采暖设计室外计算温度统计方法探讨

王昭+刘卫斌

摘要：《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中规定，采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度。本文将采暖系统分成舒适性采暖和工艺性采暖.对于舒适性采暖可采用规范中的统计方法；对于工艺性采暖，由于不同设备材料及工艺的特殊要求，有的采暖室外计算温度应采用一定年限内累年年最低温度平均值，有的采暖室外计算温度却应采用一定年限内累年极端最低温度值。结合分析国内气象数据，根据实际案例，给出采暖系统的最佳解决方案。

关键词：采暖设计；计算温度；舒适性采暖；工艺性采暖

前言

采暖系统的温度设计参数包含采暖设计室内计算温度和室外计算温度。其中，采暖室内设计计算温度由所处室内环境的人及工艺环境的要求确定；采暖设计室外计算温度是计算采暖热负荷的重要参数，它的正确选择是设计采暖系统的重要依据，也影响室内供暖设备的选取，供热量的大小，决定了系统的投资和运行管理费用，它的选取既要考虑到达到人的舒适性和工艺设备的要求，又要达到节能和减少投资的目的。

1采暖系统方式

采暖是采用一定的技术手段保持一定空间范围内的温度稳定，以满足人体的舒适性和生产工艺设备的要求。

采暖系统根据使用对象的不同可以分成舒适性采暖和工艺性采暖系统。以满足人体热舒适性为目的的采暖系统称为舒适性采暖，以满足生产工艺及相关设备的技术要求为目的的采暖系统称为工艺性采暖。对系统进行设计均应计算采暖热负荷，室外计算温度是计算采暖热负荷重要的影响指标。

1.1舒适性采暖

根据国内外有关卫生部门的研究结果，当人体衣着适宜、保温量充分且处于安静状态时，室内温度20%比较舒适，18℃无冷感，15℃是产生明显冷感的温度界限。按照国家现行标准《室内空气质量标准》（GB/T 18883）要求，把民用建筑主要房间的室内温度k范围定在16～24℃。要保持室内的设计温度，必须使供暖系统的供热负荷大于室内实际需要的热负荷，而室内热负荷主要包含：建筑围护结构传热耗热量和加热进入室内的冷空气所需的热量。

从以上传热公式可以看出，室内热负荷与室内外空气的温差成正比。当室内温度保持设计温度不变时，室外空气温度越低，则热负荷越大。室外气象条件（包含温度、风速等）的变化幅度很大，因此如何确定采暖设计室外计算温度十分重要。

若按历年来出现过的极端最低温度作为室外计算温度，根据计算出的热负荷，设计供暖系统、选择供暖设备及供给热量，则在历年所有时间，室内设计温度都能得到满足。但历年极端最低温度几十年才出现一次，依据它设计的供暖系统只有在极端最低温度出现的这一天充分发挥它的作用。而在采暖期大部分时间，由于室外温度高于它，使供暖系统出力过大，这在经济上、技术上显然不合理。另外，室外温度是波动的，维护结构的传热是不稳定传热，民用建筑的维护结构具有一定的蓄热性和热情性，室外温度的波动传向维护结构的内表面既在时间上有延迟，叉在温度波动的幅度上有衰减。几十年才出现一次的极端最低温度往往延续时间很短，这种短时间的温度波动，在围护结构的厚度内逐渐衰减，对室内温度影响很小。

其次，民用建筑是针对“人”进行设计，在温度较低的短暂时间内人可以通过主动防御，如增添保暖衣服，减少通风等措施，保证安全生产和生活。满足人的舒适性要求。《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中规定，采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度，设计规范所规定的采暖室外计算温度，适用于连续采暖或间歇时间较短的采暖系统的热负荷计算。如果间歇时间太长，室内达不到要求的时间就会增多。

