室內(nèi)溫度波動對建筑節(jié)能的影響

1建筑物室內(nèi)溫度波動嚴重隨著中國能源問題日益突出，節(jié)能問題越來越受到重視。目前,采暖熱負荷浪費情況嚴重。根據(jù)規(guī)范規(guī)定,辦公室及居住建筑的室內(nèi)溫度設計溫度不得低于16℃。以東營地區(qū)為例,調(diào)查得出,建筑物室內(nèi)溫度在16～24℃之間波動,而居住建筑的室內(nèi)溫度在17～26℃之間波動,這就造成了能源的大量浪費。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是室外氣象條件的變化引起了建筑物采暖負荷的變化,而鍋爐房輸出的熱媒溫度和流量沒有及時跟上這種變化。我們可以從此點著手,對燃料實際耗量進行計算,從而有效控制燃料用量,達到節(jié)約能量的目的。2東寶區(qū)的氣候條件2.1設計粒度與溫度的關系供暖期的室外溫度是影響總熱耗量的最主要因素,所以對溫度的統(tǒng)計和處理就顯得尤為重要,尤其是計算度日數(shù)時,要用到每天的平均溫度,由于每年的氣象參數(shù)和天氣情況基本上符合正態(tài)分布,而東營地區(qū)的設計度日數(shù)在設計規(guī)范上沒有明確的規(guī)定,所以就要求根據(jù)統(tǒng)計的溫度來計算出度日數(shù),溫度變化趨勢如圖1所示。2.2供暖期最大風速風速對熱耗量的影響不容忽視。根據(jù)氣象臺給出的數(shù)據(jù),我們可以統(tǒng)計出供暖期每個月最大風速,最小風速和平均風速,列表如下:由表1的統(tǒng)計可以看出,東營地區(qū)可以算得上是多風地區(qū),所以在計算建筑實際熱耗量時需要考慮風速的修正。2.3天氣分布情況天氣狀況對建筑熱耗量的影響也是不可忽視的,同樣的溫度,陰天、雪天與晴天所要消耗的燃料用量就大不相同,所以我們一定要掌握東營地區(qū)的天氣分布情況,從而有效地控制和實現(xiàn)燃料耗量的計算,根據(jù)2003～2004年的統(tǒng)計,供暖期內(nèi),東營地區(qū)的天氣分布情況見表2。由表2我們可以看出,東營地區(qū)冬季采暖期60%以上的時間為晴天,這就可以考慮充分利用太陽輻射散射和地面長波輻射所帶來的能量,盡量減少燃料用量的耗費。2.4數(shù)mk管道敷設有架空敷設、地溝敷設、埋地敷設三種形式,其保溫材料主要為巖棉和黃夾克保溫。根據(jù)資料我們可以查得:巖棉的導熱系數(shù)為0.034W/(m·K),黃夾克的導熱系數(shù)為0.035W/(m·K)。管道敷設及保溫情況見下:鎮(zhèn)東:架空管線(巖棉保溫)負責15.5007萬m2地溝管線(黃夾克保溫)負責25.88萬m2埋地管線(黃夾克保溫)負責8.7912萬m2住宅39.366萬m2、公建10.803萬m2鎮(zhèn)西:地溝管線(黃夾克保溫)負責56.5281萬m2埋地管線(黃夾克保溫)負責17.89萬m2住宅42.907萬m2、公建31.511萬m2根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)我們可以了解東營地區(qū)的基本建筑結構和管網(wǎng)敷設基本情況,故可將此類情況作為數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。3供暖燃料消耗的確定3.1熱耗指標的計算供暖熱耗量是指在供暖期內(nèi),為了使建筑物內(nèi)部的空氣溫度保持在某個范圍內(nèi),供暖系統(tǒng)實際需要向該建筑提供的總熱量。也就是說,供暖耗熱量,即是建筑物實際耗熱量。供暖熱耗量的大小是衡量建筑設計是否節(jié)能的一項重要指標,是進行建筑節(jié)能設計所必須掌握的量值。建筑物的熱耗量是建筑物圍護結構傳熱耗熱、冷風滲透耗熱及建筑物內(nèi)部得熱三者的代數(shù)和,即Q=Qc+Qs-Qd所以熱耗指標可以表示為:QB=Q24ZA=Qc+Qs?Qd24ZAQB=Q24ΖA=Qc+Qs-Qd24ΖA其中Qc=0.024∑i=1mKyiAi(D18+ΔtZ)(1)Qs=0.024cpρnV(D18+ΔtZ)(2)Qd=0.024(qAZ)(3)Qc=0.024∑i=1mΚyiAi(D18+ΔtΖ)(1)Qs=0.024cpρnV(D18+ΔtΖ)(2)Qd=0.024(qAΖ)(3)式中q—單位建筑面積的得熱量,一般住宅可取q=3.8W/m2;A—供暖面積(建筑面積),m2;Z—供暖期的天數(shù),d;Ai—第i類維護結構的面積,m2;D18—以室溫18℃為基準的供暖期度日數(shù),℃·d;Kyi—有效傳熱系數(shù),W/(m2·K);Δt—全部房間的平均計算溫度減18℃后的度數(shù),居住建筑可取Δt=-2℃。