分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算初探

分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算初探

提要本文針對(duì)具有分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)的住宅建筑內(nèi)只有一戶(hù)供暖狀況時(shí)的熱負(fù)荷計(jì)算及其戶(hù)間傳熱的規(guī)律這一課題做了實(shí)質(zhì)性的研究、分析和探討。通過(guò)對(duì)具有這種系統(tǒng)建筑的傳熱分析，建立了分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算程序方法，并根據(jù)多元一次方程的求解和計(jì)算機(jī)編程對(duì)所建立的建筑模型進(jìn)行了實(shí)際計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的大量數(shù)據(jù)的分析和比較，提出了具有分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)的住宅建筑熱負(fù)荷計(jì)算的方法的初步建議。也為今后進(jìn)一步進(jìn)研究其他供暖狀況時(shí)的分戶(hù)熱計(jì)量供暖的熱負(fù)荷計(jì)算打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞住宅建筑分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算

隨著我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活的舒適要求越來(lái)越高。人們對(duì)冬季的供暖要求不僅要舒適，而且要節(jié)能，要為國(guó)家省能，為居民自己省錢(qián)?，F(xiàn)在國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能政策也正在進(jìn)一步地貫徹執(zhí)行，居住建筑采用分戶(hù)熱計(jì)量和分室溫控的供暖系統(tǒng)，就是這樣一種為適應(yīng)節(jié)能形式而發(fā)展起來(lái)的全新的供暖形式。我國(guó)建設(shè)部2000年第76號(hào)部長(zhǎng)令要求從2000年10月1日起正式實(shí)施《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》，其中第五條就明確地規(guī)定："新建居住建筑的集中供暖系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使用雙管系統(tǒng)，推行溫度調(diào)節(jié)和戶(hù)用熱計(jì)量裝置，實(shí)行供熱計(jì)量收費(fèi)。"因而，這種供暖系統(tǒng)已成為今后的居住供暖設(shè)計(jì)中必須采用的供暖形式。由于這種系統(tǒng)與以往的供暖系統(tǒng)的方式有很大的不同，其供暖熱負(fù)荷的計(jì)算

供暖系統(tǒng)型式、供暖系統(tǒng)阻力計(jì)算、供暖設(shè)備的選用等方面也與以往有所不同。因此，居住建筑分戶(hù)熱計(jì)量和分室溫控的供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的技術(shù)問(wèn)題急待解決。

為保證我國(guó)的用熱量制度的順利進(jìn)行，為滿(mǎn)足住宅居民對(duì)用熱質(zhì)量要求，我們必須認(rèn)真地去解決好與之相關(guān)的問(wèn)題。首先要研究的是這種供暖系統(tǒng)與常規(guī)的供暖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的熱負(fù)荷計(jì)算的區(qū)別。其中，最大的區(qū)別應(yīng)當(dāng)考慮的是鄰戶(hù)的傳熱問(wèn)題。但是，如何考慮？這個(gè)問(wèn)題不僅與建筑物的入住率有關(guān)，而且與居住者的生活習(xí)慣有關(guān)，還與居住者的收入等客觀條件有關(guān)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，專(zhuān)家們提出了兩個(gè)種設(shè)計(jì)計(jì)算方法：一種是采用在常規(guī)供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算熱負(fù)荷的基礎(chǔ)上進(jìn)行附加修正的方法，采用此方法時(shí)，有的專(zhuān)家提出來(lái)用～作為其修正系數(shù)，但是，什么位置的戶(hù)型采用進(jìn)行修正？而什么時(shí)候又通采用呢？專(zhuān)家們并沒(méi)有給出一個(gè)明確的說(shuō)法；另一種是對(duì)鄰戶(hù)的傳熱進(jìn)行計(jì)算的方法，這個(gè)問(wèn)題也比較麻煩，而且其計(jì)算模型也比較復(fù)雜，人為影響因素也比較多。

