建筑热工设计计算参数研究进展

建筑热工设计计算参数研究进展

姜勇

中联西北工程设计研究院有限公司 陕西西安 700077

摘要：自二十世纪工业快速发展以来，人们生活水平日渐提高，以往的自然通风、风扇、火炉等方式调节下的室内环境已经无法满足人们日益增长的需求。随着供暖空调等室内环境控制技术的涌现，人们逐渐依赖于借助设备直接控制室内热环境。随之也带来了建筑能耗大幅度增加，以及过度依赖供暖空调设备，而忽略了建筑围护结构在营造室内热环境中的作用的问题。基于此，对建筑热工设计计算参数研究进展进行研究，以供参考。

关键词：建筑；热工设计；计算参数

引言

随着社会经济的发展以及人们对居住环境要求的提升，较原热工规范，现行规范内容更详实，条文更清晰，增加建筑外围护结构保温设计“基本热舒适”的要求，反映出规范对室内人员热舒适的关注。然而现行规范的“基本热舒适”要求仅适用于保温设计的供暖房间，使用ASHＲAE55标准中关于不对称辐射引起人体不舒适的阈值模型，存在国外热舒适模型与国内人群不匹配的问题。

1建筑热工设计参数概况及需求

建筑热工是研究建筑室外气候通过建筑围护结构对室内热环境的影响以及室内外热湿作用对围护结构的影响，通过建筑设计改善室内热环境方法的学科。建筑热工学主要关注室内热环境水平，并通过建筑设计给予实现和保证。建筑热工设计决定了建筑的保温性能、防热性能，建筑供暖、空调负荷是保证建筑室内的热环境质量的重要环节。建筑热工设计计算参数包括表征建筑热环境水平的室内计算参数和表征建设地点气候条件的室外计算参数。作为暖通空调设计、建筑节能设计、绿色建筑设计的基础，热工设计参数的准确性决定了热工设计的质量，进而影响建筑的整体性能。

2建筑热工设计计算参数应用

2.1用于室内计算参数确定的热舒适评价模型

为了评价建筑热工设计室内计算参数是否满足热舒适要求，需要先建立适用于非人工控制热环境的热舒适评价模型。研究表明，经典PMV模型在非人工控制环境的预测值与实际热感觉有较大偏差，而经典热适应性模型虽然体现了非人工控制环境下室内舒适温度随室外温度变化的规律，但仅考虑了室外平均温度，没有体现壁面温度、室内风速、服装热阻等其他对人体热感觉有明显影响的因素。随着计算机科学技术的发展，热舒适模型的分析可以脱离仅依靠经验方程和线性化求解的简单模式，部分学者尝试借助数据驱动的方法进行分析研究，结果表明用数据驱动算法预测人体热舒适，较PMV模型有更高的预测准确率。本研究基于室内源数据集中非供暖空调建筑数据，输入参数包括空气温度、辐射温度、相对湿度、风速、服装热阻、代谢率，同时用室外气温表征室外环境对热适应的影响，输出为整体热感觉TSV标尺，采用多层感知机(MLP)算法训练建立了适用于非人工控制环境的数据驱动热感觉预测模型。模型采用十折交叉验证法进行训练建模，并使用平均绝对误差MAE、均方根误差ＲMSE、残差平方和SSE和拟合优度系数Ｒ2对模型预测准确度进行了验证评价。由于外围护结构的存在，室内环境会出现不对称辐射场，进而引起人体不适感。为此，本文引入不对称辐射舒适阈值模型，来评价围护结构内表面温度与室内空气温度的温差是否会引起人体局部不适感。