在我国现行规范中，供暖室外计算温度基本是一个地区或者几个城市共用一个温度，而这个温度并没有考虑建筑物的用途及建筑物的结构。而在美国的ASHRAE Hdhook一1993 Fndamentals里有这样的描述：“冬季天空晴朗的时候，每天的最低气温一般出现在早晨6：00至8：00之间。对于住宅建筑基本整天都有人居住，采用能保证当地99%时间能达到室内设计温度的供暖室外计算温度；而对于商业建筑或者其它直到接近中午才有人的建筑就采用保证当地97 5%的时间能达到室内设计温度的供暖室外计算温度。”1975年，ASHRAE标准90-75在《新建筑物设计节能》中规定：“供暖设计应选取保证当地97.5%时间能达到室内设计温度作为室外计算温度。同时指出，如果房屋是轻型围护结构，又有大面积玻璃，且室温控制要求很高时，应采用最低温度平均值或满足99%時间能达到室内设计温度的值作为室外计算温度。”因此，对于间歇时间太长及热惰性较小的建筑，采用历年平均不保证5天的日平均温度作为室外计算温度，室内气温波动较大，室内达不到的时间自然会增多，难以保证当地97.5%时间能达到室内设计温度，要想保持必要的室内温度，根本的途径是建立合理的运行机制，充分发挥采暖设备的效能。

1.2工艺性采暖

1.2.1敏感性强工艺性采暖

在某些化工（如油漆生产部门）和一些电子行业，由于其产品对室内气温的高度敏感性，即使室内气温在很短时间内低于室内设计温度（产品及工艺过程要求环境温度），生产和产品都会变质和发生损失，所以，室内采暖设计温度应保证任何时间均应大于生产工艺和产品对环境温度的要求。

如果采用《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中规定，采暖室外计算温度采用历年平均不保证5天的日平均温度，或者采用美国的ASHRAE Handbook一1993 Fundamentals能保证当地99%时间能达到室内设计温度的供暖室外计算温度，在不满足室外计算温度的情况下，室内气温就会低于室内设计温度。因此，要在设计使用期内，完全满足室内温度要求，供暖系统的供暖能力应大于室内产生的最大热负荷，为了满足这个要求，室外计算温度应取历年极端最低温度。

1.2.2敏感性一般工艺性采暖

在一些冬季需要采暖的领域，生产过程对环境温度的敏感性比舒适性采暖高，但与一些化工行业相比又低些，室内温度可以相对少的时间低于室内计算温度。温室就是这种情况，温室内的作物没有像人一样的自我防御能力，室内温度可以在教短时间内低于作物一般生长温度，但如果室内温度低于作物生长的生理下限温度超过一段时间，将直接导致作物受冻，形成不可逆的生理障碍，引起作物减产，甚至绝收。

采暖设计中室内外计算温度之差接近正比于温室的采暖负荷。室内计算温度决定于温室内种植作物的生理要求，一般根据种植作物夜间适宜温度的下限确定，在种植对象确定后，该温度就成为一个定值。室外计算温度如采用历年极端最低温度。采暖系统的的冷负荷达到最大，当地出现最冷天气时，室内正好达到室内设计计算温度，但在其它时间，系统出力超出或远远超出实际需求，这与采暖系统的经济性相违背。如果把室外设计温度定得过高，则在较长时间里不能保证必要的室内温度，不能满足室内种植作物对温度的要求。因此，合理地确定采暖室外计算温度是—个技术与经济相统一的问题。

温室是一种热惰性很小的轻型建筑，室内外热量交换在很短时间内即完成，采用日平均温度，在计算日的一半时间内（发生在夜间至凌晨），将不能满足温室室内温度要的可靠性。采用历年平均不保证5日的日平均温度作为室外计算温度，换算到小时计算，其不保证时间将大大高于5天。

在分析国家和行业相关标准的基础上，借鉴国外经验，提出根据温室的设计使用寿命，结合分析国内气象数据，采用“一定年限内累年年最低温度的平均值”作为温室采暖设计室外计算温度的计算方法，该方法计算所得的温室采暖设计室外计算温度可使温室采暖期的保证率提高到99%±0.5%。有效地满足温室的采暖要求。