為了了解和分析這種供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷，我們應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行有關(guān)法規(guī)和計(jì)算方法，對(duì)不同戶(hù)型、不同供暖戶(hù)數(shù)和不同樓層位置的戶(hù)供暖熱負(fù)荷計(jì)算。由于本課題剛開(kāi)始不久，只進(jìn)行了第一步，即：研究、分析和探討在一棟住宅樓里只有一戶(hù)居住戶(hù)供暖時(shí)的狀況，并將其結(jié)果與在同樣條件下的常規(guī)供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷做了比較，試圖找出有關(guān)問(wèn)題的所在。以下，就整個(gè)計(jì)算和分析的過(guò)程向大家匯報(bào)

一、計(jì)算依據(jù)

由于我國(guó)新的適合于《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》的《供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》及與之配套的設(shè)計(jì)技術(shù)措施還沒(méi)有出臺(tái)，本文中的供暖熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算所使用的主要計(jì)算依據(jù)仍然采用老規(guī)范《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》和老版本的《民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》，并根據(jù)新頒布《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》、《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》和《供暖通風(fēng)與空氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，做了適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

1、冬季供暖室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：

2、冬季供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：

3、建筑室內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)定：

建筑模型

為了進(jìn)一步了解和掌握居住建筑分戶(hù)熱計(jì)量和分戶(hù)溫控供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算規(guī)律，我們選擇了兩個(gè)有代表性的住宅戶(hù)型和四個(gè)常用的戶(hù)面積指標(biāo)作為熱負(fù)荷計(jì)算的基本條件，組合了分別為五層和六層的四個(gè)單元、兩個(gè)樓座的建筑模型。

一、二號(hào)樓的概況綜述：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的設(shè)定：

二、實(shí)行分戶(hù)熱計(jì)量供暖建筑的傳熱分析

分戶(hù)熱計(jì)量供熱住宅建筑的傳熱過(guò)程的計(jì)算方法與以前的集中供熱的計(jì)算方法基本一樣，所不同之處就在于，它是以戶(hù)為單位實(shí)施供熱。當(dāng)整個(gè)住宅樓的所有居住戶(hù)均供暖時(shí)，其熱負(fù)荷計(jì)算與以前的常規(guī)供熱的計(jì)算完全一樣；當(dāng)部分居住戶(hù)供暖而另一部分不供暖時(shí)，計(jì)算就不一樣，它除了要計(jì)算正常的熱負(fù)荷外還需要計(jì)算向不供暖的鄰戶(hù)的傳熱熱負(fù)荷；當(dāng)整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他戶(hù)均不供暖時(shí)，該居住戶(hù)的分戶(hù)計(jì)量供熱熱負(fù)荷最大，也就是分戶(hù)計(jì)量供熱住宅每戶(hù)供熱的最不利情況。

因此，分戶(hù)計(jì)量供熱住宅每戶(hù)供熱熱負(fù)荷要比以前的常規(guī)供熱大，那么，在設(shè)計(jì)分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)時(shí)所選用散熱器的數(shù)量也要多。當(dāng)然，整個(gè)住宅樓的供暖總熱負(fù)荷并不是在當(dāng)整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他戶(hù)均不供暖時(shí)每戶(hù)供熱熱負(fù)荷的疊加，而是在整個(gè)住宅樓所有居住記均供暖時(shí)每戶(hù)供暖熱負(fù)荷的疊加。但分戶(hù)計(jì)量供熱住宅每戶(hù)傳熱過(guò)程究竟如何？它的熱負(fù)荷要比以前常規(guī)供熱的每戶(hù)熱負(fù)荷大多少？我們做了以下分析：

1、建筑傳熱過(guò)程：

我們討論任何建筑物的傳熱過(guò)程時(shí)都必須在穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行的，即室內(nèi)的得熱量與耗熱量相等，室內(nèi)供熱量與熱負(fù)荷平衡。我們把分戶(hù)計(jì)量供熱住宅每戶(hù)的熱負(fù)荷分為：外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量Qw和向不供暖的鄰戶(hù)的傳熱耗熱量Q，即：Q=Qw+Qn()

