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摘要以對鄰室傳熱進行的實驗研究為基礎，并將家具蓄放熱因素引入鄰室傳熱分析，給出了可用于工程計算的不同情況下的推薦鄰室傳熱溫差值。同時在此基礎上分析了鄰室傳熱負荷對戶內采暖水系統的影響，得出了鄰室傳熱負荷可以不參與戶內采暖系統水力計算的結論。此研究獲得的推薦數據及分析結論已得到大規模工程實踐的驗證。

關鍵詞計量供熱鄰室傳熱鄰室傳熱溫差鄰室傳熱負荷

1問題的提出

與以往不具備分室溫度可調的傳統采暖系統不同，計量供熱系統為熱消費者提供了獨立控制室溫和熱消費量的可能性。然而熱不同于電，亦不同于水，各戶獨立的控制對它戶基本無影響，熱是可以傳遞的，某戶處身的獨立行為調節勢必對他人產生影響，這種影響具體體現在：由于行為調節，某戶可能將其室內溫度保持在某個較低水平，而引起它戶與之相鄰的房間采暖設計熱負荷加大，我們將這種現象稱為鄰室傳熱。鄰室傳熱是通過分戶隔墻及樓板發生的，本文將就鄰室傳熱負荷的確定及對戶內采暖管道系統的影響進行討論。

2鄰室傳熱負荷的計算方法

2．1鄰室傳熱溫差Δt1的分析計算：

我們知道鄰室傳熱發生在戶間相鄰的樓板與分戶隔墻，其傳熱量可表達為：

（1）

式中：Ki、Fi----第i個傳熱面的傳熱系數，W/（m2·℃）和傳熱面積，m2；

n----鄰室傳熱面的總個數；

Δt1----鄰室傳熱溫差，℃；

tn----室內設定溫度，℃；

tnx----不采暖房間的平衡溫度，℃；

式（1）中，Δt1的確定是求解的Qt關鍵，以下就Δt1的取值進行分析：

2．1．1分析依據的條件

2．1．1．1建筑物圍護結構的傳熱系數取值按"二步節能"[1]要求。

2．1．1．2分析選取的"不采暖"房間被采暖房間相鄰，且"不采暖"房間除鄰室傳熱外無熱量來源。

2．1．1．3采暖房間的室內設計溫度tn=18℃，計算用室外溫度tw=-9℃，冬季采暖室外平均溫度tw=-1.5℃。

2．1．2"不采暖"房間在建筑物中的位置描述

2．1．2．1北向中間層、中間位置，特點是：僅有一面北向外圍護結構，與之相鄰的鄰戶房間也僅且面北向外圍護結構，且外圍護結構特征完全一致。（鄰室傳熱面：樓板+樓板+分戶墻）。

2．1．2．2南向中間層、中間位置，特點與①相同。（鄰室傳熱面：樓板+樓板+分戶墻）。

2．1．2．3北向角房間，中間位置，特點：有兩面外圍護結構（北、西），與之相鄰的鄰戶房間也具有兩面外圍護結構（北、西），且外圍護結構特征完全一致。（鄰室傳熱面：樓板+樓板）。

2．1．2．4北向角房間，位于頂層，其余同③，但傳熱面只有一個樓板。

2．1．3典型房間的綜合熱特性β：

圖1a、b、c為南、北及角部三個典型房間平面，其中圍護結構傳熱系數分別為：外墻KW=1.06W/(m2·K)，外窗（雙層）KS=2.7W/(m2·K)，外窗（單層Kd=4.7W/(m2·K)，屋頂KR=0.7W/(m2·K)。根據以上數據，分別計算北向中間層、南向中間層、北向頂層、南向頂層、角房間中間層及角房間頂層各房間的實際熱負荷（基準熱負荷，不計鄰室傳熱），計算過程略，計算結果見表1。根據表中計算結果，利用公式Q=β·（tn-tW），求β。β值即為典型房間的綜合熱屬性，同樣列于表1。其物理意義是，計算房間在室內外溫差為1℃時的熱負荷值，單位為W/℃。

圖1

表1

位置北向中間層北向頂層南向中間層南向頂層角房間中間層角房間頂層

Q870.91172.4642.1943.61277.61579.1

β30.0340.4322.1432.5444.0654.45

2．1．4計算tnx、Δt1

由房間熱平衡關系可知，當"不采暖"房間從鄰室獲得的熱量與該房間耗熱量相等時，該房間達到溫度穩定，故有：

（2）

由公式（2）并代入相關數據后，可計算出對應于（2）中4種房間不同座落位置時的值tnx。計算過程略，計算結果見表2。

表2

位置①②③④

tnx11.6613.0210.362.1

13.4214.410.896.53

Δt6.344.987.6415.9

4.583.67.1111.47

上行tW=-9℃，下行tW=-1.5℃，樓板K值為2.56W/(m2·K)，分戶墻K值為1.74W/(m2·K)。

2．1．5實測結果的對比：上表所列的第①種情況與天津市龍潭小區節能示范工程中的2單元501室相近。1999.12.17～2000.2.1市房產研究所對2單元501室進行了測試，測試是在鎖閉閥全關、無人居住的情況下進行的。測試結果如表3所示。

室溫實際測試結果表3[3]

