太阳能采暖房间动态热负荷计算方法研究
刘艳峰，杨晓华2
（1.西安建筑科技大学.710055.西安：2.山东电力工程咨询院有限公司.250013.济南）
传热过程，根据编程计算所得的墙体传热量逐时结果，获得太阳能采暖房间热负荷系数，通过对不同朝向墙体以 摘要：提出一种便于工程设计应用的太阳能采暖房间热负荷动态计算方法，通过Z传递函数分析墙体动态及不同墙体结构的计算后发现：墙体热容量越大，热负荷系数的日变化幅度越小；同一结构，但不同朝向墙体的热负荷系数存在较大差别
关键词：太阳能采暖；热负荷系数；动态热负荷；Z传递函数；热容量；围护结构
中图分类号：TU832.17文献标识码：A文章编号：1000-4726（2011）01-0042-03
A STUDY OF CALCULATION METHOD FOR DYNAMIC HEATING LOAD OF SOLAR HEATING ROOM
LIU Yanfeng' YANG Xiaohua²( 1.Xi'an Unisersity of Architecture and Techngy 710055 Xi'am China;2.Shandong Electric Power Engineering Consuling Institute Co. Iad. 250013 Ji'nan China)
which is easy to enginering design application.By Z transfer function this paper analyzes wall dynamic heat Abstraet: This paper puts forwand a heating load dynamic caleulation method for solar beating room transfer process and according to the hourly result of wall heat transmission which is obtained by programmingcalculation gets tbe heating load coefcient of solar energy beating room. By the caleulation of different orientation wall and different wall structure findsthe lager tbe wall heating capacity the smaller the dailychanging amplitude of heating load coefficient; the same structure but with different orientation wall theheating load coefficient has obrious difference.
Key words: solar heatingheating load coefficientalynamic heating load;Z. transfer funetion :heat capacity;palisade structure
围护结构耗热量是决定建筑供暖热负荷值的一个方法，此方法计算简便易行，但不能反映太阳能建筑热重要因素.文献1中规定：围护结构的耗热量包括基本负荷波动性强的特征，在太阳能采暖建筑中，进入室内 的被动太阳能得热量不可忽略，而此部分得热量不受围护结构传热衰减作用，会造成房间热负荷剧烈波动.另一方面，太阳能采暖热源的供热量也具有明显的波动性，且与热负荷波动相位冲突，因此太阳能采暖系统应依靠蓄热调节保证采暖效果，而掌握太阳能采暖房 间热负荷动态规律是进行热量蓄调的基础.
耗热量和附加耗热量，其中，基本耗热量按一维稳态传热近似计算：围护结构的附加耗热量主要考虑太阳辐射得热量及温差传热计算中某些条件改变时，对于基本耗热量的修正.目前国内关于太阳能采暖的两部设计标准对太阳能采暖房间热负荷仍采用稳态计算
20世纪60年代以来，我国逐渐完善了空调负荷非稳态传热理论，形成了空调动态负荷计算方法.其
（4）目前太阳能热水器在杭州地区仍有很大的推广空间.由于以前自发安装太阳能热水器对建筑外观和房屋相关使用功能造成的影响和破坏，直接导致许多小区物管部门出台不允许安装太阳能热水器的规提高太阳能热水系统与建筑的一体化程度，这也与省 定，严重制约了太阳能热水器的普及吗.当前迫切需要市政府高度重视太阳能热水系统与建筑一体化设计、施工及验收的要求完全符合.此外，还需进一步深入研究适合高层住宅类型的先进太阳能热水系统，并通过工程示范不断总结经验，优化和完善系统设计.
参考文献
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中，冷负荷系数法是1982年经原城乡建设环境保护部主持、评议通过的空调动态负荷计算方法之一，已为广大设计人员所熟悉掌握.本文借鉴空调冷负荷系数 法，提出了一种便于工程设计应用的太阳能采暖房间热负荷动态计算方法，即热负荷系数法本方法不但计算简便，而且可反映太阳能采暖房间热负荷的动态特性，从而为太阳能采暖系统的设计和运行调节提供可靠依据.
外表面放热系数；
值取决于平壁的结构及其热工特性和内
p，mn--正整数，表示所取系数b，c，d的个数；
-在r-时刻的室外综合温度（C）.
1.2.2计算逐时热负荷
考虑到供暖负荷计算精度的要求，n时刻供暖房间负荷可由以下简化公式计算：
（4)
式中HL. HL -时刻和r-1时刻的热负荷（W/m²)；
1理论分析
Q.Q-时刻和r-1时刻的失热量（W）；
1.1热负荷系数定义
V.V，W-房间的z传递函数系数.
对于围护结构而言，本文提出采暖热负荷采用下式计算：
对于房间的z传递函数系数，系数W，只与房间的结构和表面特性如表面放热系数等有关.V和V，除与房间有关外，还与得热种类有关.