與以前的常規(guī)供熱住宅的傳熱一樣其傳熱過(guò)程計(jì)算包括：外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量和加熱由門(mén)窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量等。計(jì)算方式略。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量：

由以上各式，我們可以看出：一旦某棟住宅樓定型后，分戶(hù)計(jì)量供熱住宅每戶(hù)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷只與室內(nèi)外溫差有關(guān)。

現(xiàn)在我們來(lái)討論分戶(hù)計(jì)量供熱住宅與以前的常規(guī)供熱住宅的傳熱不同之處，即增加了向不供暖的鄰戶(hù)的傳熱耗熱量Qn。為了便于研究這種耗熱量，首先，我們?cè)诜治觥⒂?jì)算和統(tǒng)計(jì)時(shí)是以住戶(hù)為單位的，而且戶(hù)內(nèi)溫度是相對(duì)均勻的：其次，我們?cè)谟?jì)算熱負(fù)荷時(shí)假設(shè)：整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他戶(hù)均不供暖的情況下。假設(shè)這棟住宅樓有M層、每層I戶(hù)，當(dāng)我們要計(jì)算第m層第I戶(hù)的耗熱量時(shí)，其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量為：Qw(m,i)，而其向不供暖的鄰戶(hù)的傳熱耗熱量為：Qn(m,i)，該戶(hù)的供熱熱負(fù)荷為：

供熱熱負(fù)荷：Q(m,i)=Qw(m,i)+Qn(m,i)

如果我們稱(chēng)由供暖戶(hù)通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向鄰戶(hù)的熱為一級(jí)傳熱的話，那么鄰戶(hù)得到一級(jí)傳熱量除了抵消其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量外，也通過(guò)其內(nèi)墻或內(nèi)樓板向其它不供暖且室內(nèi)溫度低于該室內(nèi)溫度鄰戶(hù)傳熱，我們稱(chēng)之一二級(jí)供熱量。依次類(lèi)推事例要室內(nèi)溫度與其鄰戶(hù)的室內(nèi)溫度有溫差，就有向下一級(jí)傳熱的過(guò)程，就且級(jí)供熱量，當(dāng)鄰戶(hù)室內(nèi)溫度與其鄰戶(hù)的室內(nèi)溫度的溫差很小時(shí)，視為通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向鄰戶(hù)的傳熱終止。因此，由供暖戶(hù)通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向鄰戶(hù)的耗熱量Qn(m,i)：

一級(jí)供熱量：

其中，為供暖戶(hù)通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向基上下左右鄰戶(hù)的熱量為一級(jí)供熱量。

對(duì)于某一鄰戶(hù)來(lái)講，所得到的一級(jí)供熱量就得它的傳熱量，而由公式得：Q(m-1,i)=Qw(m-1,i)+Qn(m-1,i)；

依次類(lèi)推，供暖戶(hù)的熱負(fù)荷

由此可見(jiàn)，某一分戶(hù)計(jì)量供熱住宅在整個(gè)住宅中仍一戶(hù)供暖而其他戶(hù)均不供暖的情況下該戶(hù)的熱負(fù)荷就等于在傳熱穩(wěn)定后，整個(gè)住宅樓各戶(hù)在其各自室內(nèi)溫度與室外溫度的差值下的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量的總和。

2．傳熱溫差的確定：

由以上的結(jié)論可知，分戶(hù)熱計(jì)量住宅的傳熱過(guò)程比較復(fù)雜，要計(jì)算其供暖熱負(fù)荷也是比較困難的，因?yàn)橐?jì)算其供暖熱負(fù)荷，就必須要計(jì)算出整個(gè)住宅樓各戶(hù)的室內(nèi)溫度值或各戶(hù)的室內(nèi)外傳熱溫差。而隨著通風(fēng)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向鄰戶(hù)的傳熱一級(jí)一級(jí)地傳下去，鄰戶(hù)的定內(nèi)外傳熱溫差和一級(jí)室內(nèi)與下一級(jí)室內(nèi)傳熱溫差直來(lái)越小，供熱量直來(lái)越少，以至于可以忽略不計(jì)。那么傳熱溫差小到多少可以忽略不計(jì)呢？有關(guān)規(guī)范和資料的供暖部分中規(guī)定"與相鄰房間的溫差大于或等于5℃時(shí)，應(yīng)計(jì)算通過(guò)隔墻或樓板等的供熱量"。這個(gè)要求太低，由此引起的耗熱量比較大，不應(yīng)忽略。而上述文件中的空調(diào)部分冷負(fù)荷計(jì)算要求中規(guī)定為：當(dāng)傳熱溫差大于或等于3℃時(shí)，應(yīng)計(jì)算通過(guò)隔墻或樓板等的供熱量。我們認(rèn)為這個(gè)數(shù)值還是可以采用的。