2温度参数的选定

IPCC（世界气象组织和联合国环境规划署联合组建的政府间气候变化专门委员会）最近公布的第四次评估报告显示，从直接仪器观测表明1906-2005年的一百年间，全球地表平均温度上升了0.74℃。近50年来的线性趋势则进一步攀升到每年增加0.13℃。近百年来中国平均地表气温增加明显，升温幅度约为0.5-0.8℃。IPCC的气候变化预测表明21世纪全球平均地表增暖的幅度范围可能为1.1-6.4℃。1965年以来，各气象台（站）仅有北京时间14时（还有2时、8时和20时）的温度记录整理资料。温度统计区间为6小时，不能完全真实反映实际的温度分布，因此，为了得到准确的不保证时间，未来需要更密集的室外温度统计。

分析中国从1951～2007年50多年的气象数据变化（表1），可以看出近30年的累年年最低温度平均值较1951～1980年有显著上升，平均升温幅度在1～5℃，这主要是近年来连续多年暖冬的结果。

对于舒适性采暖，目前，我国大部分气象台（站）都有30年以上完整的气象资料，有的国家统计年份采用30～50年，《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中推荐采用30年。

对于敏感强工艺性采暖，由于进年来，温度上升幅度比较明显，可以考虑根据建筑使用年限及当地温度变化趋势确定采用统计年份，但一般情况下，按30年一个气候段考虑，工程设计中以近30年气象数据的统计值较为合理。

对于敏感一般工艺性采暖，分析近20年和近30年累年最低温度平均值可见，近20年平均温度比近30年高0～2℃，符合计算重现期的要求，即计算重现期越长，温度越低。该计算温度与当地极端最低温度比较，基本都高出5℃以上，最高的高出15℃以上，有效避免了极端最低温度给设计带来负荷过大的问题；与全国工业与民用建筑采暖设计室外计算温度相比，该计算值降低了3～7℃，较好地考虑了温室热情性差的问题。采用近30年和近20年累年最低温度的平均值作为温室采暖设计室外计算温度既能有效避免采用极端最低温度给温室设计带来投资过大，又可以避免采用工业与民用建筑规范的采暖设计室外计算温度给温室设计带来的风险。

3工程实例

长春某化工厂主要生产油漆，工厂内原有车间需改建成仓库储油漆，车间外墙为370毫米砖墙。其中，油漆的储存环境温度应大于5℃，环境温度低于5℃，油漆就会变质。因此，采暖室内设计计算温度取存5℃。而且，室内温度应完全保证采暖室内设汁计算温度。

为了满足要求，室外计算温度应取历年极端最低温度。从表一中，可以查到，近30年极端最低温度为36.5℃，民用建筑采暖设-计室外计算温度为一23℃。累年30年最低温度平均值为27.6℃。

从表2中可以看出，室外计算温度取历年极端最低温度计算采暖系统热负荷，与采用历年不保证5天的日平均温度计算采暖系统热负荷相比大近50%，与采用历年最低温度平均值计算采暖系统热负荷相比大近30%。这将导致室内散热设备选择过度，供热量也过大，散热设备大量占用仓库使用面积。不但系统投资高50%，系统使用费用也大增。

为了做到经济，将对外墙进行保温，采用12毫米厚水泥膨胀珍珠岩经过改造，车间外墙传热热阻增大，系统热负荷低于一般民用建筑水平，从表3中可以看到，系统热负荷降低到一般情况下的61%。系统运行费用得到有效的降低，车间使用面积得到有效利用。该项目2004建成投产，系统运行经过了几个冬天，室内温度保持5℃以上，而且由于外墙加了外保温，外围护结构热情性增大，室内温度波动幅度较小，有利于产品储存，满足實际要求。

4结束语

采暖设计室外计算温度的选用，应根据实际情况，对于一般舒适性采暖可采用历年不保证5天的日平均温度；对于敏感性一般的系统，采用历年平均最低温度值；对于敏感性强的工艺性采暖应采用采用历年极端最低温度值，同时，为了减少系统投资，对建筑外围护结构进行保温，以满足实际适应和运行要求。