济南地区夜间通风节能效果分析.doc

济南地区夜间通风节能效果分析以济南市某写字楼为例，利用能耗模拟软件分析了不同围护结构和不同夜间换气次数对自然室温的影响，并从自然室温的角度针对济南地区夜间通风效果进行了研究，指出了夜间通风效果的影响因素，并提出了降低空调器能耗的有效措施，这对建筑节能有一定的参考价值。 关键字：换气次数　通风时间　墙体　热阻　温度分布　自然室温　　0 引言 　　济南市地处中纬度地带,由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响,属暖温带大陆性季风气候,夏季昼夜温差较大。可以在夜间加大通风量，利用建筑围护结构夜间通风的蓄冷来满足白天建筑供冷需求。由于建筑本身的热惯性，夜间通风在一定程度上缓解了白天热负荷较大的情况，对降低建筑房间的室温和能耗，提高室内热舒适性有一定效果。特别是一些办公楼、商场等建筑，其空调系统一般在白天开启。在夏季，空调系统在下午停止以后室外温度依然很高，如果夜间不进行通风，通过墙体传入室内的热量不能够很好的排出，室内物品、空气将存储大量的热量。 　　本文将以济南某写字楼为例，采用能耗分析软件，从不同换气次数、不同通风时间及不同墙体对夜间通风效果进行分析。 　　1 数学模型 　　该写字楼平面图及房间编号如图1所示。对其进行如下设定：窗墙比：0.5，外窗均为双层铝合金窗，该房间内有人员、灯光、设备热扰，忽略遮阳等因素的影响.设备热扰最大产热量为20W/ m2，最小产热量为0;灯光热扰最大功率为10W/ m2，最小功率1 W/ m2;最多人数为0.2人/m2。在8：00～17：00，灯光、设备满负荷运行，人员满员;在18：00～20：00，灯光、设备按20%运行，人员数按满员的20%。由于到5月初，基础室温高于人体舒适温度区域，于是设定在5月1日至9月15日之间进行夜间通风。 　　采用能耗模拟软件，对不同通风时间、风量进行模拟。从而确定夜间通风时间、风量。房间外墙选用A、B两种不同的外墙，其热阻分别为：1.038m2·K/W，0.629 m2·K/W。外墙A的组成材料依次为：水泥砂浆20mm、重砂浆粘土370mm、烟灰加气混凝土220mm、水泥砂浆20mm;外墙B的组成材料依次为：水泥砂浆20mm、重砂浆粘土370mm、水泥纤维板25mm;内墙的组成材料依次为：水泥砂浆20mm、陶粒混凝土180mm、水泥砂浆20mm。济南地区夏季空调期的逐时气象参数如图2所示。 　　本文采用的建筑环境模拟分析软件基于状态空间法，建立起在内外扰量及房间与外界通风换气的影响下，房间自然室温变化的数学模型[1]，表示如下： 式中： 为房间k的自然室温，; 为房间k所受到的热扰量，包括外温、太阳辐射、邻室室温、地温、天空背景辐射、房间与外界通风换气的热交换量以及内部发热量; 为状态空间法中各个房间的空间特征值向量; 为采样后各种扰量对房间温度表的影响系数; 为空间特征值维数; 为热扰数。 在计算过程中，先计算不考虑室内通风换气和外墙影响的房间室温，房间自然室温表示为房间密闭室温与由室外环境已通风换气的形式送入热量(冷量)及通过外墙送入热量(冷量)导致室温变化的叠加，即： 　　式中： 为不受室内通风换气和外墙影响的房间室温，; 为外墙的内壁面温度，; 为室外空气温度，; 为外墙导热对房间温度的影响系数; 为通风换气所产生的对流热量对房间温度的影响系数; 为房间与室外的逐时换气次数，次/小时; 为外墙的墙体面积，m2; 为外墙与室内空气的传热系数，W/( m2·K); 为房间体积，m3; 为空气定压比热，J/kg·K; 为房间体积，kg/m3。 　　对于外墙，假设呈一维过程沿厚度方向导热，其温度的数学描述为： 　　式中：t为壁体温度，; ， 分别为壁体材料的比热容, kJ/kg·K和密度, kg/ m3;K为导热系数，w/(m·K);x为外墙厚度，m。 　　式中： 为室温，; 为墙体内表面吸收的透过窗户的太阳辐射热量， ; 为室内其他热源(人员、灯光、设备等)以辐射方式传至外墙内表面的热量， ; 为温度为 的外墙内表面与该表面的长波辐射换热系数，该系数的量纲与表面传热系数相同。 　　式中： 为壁体外表面与室外空气的表面传热系数， ; 为室外空气温度，; 为壁体外表面吸收的太阳辐射热量; 为壁体外表面与周围环境表面的长波辐射换热系数，这里将周围环境表面作为一个表面看待; 代表该表面的综合温度，。 　　2 结果分析与讨论 　　2.1 通风时间对夜间通风效果的影响 　　考虑三种通风时间： 　　a. 通风12小时，从晚20时开始至次日7时结束;换气次数设定为1次/小时。其余换气次数为0.5次/小时; 　　b. 通风10小时，从晚21时开始至次日6时结束;换气次数设定为1次/小时。其余换气次数为0.5次/小时;c. 通风8小时，从晚23时开始至次日6时结束;换气次数设定为1