(1)
式中HL围护结构逐时热负荷（W）；
2模拟计算
F--围护结构的面积（m²）;K---围护结构的传热系数[W/(m²℃C)]；[--供暖室内设计温度（C）； I--供暖室外计算温度（℃C）；
以拉萨太阳能采暖建筑为例，根据前述理论分析，用Mailab进行编程，先后计算出典型日室外空气 综合温度、国护结构失热量以及逐时热负荷，然后根据公式（2）求得热负荷系数.由于传递函数系数收敛很快，在应用公式（3）计算围护结构失热量时，取p=6 m=5.以24h为周期，连续作用8-9个周期，计算结果趋于稳定.采用同样方法应用公式（4）计算逐时热负荷
e-热负荷系数.
热负荷系数定义为室内温度为18℃时，单位面积围护结构的逐时热负荷与室内设计温度为18℃时稳态方法下计算的热负荷之比，即：
(2)
计算条件如下：墙壁外表面对太阳辐射的吸收率取0.556，壁面黑度取0.97，壁表面总换热系数取9.3W/（m²℃）Z传递函数系数b，c，d的取值参见文献9，W=-0.94 V=-0.621 V=0.681为便于分析，表1给出 了拉萨地区白天室外综合温度.
式中HL室内温度为18C时的逐时热负荷
{--供暖室内设计温度（°℃C），r=18.
由式（2）可见，要想求出热负荷系数，首先应求出室内设计温度等于18℃时的逐时热负荷.
定性分析发现：墙体热容量和墙体朝向对热负荷系数的影响最为明显故文中针对5种不同热容量的墙体和墙5在不同朝向的热负荷系数进行计算，墙1-5的热容量分别为322，480 548 666，879kJ/（m²-℃）.
1.2逐时热负荷
在负荷计算中，围护结构传热问题和室内负荷的计算问题通常可作为线性定常系统看待，描述线性定 常系统的输入与输出之间的关系最常用的是传递函数.用Z传递函数法计算逐时热负荷分作两步.
表1拉萨地区白天室外综合温度
时间 朝向09:00 9.3≤28.39.510.3 南东南东东北 西北西西南 01-c0101-10:00 1100 26.7 11.4 39.227.1 24.5 19.7 2.5 0.2 -6.1 2.8 2.8 6.1 -2.8 19- 2.8 6.11200 37.2 42.923.4 0.1 0.1 0.1 10- 9.71300 1400 43.4 45.6 39.713.7 2.7 1.7 2.7 1.7 2.7 2.7 1.7 1.7 4.3 22.7 34..7 160037.7 21.1 9.2 2.7 2.0 2.7 2.0 2.7 2.0 2.7 2.0 17.7 42..5 0.4 04 0.4 0.4 2.6 27.6 30.6 45.4 40.918:00 11.8 2.0 2.0 2.0 2.0 3.9 20.2 23.4
1.2.1计算失热量
经屋顶、墙体等壁体传热失热量为：
(3)
式中Q--在r时刻经围护结构传出的失热量（W）；
Q--在r-i时刻围护结构传出的热量（W）；
I室内温度（C）；
F-围护结构计算面积（m²）；
b，c，d--围护结构的Z传递函数的诸系数，它们的
3计算结果分析
3.1墙体热容量对热负荷系数的影响
热负荷系数随墙体热容量的变化关系计算结果见图1.
由图1可见，墙体热容量越大，热负荷系数的日变化幅度越小，最小值出现的时刻滞后越大.5种不同的墙体中，墙1热负荷系数的日波动范围最大，最大值出0.17.墙5热负荷系数日波动范围最小，最大值出现在 现在12点左右，约为0.9，最小值出现在22点左右，约为23点左右，约为0.57，最小值出现在11点左右，约为0.53，原因在于墙体传热衰减和滞后的程度取决于其蓄热能力，墙体热容量越大，蓄热能力越大，滞后的时间就越长，波幅的衰减就越大.
图1不胃墙体热负荷系数
3.2朝向对热负荷系数的影响
热负荷系数随朝向的变化关系见图2.
由图2可见，同一结构墙体，一天中，北、东北、西北三个朝向墙体的热负荷系数均略大于1，其他朝向墙体的热负荷系数均小于1.同一时刻，南向墙体热负荷系数最小，北向墙体热负荷系数最大.南、北两个朝向墙体热负荷系数的日平均值相差约为0.48，东南、西南两 个朝向墙体热负荷系数的日平均值均约为0.67，东、西两个朝向墙体热负荷系数的日平均值均约为0.87.
分析原因：外墙等围护结构的外表面吸收辐射热后，提高了自身的温度，减小了由室内传向室外的热量，由失热量引起的房间热负荷也相应减小.由于朝向 不同的围护结构所接受的太阳辐射影响不相同，所以同一结构不同墙体的热负荷系数存在较大差别.
4结语
（1）以Z传递函数为理论基础求出了太阳能采暖房间热负荷系数，并提出了一种便于工程设计应用的太阳能采暖房间热负荷动态计算方法.
（2）不同墙体结构，热容量越大，热负荷系数的日变化幅度越小，热负荷最小值出现的时刻滞后越大，当
（a)南、东南、西南：（(b）北、东北、西北：（e)东、西 图2不网朝向热负荷系数
墙体热容量达到879kJ/（m²℃）时，热负荷系数的日波幅很小，约为0.02.
（3）同一结构，同一时刻，不同朝向墙体的热负荷系两朝向墙体热负荷系数的日平均值相差约为0.48. 数不同，南、北两朝向墙体的热负荷系数相差最大.南、北
参考文献
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