有效傳熱系數(shù)也可以由原傳熱系數(shù)與太陽輻射以及天空輻射影響修正系數(shù)的乘積來表示,即Kyi=Ki·εi。式中Ki—第i類圍護結構的傳熱系數(shù),W/(m2·K);εi—太陽輻射和天空輻射影響的修正系數(shù),可以由表3查得。由計算可知,東營地區(qū)的供暖期采暖度日數(shù)與西安地區(qū)的近似,所以可采用西安地區(qū)的太陽輻射與天空輻射影響修正系數(shù),見表3。3.2地溝表面表面，空間地溝表面應來管道敷設情況可以分為3類:架空敷設、埋地敷設和地溝敷設。我們可以根據(jù)供熱工程所介紹的方法確定管道熱力損失(分別計算出供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)的熱力損失),其與建筑熱耗量之和即為總熱耗量。4天氣狀況不同的天氣修正系數(shù)風速的影響對建筑熱耗量來說不可忽視,根據(jù)規(guī)范,我們可以使用下面的修正系數(shù)λ1來修正耗熱量:風速V≤4m/s時,修正系數(shù)λ1為1;風速4<V≤5m/s時,修正系數(shù)λ1為1.0065;風速5<V≤6m/s時,修正系數(shù)λ1為1.033;風速V>6m/s時,修正系數(shù)λ1為1.06。天氣狀況不同,其耗熱量有較大差異,我們可以采用修正系數(shù)λ2來進行天氣修正,根據(jù)計算可以得出:當陰天或雪天時(即太陽輻射基本為0),λ2=1.25;當多云或晴轉多云時,λ2=1.14;當天氣情況為晴時,λ2=1(因為我們是以晴天的熱耗量為基礎來進行計算的)。5計算鍋爐綜合效率的確定公式由前面可以確定出鍋爐房所要產(chǎn)生的總熱量,即建筑熱耗量和管網(wǎng)損失之和。對已知的鍋爐房,其需要供應的建筑面積和鍋爐效率是相對確定的,因此可以根據(jù)燃料的種類來確定其消耗量。確定公式如下:M=λ1λ2Q+QssηCΜ=λ1λ2Q+QssηC式中Q—建筑熱耗量;Qss—管網(wǎng)損失量;η—鍋爐房綜合效率;C—燃料的熱容。鍋爐房綜合效率可以根據(jù)在用鍋爐的噸位和效率加權平均求得:η=∑Diηi∑Diη=∑Diηi∑Di式中Di—第i個鍋爐的噸位數(shù);ηi—第i個鍋爐的效率。根據(jù)以上計算步驟可以確定出在一定室外氣象條件下,供暖燃料的耗量。本文以東營地區(qū)的氣象條件為參考對供暖燃料耗量隨室外氣象條件的變化情況進行了分析。6燃料用量的控制根據(jù)計算,室內(nèi)溫度每降低1℃,每100萬m2的房屋一個采暖期就可以減少1918t的燃煤量,若按平均波動溫度3.5℃計算,可減少6713t的燃煤量,按250元/t煤計,可節(jié)約168萬的燃煤費;燃油鍋爐可減少3356t,按2000元/t油計,可節(jié)約6713萬的燃料費。由以上計算可看出:采用燃料量變化來控制室內(nèi)溫度,使其保持恒溫,是一種有效的控制方法,可較大程度地節(jié)約能源,經(jīng)濟效益非常明顯。我們根據(jù)室外氣象參數(shù)的變化確定燃料用量,歸根結底是為了能源的節(jié)約利用。能源的節(jié)約利用可以有很多途徑,我們可以在運行過程中來進行運行調(diào)節(jié),從而控制供回水溫度,來達到能源的節(jié)約。本文中可以根據(jù)供回水溫度來實現(xiàn)每天燃料用量的計算,實際上,供回水溫度的輸入本身就不準確,如果現(xiàn)場有一個采集數(shù)據(jù)裝置,再將此數(shù)據(jù)反饋到計算程序中,這樣對操作者來說就可以方便很多,同時也避免了不必要的錯誤。而且也可以根據(jù)此反饋數(shù)據(jù)來控制供水量,從而減少燃料的使用量。此反饋控制裝置示意圖可見圖2:我們可以通過控制回水溫度來控制室內(nèi)溫度。例如:設室內(nèi)設計溫度為18℃,供回水溫度為90℃和75℃,當回水溫度TH<75℃時,說明熱負荷增大,需要將供水閥門增大開度;當回水溫度TH>75℃時,說明室外熱負荷減小,供水量過大,需要減小閥門開度。可設定回水范圍為75±1℃,回水管上的溫度傳感器將溫度反饋給控制器,控制器將實際溫度和設定溫度比