建筑名稱龍潭西里的1號樓2單元501室（非端頭鎖閉閥全關）

室內空氣溫度℃室外空氣溫度℃

最高最低平均最高最低平均

15.913.214.351.60-11.20-4.53

將表中tW=-1.60℃，下行tW=-11.2℃,tW=-4.5℃，代入式（2）計算并與實測結果對比，見表4。

2．1．6實際情況下的鄰室傳熱溫差Δt1、tnx：

2．1．6．1由表4可知，理論計算與實測結果存在一定偏差，平均為15%，而且均為實測室溫高于理論計算值，產生這一現象的原因是理論計算是按穩定傳熱模型進行的，而實際熱過程是非穩態，建筑砌體的蓄放熱水作用（南向房間尤為明顯）使室內平衡溫度tnx向高于按穩態傳熱理論計算的tnx值的方向漂移。

室溫理論計算值與實測值比較表4最高最低平均

1.60℃-11.2℃-4.5℃

計算值14.1511.1512.71

實測值15.913.214.35

相差百分數12.37%18.39%12.90%

2．1．6．2前述對室內溫度的計算與實測均地在極端情況下進行的，即：戶內散熱器流量為零，室內無家具，無人居住。但在實際計量供熱的情況下，產生這種情況的概率很小，一般情況是：存在行為調節，但最大幅度莫過于早上上班前，將散熱器恒溫閥設置在較低水平，晚上下班后將其恢復至正常水平，是一種周期行為。而且相對于某個房間溫度而言，建筑砌體、家具處于周期性的蓄放熱過程中，而且在室內維持正常溫度時間，房間的家具、砌體均處于蓄熱狀態。考慮以上因素的計算tnx的熱平衡方程為式（3），而不是式（2）。

（3）

上式中，除Q′S、Qf外，其余符號意義均同前，Q′S-散熱器在溫控閥低檔設定值的散熱量，據文獻[2]中表2-18的實測數據，當散熱器的相對流量為10%時，其相對散熱量最低為36%，此處取Q′S=30%·QS，QS為同一組散熱器在相對流量100%時的散熱量，其數值應等于室內為室溫tn時的房間熱負荷，即：

Q′S=0.3QS=0.3β(tn-tw)W（4）

式（3）中的Qf表示家具散熱量，其含義是：當室溫低于設計狀態值tn時，室內家具必然產生向房間的散熱，而且這種散熱過程是非穩態的。有關Qf值的計算既無理論方法，亦為實測數據。這里嘗試做一簡單討論，首先引用家具充滿系數α，α=Vf/VR。Vf為家具體積，VR為房間體積，在討論中家具的概念為"當量家具"即，所有真正含義上的家具，如桌、椅、床、柜等，以及紙制品、紡織品均視為家具。家具的體積，也不是通常意義上的空間體積，而將其視為單質實體（實心體），具有某個密度和某個比熱，本分析中，取"當量家具"的密度為300kg/m3，比熱為2000J/（kg·K）。在上述條件下，有：

Qf=αVRCρ(tn-tnx)/10×3600W（5）

將α=0.1,VR=3.3×4.5×2.8=41.58m3，C=2000J/（kg·K），ρ=300kg/m3代入式（5）得：

Qf=69.3(tn-tnx)W（6）

Q′S、Qf代入式（3）有下式：

（7）

同（4），計算Δt1、tnx，并將結果列于表5。

考慮散熱器最低散熱量時的Δt1與tnx表5

位置①②③④

tnx15.1215.7913.611.63

15.9216.414.813.406

Δt12.882.214.46.37

2.081.63.24.59

上行tW=-9℃，下行tW=-1.5℃。

對表5進行分析，不難發現以下幾點：①室外計算溫度tW的變化對Δt1的影響較有規律，為38%～40%之間，考慮tW=-9℃發生的頻率較低，Δt1可取以應于tW=-1.5℃和tW=-9℃的中間值。②以南向房間為基準，朝向對Δt1的影響達30%。③以中間層為基準，房間位置對Δt1的影響達45%。④以非角房間為基準，同一層、非角房間與角房間的Δt1差別可達50%。

綜上，可以有這樣的認識：鄰室傳熱溫差Δt1不應取一個固定數值，而應是一個取值范圍，Δt1的具體取值必須考慮計算房間在建筑中的具體位置。

2．2鄰室傳熱負荷的計算及分析

以下根據表4與表5中的Δt1值（Δt1取對應于tW=-9℃和tW=-1.5℃時的算術平均值）分別計算"（2）"中的列四種位置時典型房間的鄰室傳熱負荷以及所占基準熱負荷的比例，負荷計算依據式（1）進行，所采用的各基礎數據同前述，在此不再一一列出，計算結果見表6。

鄰室傳熱量及其占基準熱負荷的比例表6

①②③④

Δt1（1）℃5.464.297.387.38

Q1（1）（W）534.84420.23560.74280.56

Q（W）870.9642.11277.61579.1

Q1（1）/Q（%）61.4165.4543.8917.77

Δt1（2）℃2.481.913.85.48

Q1（2）（W）242.93187.1288.73208.33

Q（W）870.9642.11277.61579.1

Q1（2）/Q（%）27.8929.1222.6013.19

*（1）表示極端情況時的數值。（2）表示實際計量供熱時的數值。

由列于表6的計算結果，可以注意下面幾個特點：①極端情況時的鄰室傳熱量最多達到基礎熱負荷的65%以上，相當可觀；②對于實際計量供暖工程，即無論何種行為調節，均保證散熱器有最低流量，且房間均有人居住、有家具的情況下，鄰室傳熱量較極端情況減少了55%以上，占基冷熱負荷的比例也由最高65%降到了最高30%以下；③不同于以往的理解，不是頂層和角房間的鄰室傳熱比例大，而是中間層非角房間的鄰室傳熱比例大，其實深入分析可知，這生這一現象的原因是，角房間（中間層時）只有兩個鄰室傳熱面，而頂層角房間僅有一個鄰室傳熱面，而且角房間，特別是頂層角房間的自向基準熱負荷值較大。