1、PDF外文：http:/ 空间供暖负荷计算室外 的 综合温度 T Athanasios Besis, Constantini Samara 摘要：尤其是在很多国家的现行设计准则中，最先讨论的是供暖负荷计算的室外设计温度的选择方法。因此，一种叫做随机程序分析的新方法被用来选取室外综合温度（ OST），这是一种充分考虑温度的随机性和 内在的偶然增益、建筑的热性能的方法。 OST这一概念使得空间供暖系统的设计成为经济性和风险性之间的交易。最后，通过对北京地区不同住宅房间的建筑成分对 OST影响的具体研究表明 OST取决于气温状况和建筑结构 。这就表明 OST而不是 ODT应该
2、用于以后的供暖负荷计算。 关键字：热负荷计算；室外设计条件；住宅建筑；随机程序分析；建筑热参数 1.介绍 空间供暖热负荷的计算是区域供暖系统设计的一块基石。选择一个合理的室外设计温度是一个关键问题，也是迄今冬季供暖系统中一个没有很好解决的问题。众所周知，室外温度是经常变换的，如果把最严寒的当地温度选作供暖系统的设计温度，则系统是不经济的：（ 1）高估负荷将会导致设备尺寸过大，例如暖器炉、被用管、锅炉、控制阀等，因为最严峻的温度条件并不是每年都会重复出现；（ 2）设备将会效率低下， 因为在系统绝大多数运转过程中设备处于低负荷状态运转。在许多情况下，在温度最严寒
3、的期间，偶尔供暖没有达到室内设计温度并不是非常重要，尤其是住宅建筑的供暖系统。相反，如果选择比较温暖的设计条件，室内温度有时不能达到标准的危险性就会增加。 由于自然界的温度是随机变化的，不但要考虑诸如温度、太阳辐射、湿度、以及风速等气象参数的极其重要的价值，还要考虑它们的频率、间隔期、同时发生的情况，以及每天振动的允许值。在很长的一段时间里，学者们一直在研究关于 ODT 的选择。在近几年，由于节能的需要，这个问题得到了更多的关注，而且 许多先进的方法已经被应用。 设计是一种在经济性与危险性之间进行的交易，如果不允许任何的危险性，那么其极端情况就是在尺寸设计阶段， 0.1
4、%的危险性都必须考虑在内，这就必然导致设计尺寸过大。在另一方面，如果设备只从经济性方面考虑就会导致尺寸过小，那么室内温度将达不到要求，使用户感到不舒适，也容易使用户生病和工作效率低下。 这篇文章试图找到一种叫做随机程序分析的新方法来计算室外综合温 度，它综合考虑了温度的随机性和建筑的热性能。 2. 决定 ODT 的方法 在建筑的 HVAC 设计准则、标准或是其规程中，每个国家 选择 ODT 都有各自的项目。用于确定 ODT 的方法也一直在不断改善。 2.1 ASHRAE 方式 ASHRAE 方式是在 HVAC&R 工业中最广
5、泛运用的一种方法。在 1949 年，ASHRAE 手册推荐采用 97.5%频率水平的温度为 ODT，此温度是基于当地各年12 月、 1 月、 2 月的每小时温度记录值，这表明温度已经等于或是超过了总冬季供暖时间的 97.5% 。由于考虑了建筑外围的热性能，在 1959 年之后，原来给予每小时温度的统计方法被以日平均温度为基础的统计方法所代替，这也表明ODT 的选择必须考虑每日室内温度的允许范围。 ASHRAE 手册： 1989 年基础部分 6之指出如果建筑结构具有较低的供暖能力，且不是绝热的，有比一般建筑更多的玻璃区域，或者是处于日最冷的区域，则极端温度的一半可以选择为ODT。中等的供暖能力，
6、部分内负荷 ，白天居住的住宅可以把 0.2%的标准作为合理的选择。规模较大且玻璃较少的建筑一般设计成 0.6%的标准。对于舒适的供暖设计， ASHRAE 标准 90A-19807建议 0.6%标准，等同于 97.5%，应该被使用。然而 ASHRAE 标准 90.1-19898规定冬季的设计温度不应该低于列于 99%专栏或是与 0.2%标 准相似的统计值的设计温度。在 ASHRAE 手册中 :19979基础篇，每月 99%和 97.5%的冬季条件已经被年 99.6%和 99%的情况所代替，这一状态较先前的冬季设计温度要更冷一些。这种改变是为了使设计条件可以代表极端温度在任何地点出现的
