王利霞,康冰

暖通空調(diào)系統(tǒng)對建筑內(nèi)環(huán)境的影響

王利霞1,康冰2

1. 山西大同大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院建筑工程系, 山西 大同 037008 2. 大秦鐵路股份有限公司, 山西 大同 037000

在暖通空調(diào)間歇式調(diào)控建筑溫度的情況下，本文考察了冷熱環(huán)境下室溫溫度和傳熱的作用規(guī)律。結(jié)果表明：建筑內(nèi)保溫墻體較外保溫傳熱負(fù)荷小、負(fù)荷峰值低。相同熱阻下，熱環(huán)境下外保溫和內(nèi)保溫的傳熱負(fù)荷峰值都低于冷環(huán)境。冷環(huán)境下空調(diào)負(fù)荷要明顯高于熱環(huán)境，且內(nèi)保溫外墻的暖通空調(diào)的容量配置明顯低于外保溫；熱環(huán)境下內(nèi)保溫墻體對應(yīng)的每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值要高于墻體外保溫，而冷環(huán)境下內(nèi)保溫墻體對應(yīng)的每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值要低于墻體外保溫。

暖通空調(diào)系統(tǒng); 建筑墻體; 保溫

隨著人們對現(xiàn)代化建筑舒適性要求的提高，暖通空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)逐步走進(jìn)千家萬戶，并成為實現(xiàn)環(huán)境溫度控制的基本手段。無論是在炎熱的夏季熱環(huán)境中，還是在寒冷的冬季冷環(huán)境下，降低建筑能耗最有效的方式在于圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫的應(yīng)用上，而墻體保溫層對室內(nèi)熱環(huán)境和空調(diào)能耗的影響一直是大家普遍關(guān)注的重點[1-3]。本文基于暖通空調(diào)系統(tǒng)在某地區(qū)典型建筑中的應(yīng)用背景，考察了暖通空調(diào)間歇式調(diào)控模式下建筑室內(nèi)溫度和傳熱的變化規(guī)律。

1 暖通空調(diào)運行條件與計算模型

1.1 建筑模型

按照某地區(qū)典型建筑尺寸建立建筑模型（圖1）。該建筑物為南北朝向，房間內(nèi)部和外墻窗戶尺寸信息等都在圖中標(biāo)注。在冷（冬天）熱（夏天）條件下設(shè)定房間窗戶都為關(guān)閉狀態(tài)，空氣滲透換氣次數(shù)均為0.5 h。外墻保溫層厚度15~90 mm，對應(yīng)地?zé)嶙杞橛?.5~3 m2.℃/W；外圍護(hù)的物性參數(shù)如表1[4]。

表 1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)

1.2 參數(shù)設(shè)定

采用METLAB軟件對內(nèi)外保溫墻體在冷熱環(huán)境下的傳熱過程進(jìn)行計算，其初始溫度都為前一個月室外溫度平均值[5,6]。不同時間步長的冷熱環(huán)境下圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度變化曲線如圖2。圖2中可見15~30 min時圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度曲線基本重合，因此，本文選取時間步長為30 min進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

圖3為冷熱環(huán)境下外墻內(nèi)表面溫度隨時間的變化曲線，其中外墻保溫層熱阻為1.0 m2.℃/W。對比分析可知，在空調(diào)設(shè)定溫度不變、室外綜合溫度波動較大和熱環(huán)境下（7月15日~8月13日），內(nèi)外保溫墻體內(nèi)表面溫度均有一定程度波動，但是相對而言，內(nèi)保溫的波動幅度會相對外保溫更大；在空調(diào)設(shè)定溫度不變、室外綜合溫度波動較大和熱環(huán)境下（1月1日~1月30日），內(nèi)保溫和外保溫墻體內(nèi)表面溫度變化與熱環(huán)境下一致，即內(nèi)保溫的波動幅度會相對外保溫更大。此外，雖然內(nèi)保溫在空調(diào)運行過程中會存在溫度波動，但是整個空調(diào)運行期間與空調(diào)設(shè)定溫度的差值仍然小于外保溫。

圖 3 冷熱環(huán)境下外墻內(nèi)表面溫度隨時間的變化曲線

圖4為冷熱環(huán)境下外墻傳熱負(fù)荷隨時間的變化曲線。在熱環(huán)境下（7月15日~8月13日），外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫時傳熱負(fù)荷峰值分別出現(xiàn)在7月26日和7月31日，相應(yīng)的對應(yīng)室外綜合溫度最高和室外氣溫最高的時間。造成這種現(xiàn)象的原因在于，暖通空調(diào)間歇運動過程中的傳熱負(fù)荷取決于前一天的蓄熱，外保溫時墻體會存儲大量熱量，而內(nèi)保溫墻體的傳熱負(fù)荷主要取決于室外氣候。在冷環(huán)境下（1月1日~1月30日），傳熱負(fù)荷峰值都出現(xiàn)在1月10日，對應(yīng)于整個時間段內(nèi)夜間室外氣溫最低的一天，這主要是由于冷環(huán)境下室溫溫差相對室內(nèi)溫差明顯更大的緣故。綜合而言，建筑墻體采用內(nèi)保溫可以獲得相對外保溫傳熱負(fù)荷小、負(fù)荷峰值低的效果。

圖 4 冷熱環(huán)境下外墻傳熱負(fù)荷隨時間變化圖

圖 5 冷熱環(huán)境下內(nèi)墻體傳熱負(fù)荷峰值比較

圖5為冷熱環(huán)境下內(nèi)墻體傳熱負(fù)荷峰值比較結(jié)果。從熱負(fù)荷峰值比較結(jié)果來看，無論是在熱環(huán)境還是在冷環(huán)境下，外保溫的傳熱負(fù)荷峰值都要高于內(nèi)保溫；此外，隨著保溫層熱阻從0.5 m2.℃/W增加至3 m2.℃/W，外保溫和內(nèi)保溫的傳熱負(fù)荷峰值都呈現(xiàn)逐漸減小特征，且相同熱阻下，熱環(huán)境下外保溫和內(nèi)保溫的傳熱負(fù)荷峰值都低于冷環(huán)境。

