摘　要：根據(jù)供暖房間熱平衡方程，建立室內(nèi)溫度隨溫控閥調(diào)節(jié)變化的數(shù)學(xué)模型。以某居住建筑為研究對(duì)象，對(duì)室內(nèi)溫度隨溫控閥調(diào)節(jié)的變化進(jìn)行模擬分析。

關(guān)鍵詞：行為節(jié)能  溫控閥設(shè)定溫度  室內(nèi)溫度

Change of Indoor Temperature with Adjustment of Thermostatic Valve

Abstract：The mathematical model of change of imdoor temperature with adjustment of thermostatic valve is built according to the heat balance equation of heating room．Taking a residential building as research object，the simulation analysis on change of indoor temperature with adjustment of thermostatic valve is performed．

Keywords：behavioral energy-saving；set temperature of thermostatic valve；indoor temperature

隨著供熱事業(yè)的發(fā)展，計(jì)量供熱的推行，溫控閥的使用日益廣泛^[1-2]。用戶(hù)生活習(xí)慣、收入水平等不同，導(dǎo)致用戶(hù)對(duì)室內(nèi)溫度的需求有所不同。用戶(hù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫控閥控制室內(nèi)溫度，既滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)舒適度的要求，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)于安裝溫控閥的室內(nèi)供暖系統(tǒng)，用戶(hù)對(duì)溫控閥的調(diào)節(jié)方式一般為：當(dāng)人員離家時(shí)將溫控閥設(shè)定在基礎(chǔ)設(shè)定溫度，當(dāng)人員回家后將溫控閥設(shè)定為理想設(shè)定溫度。本文按溫控閥一般調(diào)節(jié)方式，對(duì)室內(nèi)溫度隨溫控閥調(diào)節(jié)的變化進(jìn)行模擬分析。

1　數(shù)學(xué)模型^[3]

根據(jù)供暖房間熱平衡方程，考慮干擾量對(duì)室內(nèi)溫度的影響，建立溫控閥調(diào)節(jié)條件下室內(nèi)溫度數(shù)學(xué)模型。當(dāng)室內(nèi)溫度改變時(shí)，內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場(chǎng)很復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，以集總熱容的方法對(duì)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，引入內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱容平均溫度的概念，可以用下式表示：

式中qC——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱容平均溫度，℃

k——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)層數(shù)

qm,j——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)第j層材料平均溫度，℃

Cj——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)第．j層材料熱容，J／K

C——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)總熱容，J／K

引入熱容平均溫度后，可以近似用熱容平均溫度來(lái)描述內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體熱狀態(tài)。內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與室內(nèi)空氣發(fā)生換熱時(shí)的熱平衡方程為：

式中t——時(shí)間，s

KC——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)換熱系數(shù)，W／K

qn——實(shí)際室內(nèi)溫度，℃

A——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m²

Rm——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均熱阻，m²·K／W。

供暖房間的熱平衡方程為：

KC(qn-qC)+KA(qn-qw)-KdDqcos(wt+j)=Fe+Fw+Fh+Fs

式中KA——外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱與換氣耗熱綜合熱損失系數(shù)，W／K

qw——室外溫度，℃

Kd——綜合熱損失系數(shù)中無(wú)蓄熱影響的部分，W／K

Dqw——室外溫度波動(dòng)幅度，℃

w——角頻率，rad／s

j——初相角，rad

Fe——散熱器散熱量，W

Fw——外圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于蓄熱作用通過(guò)其內(nèi)表面?zhèn)鹘o室內(nèi)的熱量，W

Fh——由照明裝置、設(shè)備等發(fā)熱量形成的房間得熱量，W

Fs——太陽(yáng)輻射得熱量，W

基于熱平衡方程，利用Matlab編制室內(nèi)溫度隨溫控閥調(diào)節(jié)變化的求解程序，在溫控閥不同設(shè)定溫度下(反映為散熱器散熱量的不同)，計(jì)算室內(nèi)溫度。