7、相同概率，无论极端温度的季节分布如何。 2.2 CIBSE 方法 CIBSE 指南 10卷 A 表 A2.2 给出了 ODT 标准，对于地惯性建筑，每供暖季节的日平均温度的设计风险为一天。将供暖系统的过量负荷考虑在内，比如伦敦低负荷建筑的 ODT 在有和没有过量负荷能力时各为 -3 和 -5.5 ，而高负荷建筑的 ODT 分别为 -2 和 -4.5，当地高度每超过表格内的八个比较地点高度一百米，这些温度将减少 0.6。 2.3 俄国方式 在 1940 年，前苏联采用 Chaplin 教授提出的公式来确定冬季供暖系统的ODT，那就是
8、m in6.04.0 += plw （ 1） 在式子中， w =室外设计温度；pl=当地年最冷月的平均温度； min =当地曾经出现的最低小时温度； w 代表短期（每小时）和长期（每月）的最低 度条件。因为 min 往往小于pl， w 也经常小于pl。 2.4.中国方式 在 1970 年以前，中国采用前苏联的方法，例如，北京的 ODT 是 -12。无论如何，这种所谓的每年没有保障天数的设计方法被收入 HVAC 设计标准GBJ19-8711。每年天数的频率被解释成为不保障率， UR，当整个冬天供暖期室内温度低于 ODT
9、时，被定义为时间率。 GBJ19-8711根据过去一两年的室外日平均温度选择 ODT 时每年的不保障时间为 5 天。因此，北京的 ODT 现在是-9 ，符合 ODT 的 4标准（总的冬季供暖天数是 129 天）。 2.5.评述与问题 上述方法都考虑了室外温度的随机性，这比直接用最低温度的方法要好。进一步的分析表明这些方法将得到很大的提高。 室外温度的 UR 和室内温度的 UR 是两个本质不同的概念。由于建筑的热惯性，室外温度使得建筑有大量的湿气和时间间隔。如果 ODT 符合室外温度 UR的 2.5被 选择用以设计空间供暖系统，那么室内温度的 UR
10、 又是多少呢？这个答案很难回答。因此，空间供暖系统的理想经济设计应该是基于室内温度的 UR而不是基于室外温度的 UR。 空间供暖负荷不但与室外温度有关，还有其他的气象参数例如太阳辐射等有关。因为这些参数经常相互关联和改变，他们最不利的结合是很难获得的。在现实中，既没有太阳辐射又处于最冷温度的设计日子是很难发生的。因此，上述这些方法，在多种因素下的 UR，通过统计学即使可能也是很难确定 ODT 的。 一栋建筑的热性能是描述室外温度、建筑室内环境和所有的建筑结构的相互影响，相 互作用。太阳辐射通过外墙，房顶，天花板，和窗户向某一建筑渗透热量，使室内温度不断变化。这一变化范围
11、不但与建筑外表面的静态特性有关，还与其动态特性相关。在中国，外墙的朝向修正系数是用来表示太阳辐射对房间供暖的贡献，这种方法没有考虑建筑外表面的动态热性能。比如，在中国的 HVAC设计标准 GBJ19-8711中，修正系数推荐范围分别是：南向 -15 -30，东向和西向 -5，北向 0 10。然而这些修正系数并不根据建筑的结构类型而相互区分。 温度的随机特性使得室内温度是一个随机程序过程。因此， ODT 是一个随 机性的变量，它的概率分布取决于温度、建筑结构和室内温度的 UR 要求。ODT 应该通过概率性来理解。例如，在 95的确信水平下，如果室内温度的 UR要求是 5， 2.5和
12、1，则 ODT 可能分别是 -8， -9，和 -12。如果置信水平增加到 99，则 ODT 将分别减少到 -9， -10和 -14。 因此，热负荷将会根据具体的置信水平和室内温度 UR 值的不同而不同，较小的 UR 值或是较高的置信水平将导致更多的供暖能量需求。 一句话，在不同的 UR 值、不同的置信概率水平下，需要一种新的方法来确定 OST 的值。 3. 随机程序方式 确定 ODT 一种基于随机程序温度模型和空间建筑热模型的叫做随机程序分析的新方法将能够直接的获得自然温度的随机程序过程，从而计算出室内综合温度的概率分布函数。在具体的置信水平下，每个室内温度所需的 UR
13、 将会获得一个 OST，这样当把 OST 看作是 ODT 时，可以通过静态热传递理论来计算空间热负荷。但是， OST 是与 ODT 不同的，因为 OST 完全考虑了随机程序气象参数和建筑热性能的综合影响，而 ODT 是只基于不同频率水平的室外温度记录的统计值。 在供暖期间，室内温度将分为正常的室内温度和由于空间供暖系统所导致的变化室内温度， 即 )()()( thtta += 而温度过程将分为决定性过程和随机性过程，因此，自然的室内温度将分为如下的决定性过程和随机性过程 )()()( tstdt += 空间供暖主要是向一间房间提供热量增加其决定性室内温度)(td.