2.2蓄水屋面适用期判定条件研究

我国南方大部分地区属亚热带季风气候和热带季风气候，夏季温度高、湿度重、降雨量丰沛、季候风旺盛，这都为蓄水屋面设计的实现提供了先决条件。但是一年之中究竟哪些时间段内适宜采用蓄水屋面的措施对室内进行降温尚不明确，导致建筑师进行实际设计应用时更是无从下手。因此要得到蓄水屋面设计室外计算参数，首先就应当确定蓄水屋面适用期，并在其适用期内对室外气象数据进行统计分析，才能得到与之相匹配的室外计算参数。在确定蓄水屋面适用期时，本研究选用的判定条件从满足室内人体的热舒适需求角度出发，采用夏季人体热舒适范围的上下限温度值分别作为蓄水屋面适用期的降温需求日和过热日的判定条件，也就是说当室内空气温度高于该温度范围下限时，就表明开始产生对降温的需求，在这些日子里蓄水屋面就具有适用价值，定义为降温需求日;但当室内空气温度高于该夏季热舒适温度范围上限时，说明室内就处于过热状态，即使采用了蓄水屋面进行降温也不能使室内达到热舒适状态，而不得不开始采用空调等主动式设备进行降温，而这段时间内蓄水屋面也就不再具有适用性了，即为过热日，应被剔除。

2.3为既有设计方法补充的参数

自然通风和遮阳是建筑夏季防热设计的重点，是控制夏季室内热环境重要的被动式建筑节能措施。由于适用于自然通风和遮阳设计用的室外计算参数缺失，在进行相关设计时往往借用其他参数，设计结果缺乏可比性，甚至与建筑实际运行状况不符，防热设计的目标无法实现。在适宜时段通风和过热时段遮阳是建筑防热的运行策略，设计的核心是定量评价和优化其运行时段的防热效果。因此，确定自然通风和遮阳时段是统计计算其室外计算参数的核心。研究针对不同地区自然通风作用和适用性各不相同的实际情况，提出基于适应性热舒适模型、平衡点温度法、风速补偿模型及累计频次分布图的自然通风设计室外计算参数确定方法，实现了室内外气候的耦合联动。

2.4非能动停堆组件特点

被动停止组件主要包括活动被动杆(活动车身)和固定安装套筒两部分，被动杆可沿安装套筒导向管上下移动。以中国示范快堆、其内部流动通道中的被动跳闸组件为例。为了满足被动止挡的功能要求，必须在被动止挡内部放置特殊的油门部件，如小孔、节流件和凹槽。冷却液从被动停止组件的接触入口进入组件后，基本上分为两部分。一部分冷却液从被动杆的小孔进入被动杆，以冷却吸收杆束，并从出口孔流过加速器，而另一部分从被动杆和组件套筒之间的环形空间流过。两个部件在部件出口相遇后，从部件流出。被动停止组件的内部流动通道形成一个液压管网络，具有偏转、会合、沿、突然压缩和突然膨胀的结构。此时，在反应器正常运行时，被动停止单元中的吸收束将产生热量释放。吸收芯块、涂层、套筒、导气管和外部套筒从内向外位于吸收器包内。热量释放功率在径向和轴向上分布不均匀，不同固体结构之间以及固体和液体结构之间存在热交换。被动跳闸模块中的冷却液加热后，排气口与模块进口冷却液之间的温度差约为50 C。液态钠的密度和运动粘度是影响被动跳闸模块液压性能的关键因素。因此，有必要建立热传导模型，以计算不同液态钠温度下被动跳闸模块的水力特性。

2.5自然通风设计

当前GB50176—2016《民用建筑热工设计规范》中自然通风设计章节为定性要求，没有给出定量化的参数要求。本文按满足预计不满意率不高于25%(－1≤TSV≤1)的热可接受范围，利用数据驱动热感觉预测模型可得到自然通风环境不同室外温度下的热可接受温度区间，其形式与ASHＲAE55中的热适应模型一致，由于使用了国内热舒适的源数据集，更适应于我国的气象条件和人群特征。根据DeST气象参数数据库提供的典型城市逐月室外月平均温度可得逐月自然通风热可接受温度上下限值。

结束语

随着发展中国家经济的快速发展，近年来世界能源消耗近年来呈现出快速增长趋势，被动式设计就是为降低现代建筑体系所需的巨量能耗应运而生的，其意为顺应自然界的阳光、风力、气温、湿度的自然原理，尽量不依赖常规能源的消耗，以规划、设计、环境配置的建筑手法来改善和创造适宜的居住环境，常见的被动式设计策略包括建筑遮阳、自然通风、被动式蒸发冷却和被动式太阳能采暖等。

参考文献

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