CN101216441A - 居住建筑热工性能的整体测评方法 - Google Patents
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Abstract
居住建筑热工性能的整体测评方法。该方法包括检测并获取居住建筑的室内外干球温度、太阳辐射强度、外墙外表面太阳辐射吸收系数和外墙外表面与空气对流换热系数。本方法还有计算出室外综合温度和建立整体测评的计算式:被测居住建筑的夏季热亲和时间、夏季热抵御时间和冬季热抵御时间。然后,把夏季热亲和时间和两季的热抵御时间计算结果,与当地绿色示范居住建筑和节能示范居住建筑的夏季热亲和时间和两季的热抵御时间分别进行比较,进而对被测评居住建筑的热工性能进行整体评定。本发明不仅能够克服现有技术不能对居住建筑的热工性能进行整体测评的不足,而且测量参数少、操作简便、测试持续时间短。
Description
技术领域
本方法涉及测评居住建筑热工性能的方法。
背景技术
热工性能是建筑、尤其是居住建筑的主要性能之一,它对居住建筑的舒适健康、能源消耗都有显著性影响。居住建筑在竣工验收,交付使用和市场销售时,都需要确定其热工性能。随着房地产市场的发展,人民居住水平的提高,尤其是节能减排成为国策。热工性能成为居住建筑质量的重要构成之一。实际工程中,迫切需要对居住建筑的热工性能进行科学的测评,以保护消费者以及国家利益。
发达国家的居住建筑工程量不大,为了使居住建筑热工性能符合要求,基本做法都是在建造过程中进行质量控制,从各个环节上层层把关。设计首先要符合节能设计标准要求,并利用计算软件相当确切地算出在一定条件下的居住建筑能耗数据;节能工程采用的新技术要经本国权威部门认证认可,执有相应证书;所使用的材料、部品须经检测符合有关标准要求;施工工艺也要遵循有关规范标准,还要通过有关监理检查单位认可。由于已经进行了过程控制的单项检测,所以,目前在发达国家中也没有居住建筑热工性能的整体测评方法。
目前,我国正在进行大规模的居住建筑建设。但现有的居住建筑热工性能的测评也只是对建筑各部件的热工性能测评,同样没有居住建筑整体热工性能的测评方法。现有的单项测评方法是检测居住建筑的体形系数、朝向、窗墙比;检测居住建筑墙体、屋面、门窗等的热工参数。然后逐一核对这些参数是否符合规定,由此来评定居住建筑热工性能是否是符合要求。该方法的主要缺陷是没有建立起整体性能的表征参数和测评方法,只能罗列出各部分的性能参数,不能从各部分性能参数的各种组合中科学合理地得出居住建筑热工性能的整体评价。
从上述介绍中可以看到,现有的关于居住建筑热工性能的测评方法仅仅是针对建筑围护结构各构成部分的热工性能,而且检测方法繁琐,检测参数多,相互之间的关系不明确,具有严重的局限性,而且单个参数达到要求,其整体热工性能未必一定能达到要求。实际工程的验收,交付使用和房屋转让都需要现场快速简便地测评居住建筑的热工性能。然而,现有的单项测评方法在实际的工程竣工验收中难以采用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术的不足,提供一种能够对居住建筑的热工性能进行整体测评的方法。
解决所述技术问题的技术方案是这样一种居住建筑热工性能的整体测评方法。该方法包括检测并获取居住建筑的室外干球温度tw和室内干球温度tn,检测或获取太阳辐射强度I、居住建筑的外墙外表面太阳辐射吸收系数ρ和该外墙外表面与空气对流换热系数αw。其改进之处是,本方法还有如下测评步骤:
①计算出室外综合温度twz,其计算式为
②建立整体测评的计算式:
在夏季的室外综合温度twz低于室内干球温度tn的时间段内,计算该时间段的夏季热亲和时间τas,其计算式为
在夏季的室外综合温度twz高于室内干球温度tn的时间段内,计算该时间段的夏季热抵御时间τrs,其计算式为
在冬季,计算测评时间段内的冬季热抵御时间τrd,其计算式为
在上述各式中:
——测评时段内的室外综合温度的平均值
t0——对应季节的热舒适表征温度
τ1——夏季室外综合温度刚开始低于室内干球温度的时刻