3．計(jì)算方法的確定：

根據(jù)分戶(hù)熱計(jì)量供熱過(guò)程的分析，可以看出，要解決某一供暖熱負(fù)荷的計(jì)算問(wèn)題，就必須首先要掌握該住戶(hù)所在住宅樓的各住戶(hù)在傳熱穩(wěn)定后的傳熱方向，然后再計(jì)算出其所在住宅樓的中住戶(hù)所在住宅樓的各住戶(hù)傳熱穩(wěn)定后的傳熱方向，然后再計(jì)算出其所在住宅樓的各住戶(hù)在傳熱穩(wěn)定后的室內(nèi)溫度，最后算出各住戶(hù)在其各自室內(nèi)溫度與室外溫度的差值下的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量。因此，光憑上述傳熱公式和了解該住戶(hù)所在住宅樓的各住戶(hù)住戶(hù)在傳熱穩(wěn)定后的傳熱方向，要計(jì)算該住戶(hù)所在住宅樓的各住戶(hù)在傳熱穩(wěn)定后的室內(nèi)溫度是非常復(fù)雜的和困難的，必須了解和掌握在熱傳遞穩(wěn)定后的熱平衡以及該住戶(hù)在所在住宅樓的幾種特殊的邊界情況下的傳熱計(jì)算方法，而且為了簡(jiǎn)便計(jì)算方法，我們也必須做一些假設(shè)以忽略一些影響不大的計(jì)算因素。

穩(wěn)定傳熱的熱平衡：

由于是穩(wěn)定傳熱，對(duì)于某一分住宅的戶(hù)熱計(jì)量供熱住戶(hù)來(lái)說(shuō)，要使該住戶(hù)保持較舒適的熱環(huán)境所需的供熱量應(yīng)等于其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量與通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向鄰戶(hù)的耗熱量之和；而對(duì)于某一分戶(hù)熱計(jì)量住宅的非供熱住戶(hù)來(lái)講，該住戶(hù)從上一級(jí)傳熱得到的供熱量就等于其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量與通過(guò)內(nèi)墻或內(nèi)樓板傳向下一級(jí)鄰戶(hù)的耗熱量之和。

設(shè)：通過(guò)內(nèi)墻傳熱至所計(jì)算的住戶(hù)的上級(jí)鄰戶(hù)為：(m,i-1)戶(hù)、通過(guò)樓板傳熱至所計(jì)算的住戶(hù)的上級(jí)鄰戶(hù)為：戶(hù)(m-1,i)戶(hù)、所計(jì)算住戶(hù)內(nèi)的室內(nèi)溫度為：t(m,i)時(shí)，該非供熱住戶(hù)的熱平衡式為：

即：(5)

(2)對(duì)幾個(gè)問(wèn)題的討論：

三、分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算程序方法：

為了了解、掌握和比較分戶(hù)熱計(jì)量住宅的供暖熱負(fù)荷的計(jì)算方法和變化規(guī)律，我們選擇了四種相關(guān)計(jì)算方法對(duì)兩棟實(shí)例進(jìn)行供熱負(fù)荷計(jì)算。這四種方法分別是：一、整個(gè)住宅樓所有的住戶(hù)均供暖；二、整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖，但只計(jì)算通過(guò)內(nèi)墻或樓板向不供暖的鄰戶(hù)傳熱的一級(jí)供熱量；三、整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖，但計(jì)算通過(guò)內(nèi)墻或樓板向不供暖的鄰戶(hù)傳熱到二級(jí)供熱量；四、整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖，但計(jì)算通過(guò)內(nèi)墻或樓板向不供暖的鄰戶(hù)傳熱到三級(jí)供熱量。由于方法一是常規(guī)集中供熱情況下的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量計(jì)算，在這里不再討論，下面我們討論一下方法二～四。