2　模擬分析

2.1　研究對(duì)象

以天津市某住宅小區(qū)建筑為例，該建筑為一梯兩戶(hù)的l5層板樓，層高為3m。典型層的房間平面布置見(jiàn)圖1，東側(cè)住戶(hù)建筑面積為l33.03m²，西側(cè)住戶(hù)建筑面積為132.07m²。各房間及外窗尺寸見(jiàn)表1，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)見(jiàn)表2。

選取房間1作為研究對(duì)象，選取2月16日作為典型日，設(shè)定用戶(hù)在8：00將溫控閥調(diào)低，17：00將溫控閥調(diào)高。筆者根據(jù)用戶(hù)生活習(xí)慣、收入水平等情況，篩選出幾種理想設(shè)定溫度、基礎(chǔ)設(shè)定溫度，見(jiàn)表3。

2.2　模擬結(jié)果與分析

①房間1的室內(nèi)溫度變化

不同理想設(shè)定溫度下，4種基礎(chǔ)設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化分別見(jiàn)圖2～5。

由圖2～5可知：對(duì)于溫控閥調(diào)低后的室內(nèi)溫度下降階段，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)定溫度一定時(shí)，室內(nèi)溫度下降至基礎(chǔ)設(shè)定溫度的延遲時(shí)間隨著理想設(shè)定溫度的提高而延長(zhǎng)。對(duì)于溫控閥調(diào)高后的室內(nèi)溫度上升階段，基礎(chǔ)設(shè)定溫度越高，室內(nèi)溫度回升至理想設(shè)定溫度的時(shí)間越短。

②不同位置房間的室內(nèi)溫度變化

筆者選取東南角臥室(房間5)、無(wú)外墻且與鄰戶(hù)相鄰的臥室(房間3)、西北角臥室(房間l)作為比較對(duì)象。理想設(shè)定溫度為20℃、基礎(chǔ)設(shè)定溫度為14℃條件下，3個(gè)房間的室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖6。

由圖6可知，在理想設(shè)定溫度為20℃、基礎(chǔ)設(shè)定溫度為l4℃條件下，房間3、5在人員外出的時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)溫度未能降至l4℃。尤其是位于建筑內(nèi)部的房間3，17：00室內(nèi)溫度僅降低至l8℃。對(duì)于這種房間，基礎(chǔ)設(shè)定溫度無(wú)淪是小于還是等于18℃，產(chǎn)生的效果相近。相對(duì)于房間1，房間3、5的室內(nèi)溫度下降時(shí)間較長(zhǎng)，溫度回升時(shí)間較短。

3　結(jié)論

①對(duì)于溫控閥調(diào)低后的室內(nèi)溫度下降階段，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)定溫度一定時(shí)，室內(nèi)溫度下降至基礎(chǔ)設(shè)定溫度的延遲時(shí)間隨著理想設(shè)定溫度的提高而延長(zhǎng)。對(duì)于溫控閥調(diào)高后的室內(nèi)溫度上升階段，基礎(chǔ)設(shè)定溫度越高，室內(nèi)溫度回升至理想設(shè)定溫度的時(shí)間越短。

②在相同理想設(shè)定溫度、基礎(chǔ)設(shè)定溫度條件下，室內(nèi)溫度回升時(shí)間與房間位置、朝向有關(guān)。對(duì)于西北方向有外墻的房間，溫控閥調(diào)高后，室內(nèi)溫度回升至理想沒(méi)定溫度的時(shí)間比其他朝向及建筑內(nèi)部房間長(zhǎng)。因此，對(duì)于臥室位于西北角，或就寢時(shí)間較早的用戶(hù)，宜選取較高的基礎(chǔ)設(shè)定溫度。

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本文作者：范萌  趙樹(shù)興  賈思捷  王志超

作者單位：天津城建大學(xué)

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