圖6為冷熱環(huán)境下空調(diào)負(fù)荷峰值比較結(jié)果。對比分析可知，冷環(huán)境下空調(diào)負(fù)荷要明顯高于熱環(huán)境，且在外墻使用內(nèi)保溫時，暖通空調(diào)的容量配置明顯低于采用外保溫的情況，即在實際施工設(shè)計過程中，要想達(dá)到降低投資、節(jié)省成本等目的，適宜采用外墻內(nèi)保溫。

圖 6 冷熱環(huán)境下空調(diào)負(fù)荷峰值比較

圖7為冷熱環(huán)境下每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值統(tǒng)計結(jié)果。對比分析可知，無論是熱環(huán)境還是冷環(huán)境下，內(nèi)外保溫條件下每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值的變化規(guī)律基本一致。熱環(huán)境下墻體內(nèi)保溫對應(yīng)的每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值要高于墻體外保溫，而冷環(huán)境下則要低于墻體外保溫。

圖7 冷熱環(huán)境下每日空調(diào)負(fù)荷峰谷差值

圖8為冷熱環(huán)境下室內(nèi)建筑不同區(qū)域的溫度變化曲線，分別監(jiān)測了冷熱環(huán)境下連續(xù)7 d的室內(nèi)溫度結(jié)果，包括墻體內(nèi)表面溫度（θ）和室內(nèi)溫度（T）。對比分析可知，在冷環(huán)境下，墻體外保溫和內(nèi)保溫方式得到的內(nèi)表面溫度的變化規(guī)律基本相同，在空調(diào)運行階段，墻體內(nèi)表面溫度會迅速升高并接近空調(diào)設(shè)定溫度，并隨著室外溫度升高而出現(xiàn)超過空調(diào)設(shè)定溫度的情況，而外保溫墻體的內(nèi)表面溫度則會緩慢升高并一直低于空調(diào)設(shè)定溫度。熱環(huán)境下不同保溫層對應(yīng)的內(nèi)表面溫度和室內(nèi)溫度的變化曲線與冷環(huán)境下相似。

圖8 冷熱環(huán)境下室內(nèi)建筑不同區(qū)域的溫度變化

3 結(jié) 論

（1）在空調(diào)設(shè)定溫度不變、室外綜合溫度波動較大的熱環(huán)境下，內(nèi)保溫的波動幅度較外保溫更大；

（2）冷熱環(huán)境下，外保溫的傳熱負(fù)荷峰值都要高于內(nèi)保溫，且相同熱阻下，熱環(huán)境下外保溫和內(nèi)保溫的傳熱負(fù)荷峰值都低于冷環(huán)境；

（3）冷環(huán)境下空調(diào)負(fù)荷要明顯高于熱環(huán)境，且在外墻使用內(nèi)保溫時，暖通空調(diào)的容量配置明顯低于采用外保溫的情況。

[1] 劉國丹,李瀟斐,王志欣,等.基于太陽輻射影響的室內(nèi)熱環(huán)境特性[J].暖通空調(diào),2019,49(11):132-139

[2] 王麗慧,劉俊,劉俊豪,等.觸地建筑地面對室內(nèi)熱環(huán)境影響實測研究[J].流體機(jī)械,2019,47(3):69-74

[3] 晏益力,晏真琪,朱椰,等.居住建筑能耗與室內(nèi)長期熱環(huán)境相關(guān)性研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2019,38(3):41-44,75

[4] 聶璐.室內(nèi)外墻柱面綠化對建筑室內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定性的影響研究[J].科技通報,2018,34(12):202-205,210

[5] 王崇杰,弭羽高,尹紅梅.寒冷地區(qū)機(jī)場室內(nèi)熱環(huán)境優(yōu)化研究[J].建筑節(jié)能,2018,46(10):55-58

[6] 房玉恒,葉筱,鐘珂,等.冷風(fēng)侵入對熱風(fēng)供暖房間室內(nèi)熱環(huán)境影響的實測研究[J].東華大學(xué)學(xué)報,2017,43(1):109-114

The Effect of HVAC System on Indoor Environment of a Building

WANG Li-xia1, KANG Bing2

1.037008,2.037000,

Under the condition of intermittent control of building temperature by HVAC, the effects of room temperature and heat transfer in cold and hot environment were investigated. The results showed that the heat transfer load of the inner thermal insulation wall was smaller and the peak load was lower than that of the outer thermal insulation wall. Under the same thermal resistance, the peak heat transfer load of external thermal insulation and internal thermal insulation was lower than that of cold thermal insulation. The air conditioning load in the cold environment was obviously higher than that in the thermal environment, and the capacity configuration of HVAC in the inner thermal insulation outer wall was obviously lower than that in the outer thermal insulation. The peak-valley difference of the daily air conditioning load corresponding to the internal thermal insulation wall was higher than that of the external thermal insulation wall in the thermal environment, while the peak-valley difference of the daily air conditioning load corresponding to the internal thermal insulation wall in the cold environment was lower than that of the external thermal insulation wall.

HVAC system; building wall; thermal insulation

TU831.3/TU111.4+8

A

1000-2324(2021)01-0081-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2021.01.014

2019-01-05

2019-03-06

王利霞(1976-),女,碩士,副教授,主要研究方向為暖通空調(diào)技術(shù). E-mail:kbwlx@163.com

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