四、實(shí)行分戶(hù)熱計(jì)量供熱建筑模型計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算方法和所對(duì)應(yīng)的建筑模型，我們采用FORTRAN語(yǔ)言對(duì)分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)在整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖的狀況下，各住戶(hù)的各級(jí)傳熱的多元一次方程進(jìn)行了編程求解。任何住宅建筑物只要其內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置與尺寸一旦確定，整個(gè)住宅建筑的各個(gè)住戶(hù)在所有住戶(hù)都供暖的狀態(tài)下的熱負(fù)荷即可求出，將這些有關(guān)參數(shù)以及住宅的有關(guān)熱工參數(shù)輸入計(jì)算程序并運(yùn)行，最終計(jì)算出該供暖系統(tǒng)在整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖的狀況下，各住戶(hù)的各級(jí)傳熱負(fù)荷。所計(jì)算的熱負(fù)荷結(jié)果。

五、結(jié)論

通過(guò)上述分戶(hù)計(jì)量供熱熱負(fù)荷的計(jì)算分析和對(duì)分戶(hù)熱計(jì)量供暖系統(tǒng)在整個(gè)住宅樓只有一戶(hù)供暖而其他住戶(hù)均不供暖的狀況下，各住戶(hù)的各級(jí)室內(nèi)溫度和傳熱熱負(fù)荷的最終結(jié)果的分析和研究，可以得到以下初步結(jié)論：

1．對(duì)住宅分戶(hù)計(jì)量供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算方法的分析、傳熱分析以及為計(jì)算分戶(hù)計(jì)量供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷所建立的多元一次方程是基本合理的，所編制計(jì)算程序是正確的，對(duì)所建立的建筑模型的計(jì)算結(jié)果是基本可信的。

2．當(dāng)計(jì)算到三級(jí)傳熱時(shí)，室內(nèi)溫度與室外溫度或下一級(jí)室內(nèi)溫度差已經(jīng)小于3℃，第三級(jí)通過(guò)建筑物的內(nèi)部圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳向第四級(jí)的熱負(fù)荷可以忽略不計(jì)。所計(jì)算的級(jí)數(shù)越多分戶(hù)計(jì)量供熱熱負(fù)荷越大，一級(jí)傳熱的溫度差就越大，計(jì)算就越精確。

3．由于一級(jí)傳熱溫度差值比較大，通過(guò)建筑物內(nèi)部圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱損失就較大，對(duì)供暖熱負(fù)荷的影響較大。因此，采用分戶(hù)計(jì)量供熱系統(tǒng)的住宅的內(nèi)墻和內(nèi)部樓板作保溫勢(shì)在必行。

4．從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：當(dāng)不考慮其他住戶(hù)供熱時(shí)，住戶(hù)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)越多且內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)越少其總熱負(fù)荷與常規(guī)集中供熱狀況下的熱負(fù)荷差距越小，住戶(hù)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)越多且內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)越多其總熱負(fù)荷與常規(guī)集中供熱狀況下的熱負(fù)荷差距越大。也就是說(shuō)，頂層和底層的外端戶(hù)所需在常規(guī)集中供熱狀況下的熱負(fù)荷基礎(chǔ)上修正系數(shù)最小中間層外端戶(hù)的修正系數(shù)較??；頂層和底層中間戶(hù)的修正系數(shù)比較大：中間層中間戶(hù)的修正系數(shù)最大。

六、問(wèn)題

在實(shí)際住宅建筑中，在一棟住宅樓內(nèi)只有一戶(hù)居住戶(hù)供暖的供暖狀況的概