基于夏热冬冷地区的夏季空调室外计算温度与室内“不满意小时数”的研究

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当前人们生活水平不断提高,人们对于热舒适度的追求也不断增加。在追求更高热舒适度的同时,建筑能源消耗进一步加剧。我国由于巨大的能源消耗,未来发展的重点将更加注重节能技术的改进以及能耗计算方法的优化。在空调系统的设计中,室外设计计算参数往往根据一定的“不保证率”来确定。室外温度在传递到室内时,由于围护结构的蓄热特性,产生了一定的衰减。空调房室内的实际“不保证率”相较于室外也有一定的衰减,即室内实际热舒适程度高于预期。因此,有必要研究围护结构的蓄热特性对室内环境产生的影响。本文基于夏热冬冷地区3个代表城市(重庆、武汉、上海)1991~2020年近30年的室外气象数据,利用De ST软件对空调室内温度进行模拟。进而为优化夏热冬冷地区的夏季空调室外计算温度提供指导思路,使其进一步合理化,在一定程度上降低空调系统的能耗,达到节能的目的。本课题研究使用的气象数据是夏热冬冷地区3个代表城市(重庆、武汉、上海)1991~2020年近30年的室外气象数据。依据我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)确定夏季空调室外计算温度的方法,构建了一套夏热冬冷地区3个代表城市夏季空调室外计算参数,确保数据在模拟和计算中保持一致。运用De ST软件,建立夏热冬冷地区某办公楼建筑模型,并进行夏季空调冷负荷计算及空调系统设计,在不考虑负荷富余量的情况下,确定相关设备参数。根据夏季每年空调期5月~10月的设定,分别模拟了3个代表城市(重庆、武汉、上海)空调房间近30年室内温度变化情况。以办公室内设计温度26℃为例,室内温度高于此温度时为“不满意小时”,统计1991~2020年3个代表城市的室内“历年平均不满意小时数”。结果发现,夏热冬冷地区3个代表城市室内“历年平均不满意小时数”均小于室内“历年平均不满意50小时”,3个代表城市中武汉的室内“历年平均不满意小时数”明显高于其他两个城市。分析发现,这与它们的空调期平均室外温度有关。因此,提出可以根据各城市空调期的平均温度,适当提高室外“历年平均不保证小时数”,以达到室内“历年平均不满意50小时”的设计要求,使其更合理。然后,根据上述猜想,将3个代表城市的夏季空调室外“历年平均不保证小时数”作适当提升,根据规范要求重新选择室外计算参数并进行负荷计算和空调系统设计。同样在不考虑富余量的情况下,进行空调设备选型,再次模拟3个代表城市的室内温度并统计室内“历年平均不满意小时数”。如果室内“历年平均不满意小时数”达不到“历年平均不满意50小时”,则在此基础上再适当提高室外“历年平均不保证小时数”,重新进行负荷计算并模拟夏季空调房间的室内温度,统计空调房间的室内“历年平均不满意小时数”,按照此方法,反复模拟,直至夏季空调室内的“历年平均不满意小时数”达到50小时。最终得出:当重庆、武汉、上海夏季空调室外“历年平均不保证小时数”定为66、61、64小时,3个代表城市(重庆、武汉和上海)南向空调房间室内“历年平均不满意小时数”达到了50小时。由此推测,为达到夏季空调房间室内“历年平均不满意50小时数”的规定,可将室外“历年平均不保证小时数”至少提高至61小时。接着,根据重庆室外“历年平均不保证50小时”和室内“历年平均不满意50小时”进行负荷计算及能耗模拟。此时,重庆夏季空调室外计算干球温度由37℃下降到36.6℃,湿球温度由25.7℃下降到25.5℃。根据能耗模拟结果,空调系统按室内“历年平均不满意50小时”设计比按室外“历年平均不保证50小时”设计的能耗降低了11.3%。对上海市采取同样的方式模拟,上海夏季空调室外计算干球温度由35.1℃下降到34.8℃,湿球温度由26.5℃下降到25.4℃,空调能耗降低了10.3%,达到了一定的节能效果。最后,根据对夏热冬冷地区办公建筑室内温度的模拟,笔者提议:在夏季空调负荷计算时,可根据室内“历年平均不满意50小时”的设定要求,将室外计算干球温度适当降低0.3~0.4℃,进行空调系统的设计。此时,室内环境满足人体热舒适要求,且更节能。
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