τ2——夏季室外综合温度上升并刚开始等于室内干球温度的时刻
τ3——夏季室外综合温度下降并刚开始等于室内干球温度的时刻
τ4——冬季检测的开始时刻
τ5——冬季检测的终止时刻;
③在要进行整体测评其热工性能的居住建筑当地,对当地绿色示范居住建筑和节能示范居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出对应时间值以作为对比参照:
在夏季分别计算出,当地绿色示范居住建筑的夏季热亲和时间值τas1和夏季热抵御时间值τrs1、当地节能示范居住建筑的夏季热亲和时间值τas2和夏季热抵御时间值τrs2;
在冬季仅计算出,当地绿色示范居住建筑的冬季热抵御时间值τrd1与节能示范居住建筑的冬季热抵御时间值τrd2;
④对要进行整体测评其热工性能的居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出该居住建筑的夏季热亲和时间τas值、夏季热抵御时间τrs值和冬季热抵御时间τrd值;
⑤用步骤④计算出的被测评居住建筑的各个时间值,与步骤③计算出的各个对应的参照时间值进行比较,根据各个对应时间值的差值来对被测评居住建筑的热工性能进行整体评定;
被测居住建筑的夏季热亲和时间τas越短,则表明该居住建筑在这个测试时间段内的热工性能越好(由于冬季居住建筑的室内温度一般都高于室外温度,因此不用考察冬季的“热亲和时间”);被测居住建筑的夏季热抵御时间τrs和冬季热抵御时间τrd越长,则表明该居住建筑在两个季节的不同测试时间段内的热工性能越好。
本领域的技术人员十分清楚,测评居住建筑的热工性能,就是测评居住建筑的室内温度受室外气温影响的程度,用最通俗、最本质的语言讲,就是要测评该居住建筑的保温(反之为传热)时间的长短。本发明的夏季热亲和时间τas、夏季热抵御时间τrs和冬季热抵御时间τrd,就是据此提出来的,也可称为是本发明的原理;在对居住建筑的热工性能进行整体测评时,也可以把它们分别称为夏季热亲和能力、夏季热抵御能力和冬季热抵御能力。这些能力越强,居住建筑的整体热工性能就越好。
显然,如同任何类型的测评均应当有一个符合自然规律的客观标准作为参照一样,本发明提出用“当地绿色示范居住建筑和节能示范居住建筑”作为测评的对比参照,就是符合自然规律的客观标准。
从方案中不难看出,由于本发明直接检测和/或需要获取的,均是现有技术中能够直接检测和/或获取到的,而且所需参数的数量少。因此,与现有的对居住建筑的热工性能只能进行单项测评相比较,本发明不仅能够对居住建筑的热工性能进行整体测评,而且测量参数少、操作简便、测试持续时间短。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1——某一居住建筑在夏天测评时连续两天的温度变化曲线
图2——某一居住建筑在冬天测评时连续两天的温度变化曲线
图3——各参数测点布置示意图
具体实施方式
居住建筑热工性能的整体测评方法。该方法包括检测并获取居住建筑的室外干球温度tw和室内干球温度tn,检测或获取太阳辐射强度I、居住建筑的外墙外表面太阳辐射吸收系数ρ和该外墙外表面与空气对流换热系数αw。
本发明的整体测评方法中,还有如下测评步骤:
②建立整体测评的计算式:
在夏季的室外综合温度twz低于室内干球温度tn的时间段内,计算该时间段的夏季热亲和时间τas,其计算式为 在夏季的室外综合温度twz高于室内干球温度tn的时间段内,计算该时间段的夏季热抵御时间τrs,其计算式为
在冬季,计算测评时间段内的冬季热抵御时间τrd,其计算式为
在上述各式中:
t0——对应季节的热舒适表征温度(℃)
τ1——夏季室外综合温度刚开始低于室内干球温度的时刻(t)
τ2——夏季室外综合温度上升并刚开始等于室内干球温度的时刻(t)
τ3——夏季室外综合温度下降并刚开始等于室内干球温度的时刻(t)
τ4——冬季检测的开始时刻(t)
τ5——冬季检测的终止时刻(t);
③在要进行整体测评其热工性能的居住建筑当地,对当地绿色示范居住建筑和节能示范居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出对应时间值以作为对比参照:
在夏季分别计算出,当地绿色示范居住建筑的夏季热亲和时间值τas1和夏季热抵御时间值τrs1、当地节能示范居住建筑的夏季热亲和时间值τas2和夏季热抵御时间值τrs2;
在冬季仅计算出,当地绿色示范居住建筑的冬季热抵御时间值τrd1与节能示范居住建筑的冬季热抵御时间值τrd2;
④对要进行整体测评其热工性能的居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出该居住建筑的夏季热亲和时间τas值、夏季热抵御时间τrs值和冬季热抵御时间τrd值;
⑤用步骤④计算出的被测评居住建筑的各个时间值,与步骤③计算出的各个对应的参照时间值进行比较,根据各个对应时间值的差值来对被测评居住建筑的热工性能进行整体评定;
被测居住建筑的夏季热亲和时间τas越短,则表明该居住建筑在这个测试时间段内的热工性能越好;被测居住建筑的夏季热抵御时间τrs和冬季热抵御时间τrd越长,则表明该居住建筑在两个季节的不同测试时间段内的热工性能越好。
显然,在本发明中的热舒适表征温度t0,应当根据节能规范和已统计出的绝大多数人对热合适的感觉来设定。本具体实施方式中,该热舒适表征温度t0在夏天时设定在26℃、在冬天时设定在18℃。
至此,结合对本发明原理的了解,本领域的技术人员已经能够根据上述方法中的步骤,针对不同的居住建筑来对其热工性能进行测试与整体评价了。因此,上述披露也可以看成是以下的总述。在以下各例中,与本总述相同的内容不赘述。
实施例1(参考图1、图2):
在图1、图2中,标记twz为室外综合温度twz的曲线,标记tns为夏天的室内干球温度tn,标记tnd为冬天的室内干球温度tn。室外综合温度twz的曲线与室内干球温度tn之间的面积,就直观地表现了居住建筑的整体热工性能。在图1、图2中,标记tc为被测居住建筑当地的作为对比参照的节能示范居住建筑的室内干球温度曲线。为图面清晰,未绘制出当地的绿色示范居住建筑的室内干球温度曲线。
在本例中:
(一)夏季现场检测时(参考图1),选择两个以上的连续晴天,保持室内无人,照明及所有散热设备关闭,逐时记录室内干球温度tn、室外干球温度tw并计算出室外综合温度twz;一次夏季热亲和时间τas和一次夏季热抵御时间τrs的测试时间段按照如下步骤确定:
①在第一个晴天日出、且室外温度上升到开始高于室内后,关闭居住建筑外门窗,撑开遮阳;
②确定夏季室外综合温度刚开始低于室内干球温度的时刻τ1:在第一个晴天日落后,收起遮阳,在室外干球温度tw下降到等于室内干球温度tn时确定;然后开启所有能开启的外门窗;
③确定夏季室外综合温度上升并刚开始等于室内干球温度的时刻τ2:第二个晴天日出时,又撑开遮阳,在室外干球温度tw上升到等于室内干球温度tn时确定;然后关闭所有外门窗;
④确定夏季室外综合温度下降并刚开始等于室内干球温度的时刻τ3:第二个晴天日落后,收起遮阳,在室外干球温度tw下降到等于室内干球温度tn时确定。
然后,把逐时记录的室内干球温度tn、逐时计算出的室外综合温度twz、计算出的测评时段内的室外综合温度的平均值、确定的热舒适表征温度t0、以及根据上述步骤确定的各个时刻(τ1和τ2、τ2和τ3),分别代入夏季热亲和时间τas和夏季热抵御时间τrs的计算式中计算;最后与对应的对比参照值进行比较,以作出被测评居住建筑在夏季时的热工性能的整体评价。
图1中,将tns和twz围成的标记为τas的面积,与tc和twz围成的对应面积比较,可以作出被测评居住建筑夏季热亲和能力的直观评价;将tns与twz围成的标记为τrs的面积,与tc和twz围成的对应面积比较,可以作出被测评居住建筑夏季热抵御能力的直观评价。
显然,通过数据进行评价更好,在本具体实施方式中,进一步提供如下评价表:
表1夏季建筑整体热工性能等级评价表
A级(优秀) | 同时满足τas≤τas1,τrs≥τrs1 |
B级(良好) | τas≤τas1,τrs1>τrs≥τrs2或τas1<τas≤τas2,τrs≥τrs2 |
