

(4)

∑Q

=24Z

j =1

εK ∑

j

j

ρN V -Q c F j (t i -t e ) +(t i -t e ) c p

照不同的窗墙面积比取不同的修正系数

。

ε式中　——围护结构传热系数修正系数。j —

3　结果分析

对于建筑围护结构外表面无太阳辐射作用的情况, 围护结构各部分逐时热负荷均为正值。而对于有太阳辐射作用的情况, 由于南向窗户太阳辐射得热量大, 不仅抵消了温差传热损失, , , 比呈线性关系, 。图1给出了窗墙面积比从0. 25变化到0. 50时南窗传热系数修正系数。可见南窗应采用变系数修正, 按

南墙

东墙

西墙

0. 88

1计算得出了拉萨围护结构传热系数修正系数值, 见表3。与节能标准提供的其他城市围护结构传热系数修正系数值相比, 拉萨南墙和屋顶的修正系数值是最小的, 南窗的修正系数为负值, 而且随着窗墙面积比增大, 修正系数变大。

西窗

0. 56

表3　拉萨围护结构传热系数修正系数

北墙

0. 96

屋顶

0. 66

东窗

0. 32

北窗

0. 81

-0. 12

1)

南窗

-0. 10

-0. 08

-0. 06

-0. 03

-0. 01

修正系数0. 660. 81　1) 此行数据为窗墙面积比。

4　结论

参考文献

[1]　中国建筑科学研究院. J G J 26—95　民用建筑节能设

计标准(采暖居住建筑部分) [S ].北京:中国建筑工

依据典型气象年气象参数, 采用全年能耗动态计算方法可以得出围护结构各部分传热系数修正系数值。对于太阳能资源非常丰富的西藏, 南墙和屋顶的修正系数值比其他供暖地区都小, 南窗的修正系数为负值, 而且随着窗墙面积比的增大, 修正系数变大, 因此南窗应采用变系数修正方法。

(上接第26页)

业出版社,1996[2]　张晴原, Huang J. 中国建筑用标准气象数据库[M ].

北京:机械工业出版社,2004[3]　彦启森, 赵庆珠. 建筑热过程[M ].北京:中国建筑工

业出版社,1986

thermal load prediction for the next 24hours by ARIMA , EWA , L R , and an artificial neural network [G]∥ASHRA E Trans , 1995, 101(1) :186200[3]　Yang In 2Ho , Kim Kwang 2Woo. Prediction of the time

of room air temperature descending for heating systems in buildings [J].Building and Environment , 2004,39(1) :1929[4]　J un Tanimoto , Aya Hagishima. State transition

probability for the Markov model dealing with on 2off cooling schedule in dwellings [J].Energy and Buildings , 2005,37(3) :181187[5]　金洪文, 韦节廷, 张晓燕. 空调系统间歇运行的时间

延迟[J].长春工程学院学报:自然科学版, 2000, 1(1) :3942[6]　张雪萍, 刘作军, 李练兵. 智能楼宇定风量空调系统的

启停控制[J].河北工业大学学报,2001,30(6) :98101[7]　李玉云, 王永骥. 人工神经网络在暖通空调领域的应

用研究发展[J].暖通空调,2001,31(1) :3841[8]　王琴. 间歇加热时深埋地下工程内部环境与岩石耦合

传热的动态模拟[D].解放军理工大学,2004:78

土的耦合传热分析基础上, 并采用整场求解的方法。结合CFD 技术的神经网络控制系统在实际应用中对间歇空调启停时间的控制效果通过一个小型的模型实验得到了验证。

浅埋地下工程室内空气与岩土耦合传热模型的进一步完善, 即考虑全年气象参数变化以及复杂室内综合热源的随机性, 是下一步工作需要解决的重点。神经网络控制与各种理论结合起来在实际应用中存在极大潜力, 因此是一个很有前途的研究空间, 需要大力推广NNM 的实践应用。参考文献

[1]　Mac Arthur J W , Mathur A , Zhao J. On 2line

recursive estimation for load profile prediction [G]∥ASHRA E Trans , 1989, 95(2) :621628

[2]　Kawashima M , Dorgan C E , Mitchell J W. Hourly