C级(合格) | τas1<τas≤τas2,τrs1>τrs≥τrs2 |
D级(不合格) | τas>τas2或τrs<τrs2 |
E级(恶劣) | 同时满足τas>τas2,τrs<τrs2 |
(二)冬季现场检测时(参考图2),选择采暖期内的两个以上连续的阴、雨天或雪天;检测时,保持室内无人,照明及所有散热设备关闭,外门窗保持关闭,一次测试持续48小时:记录冬季检测的开始时刻τ4和冬季检测的终止时刻τ5,逐时记录室内干球温度tnd、室外干球温度tw并计算出室外综合温度twz。
以及根据上述步骤确定的各个时刻(τ4和τ5),分别代入冬季热抵御时间τrd的计算式中计算;最后与对应的对比参照值进行比较,以作出被测评居住建筑在冬季时的热工性能的整体评价。
图2中,将tnd和twz围成的标记为τrd的面积与tc和twz围成的对应面积比较,可以作出被测评居住建筑冬季热抵御能力的直观评价。
显然,通过数据进行评价更好,在本具体实施方式中,进一步提供如下评价表:
表2冬季建筑整体热工性能等级评价表
B级(良好) | τrd≥τrd1 |
C级(合格) | τrd1>τrd≥τrd2 |
D级(不合格) | τrd≤τrd2 |
实施例2:
为了让初学者、也即比“本领域的技术人员”水平约低一些的技术人员能够理解本发明,特提供本实施例。在本例中,将介绍室外干球温度tw、室内干球温度tn、以及太阳辐射强度I的检测方法与步骤:
(一)确定适用的仪器设备及其性能要求
①室外干球温度tw的检测仪器、室内干球温度tn的检测仪器:采用可以自动记录数据的空气温度自记仪,或者采用自动检测巡检仪,结合热电耦,数据存储方式适用于计算机分析。精度要求在0.1℃,测量仪表的附加误差应小于4μV或0.1℃;
②太阳辐射强度I的检测仪器7:采用可以自动记录数据的太阳总辐射表,或者配置自动检测巡检仪。太阳总辐射表的技术参数要求见下表:
表3太阳总辐射表技术参数
灵敏度 | 响应时间 | 年稳定度 | 余弦响应 |
7~14mW/kw.m-2 | <35秒(99%) | 不大于±2% | ≯±7%(太阳高度10°时) |
温度系数 | 光谱范围 | 非线性 | 信号输出 |
≯±2%(-10℃~+40℃) | 0.3~3.2μm | ±2% | 0~20mv |
(二)确定现场检测的仪器仪表安装位置(参考图3)
①室内干球温度tn测点
室内干球温度传感器应置于被测居住建筑的房间4中央,测点应离开外墙表面不小于0.5m,离地高度1.5m,并设置防辐射罩,避免太阳辐射或室内热源的直接影响。
对于室内面积不足16m2,测室内中央1点;16m2及以上不足30m2测2点(居室对角线三等分,其两个等分点作为测点);30m2及以上不足60m2测3点(居室对角线四等分,取其三个等分点作为测点);60m2及以上不足100m2测5点(二对角线上梅花设点);100m2及以上,每增加20~50m2酌情增加1~2个测点(均匀布置)。
②室外干球温度tw测点
室外干球温度传感器应设置在外表面为白色的气象百叶箱6内,气象百叶箱6置于被测居住建筑房间4的屋顶5上,距屋面高度1.5m,四周无遮挡。
③太阳辐射强度I测点:
水平太阳辐射照度仪安装在气象百叶箱顶上,如图3所示。应在没有显著倾斜的平坦地方,东、南、西三面及北回归线以南的测试地点的背面离开障碍物的距离,应为障碍物高度的10倍以上。在测试场地范围内,应避免有吸收或反射较强的材料(如煤渣、石灰等)。
各个测点确定下来、并安装好相应检测仪器后,把各个检测仪器与计算机系统的信号接收器联接,把信号接收器与数据分析计算单元联接,数据分析计算单元最终与结果输出单元联接。由于本发明选择的适合本发明的公知公用的计算机系统,故对该计算机系统不详述。
在本具体实施方式中,除上述参数是通过检测来获取之外,外墙外表面太阳辐射吸收系数ρ和该外墙外表面与空气对流换热系数αw,既可以通过检测获取,也可以通过查阅手册获取;在估计误差不大的情况下,为便于评定,其数值也可以统一为ρ=1、αw=23W/(m2·℃)。
Claims (3)
1.居住建筑热工性能的整体测评方法,该方法包括检测并获取居住建筑的室外干球温度(tw)和室内干球温度(tn),检测或获取太阳辐射强度(I)、居住建筑的外墙外表面太阳辐射吸收系数(ρ)和该外墙外表面与空气对流换热系数(αw);其特征是,本方法有如下测评步骤:
①计算出室外综合温度(twz),其计算式为
②建立整体测评的计算式:
在夏季的室外综合温度(twz)低于室内干球温度(tn)的时间段内,计算该时间段的夏季热亲和时间(τas),其计算式为
在夏季的室外综合温度(twz)高于室内干球温度(tn)的时间段内,计算该时间段的夏季热抵御时间(τrs),其计算式为
在冬季,计算测评时间段内的冬季热抵御时间(τrd),其计算式为
在上述各式中:
t0——对应季节的热舒适表征温度
τ1——夏季室外综合温度刚开始低于室内干球温度的时刻
τ2——夏季室外综合温度上升并刚开始等于室内干球温度的时刻
τ3——夏季室外综合温度下降并刚开始等于室内干球温度的时刻
τ4——冬季检测的开始时刻
τ5——冬季检测的终止时刻;
③在要进行整体测评其热工性能的居住建筑当地,对当地绿色示范居住建筑和节能示范居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出对应时间值以作为对比参照:
在夏季分别计算出,当地绿色示范居住建筑的夏季热亲和时间值(τas1)和夏季热抵御时间值(τrs1)、当地节能示范居住建筑的夏季热亲和时间值(τas2)和夏季热抵御时间值(τrs2);
在冬季仅计算出,当地绿色示范居住建筑的冬季热抵御时间值(τrd1)与节能示范居住建筑的冬季热抵御时间值(τrd2);
④对要进行整体测评其热工性能的居住建筑进行测试,并用步骤②中的计算式分别计算出该居住建筑的夏季热亲和时间(τas)值、夏季热抵御时间(τrs)值和冬季热抵御时间(τrd)值;
⑤用步骤④计算出的被测评居住建筑的各个时间值,与步骤③计算出的各个对应的参照时间值进行比较,根据各个对应时间值的差值来对被测评居住建筑的热工性能进行整体评定;
被测居住建筑的夏季热亲和时间(τas)越短,则表明该居住建筑在这个测试时间段内的热工性能越好;被测居住建筑的夏季热抵御时间(τrs)和冬季热抵御时间(τrd)越长,则表明该居住建筑在两个季节的不同测试时间段内的热工性能越好。
2.根据权利要求1所述居住建筑热工性能的整体测评方法,其特征是,所述热舒适表征温度(t0),在夏天时设定在26℃、在冬天时设定在18℃。
3.根据权利要求1或2所述居住建筑热工性能的整体测评方法,其特征是:
(一)夏季现场检测时,选择两个以上的连续晴天,保持室内无人,照明及所有散热设备关闭,逐时记录室内干球温度(tn)、室外干球温度(tw)并计算出室外综合温度(twz);一次夏季热亲和时间(τas)和一次夏季热抵御时间(τrs)的测试时间段按照如下步骤确定:
①在第一个晴天日出、且室外温度上升到开始高于室内后,关闭居住建筑外门窗,撑开遮阳;
②确定夏季室外综合温度刚开始低于室内干球温度的时刻(τ1):在第一个晴天日落后,收起遮阳,在室外干球温度(tw)下降到等于室内干球温度(tn)时确定;然后开启所有能开启的外门窗;
③确定夏季室外综合温度上升并刚开始等于室内干球温度的时刻(τ2):
第二个晴天日出时,又撑开遮阳,在室外干球温度(tw)上升到等于室内干球温度(tn)时确定;然后关闭所有外门窗;
④确定夏季室外综合温度下降并刚开始等于室内干球温度的时刻(τ3):第二个晴天日落后,收起遮阳,在室外干球温度(tw)下降到等于室内干球温度(tn)时确定;
(二)冬季现场检测时,选择采暖期内的两个以上连续的阴、雨天或雪天;
检测时,保持室内无人,照明及所有散热设备关闭,外门窗保持关闭,一次测试持续48小时:记录冬季检测的开始时刻(τ4)和冬季检测的终止时刻(τ5),逐时记录室内干球温度(tn)、室外干球温度(tw)并计算出室外综合温度(twz)。
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