根据全国建筑热工设计分区, 长江流域地区属于夏热冬冷地区。该地区气候特点是:夏热冬冷, 湿热湿冷。长江流域的传统住宅设计简单, 隔热、保温较差, 为了保持良好的室内热环境, 就必须实现夏天隔热、冬天保温的节能标准。同时, 保持建筑物内一个良好舒适的热湿环境, 不仅对人的健康有益, 使人精神愉快, 精力充沛, 而且可以提高工作效率[1]。长期以来, 夏热冬冷地区冬季采暖没有得到重视, 因此关于该气候区域冬季供暖的研究还很少。
冬季采暖的方法很多, 但要根据供暖地区的气候特点选择合适的采暖技术, 在夏热冬冷地区就不适宜采用区域集中供暖。地板供暖是近年来逐步获得住户和开发商认可的一种采暖方式, 它以水为媒介, 在地板垫层中辅设排管后通过辐射采暖方式为地板供暖, 具有节能、舒适、卫生等方面的优点[2]。目前, 长沙市的不少精品住宅小区皆有用低温辐射地板供暖装置, 而长沙万国城项目更是采用了先进的天棚辐射暖技采术, 为中南地区第一家。本文对采用天棚采暖系统的长沙市万国城高层住宅进行了热湿环境测试, 分析了采暖前后室内热湿环境变化, 并对其能耗情况进行了讨论。
1 测试内容与方法
1.1 项目概要
本次调查对象为位于长沙万国城项目的一座新建高层住宅样板间。建筑平面图及测点位置见图1。另在该住宅的露天阳台上布置有温湿度记录仪, 用于记录室外温湿度变化。对象住宅于2010年竣工, 为框架结构, 所测户型的建筑面积为125m2。
1.2 测试内容
本次实测调查的目的主要是为了比较采暖前后室内热湿环境的变化及进入采暖期后, 冷风渗透、楼板双向传热、分室控制热量等多种复杂因素对室内水平、垂直温度分布的影响。
1.3 测试方法
通过对环境物理参数的测定, 包括室内的温度、相对湿度、风速, 室外空气的温度及相对湿度, 分析天棚采暖系统能效情况。所使用的仪器为数字式温湿度记录仪及热球形式风速表。其中温湿度每隔10min自动记录一次数据。空气流动速度的测定为某一时间段内的不连续记录。由于调查住宅2009年3月22日正式开始采暖, 故将测试时间分为两段, 3月16日至3月21日为采暖前的6天, 3月22日至3月27日为采暖后的6天。 (如图1)
2 结果分析
2.1 室外温度的变化对室内温度的影响
在住宅在采暖期间室外温度变化不大, 只有2009年3月24日天气突变, 温度骤降10℃左右。不同房间采暖前后室内平均温度见表1。由表可知, 次卧室温度在采暖前后, 与其他房间的温度相比均是最低的, 这是由于次卧室有两面外墙。采暖前不同房间之间温差不大, 其中客厅温度略高。主要因为客厅朝西, 且西外墙受西晒的影响较大。采暖后, 不同房间之间的温差较采暖前有所增加。据调查, 居住者经常根据自身的体感温度对不同房间的供热量进行量调节, 因此各房间的温度也存在一定差异。同时, 当室外天气出现急剧降温时, 室内温度场仍然很稳定, 这充分体现了该住宅的三大节能特性:保温性能好的墙体结构 (墙厚450mm) , 新型的隔热密封性中空玻璃窗和稳定的天棚供暖技术。 (如表1)
在测试期间内, 不同房间逐时出现了温度变化。采暖前后, 室内温度的最低值均出现在上午8:00~9:00, 主要是由于居住者每天在此时间段内有开窗换气的习惯。就一天内的温差而言, 主卧室和客厅的温度变化大于次卧室和厨房的温度变化。采暖前, 主卧室和客厅的温度变化在5.5℃左右, 次卧室和厨房的温度变化在2.7℃左右。采暖后, 主卧室温度变化最大, 为4℃, 其次是客厅的温度变化为2.6℃, 次卧室和厨房的温度变化最小, 为1.3℃。由此可见, 采暖后, 一日内室内温度变化较之采暖前减小了。早晚采暖前后, 客厅温度均高于主卧室温度。采暖前的早晚温差为2.4℃~3.8℃, 采暖后室内的早晚温差1℃左右, 且采暖后的标准明显小于采暖前, 表明采暖后的室温变化小于采暖前的室温变化。
2.2 垂直温度分布状况
为了考察室内垂直温度分布, 本次实测调查在垂直方向主卧室选取了三个测点 (0.1m、1.2m、2.3m) , 客厅选取了两个测点 (0.1m、1.2m) 。主卧室的垂直温度分布是由下向上逐步递增的趋势, 且上下温差地明显变化。主要原因有两点: (1) 测点位置离窗户较近, 近窗面的冷风渗透使是在窗户附近形成低温区, 冷空气下沉, 地板表面处的空气温度反而低于地面上1.2m的空气温度。 (2) 楼板双向传热的影响, 使得靠近顶部的空气温度升高。
采暖前后, 上下温差同室内外温差的比值分别为0.11、0.06, 该值越小, 说明室内温度受室外温度影响的程度越小, 室内越容易形成舒适的热环境[3]。采暖前, 客厅的上下温差在0.1℃~3.7℃范围内, 采暖后, 客厅的上下温差多集中于-1.3℃~1.0℃范围内。
2.3 室内外相对湿度的变化
室外的平均相对湿度在采暖后比采暖前高21.8%, 室内平均相对湿度采暖前为45.9%, 采暖后为43.6%。室内相对湿度的变化范围, 采暖后为41.5%~45.8%, 采暖前为35.1%~50.5%。采暖前的室内相对湿度高于采暖后的比值分别为0.19、0.13, 说明室外相对湿度对室内的影响在采暖后较之采暖前小。低温辐射地板供暖的供暖方式为远红外线辐射, 辐射面表面温度较低, 水分的蒸发速度较慢, 并且红外线辐射空过透明的空气, 不改变空气的湿度, 较好地克服了传统供暖方式造成的室内燥热、口干舌燥等不适, 明显改善皮肤的微循环, 使室内湿度适中。
2.4 居住者对室内环境的主观评价
根据问卷调查, 居住者对室内环境的主观评价在采暖前后无显著差别, 均感到舒适。对室内湿度的评价, 即使采暖后也不感到干燥。由于采暖形式为辐射传热, 不会导致室内空气因对流而产生的尘埃飞扬, 因此居住者对室内空气品质的评价良好。实际上该住宅采光效果好, 而且采用辐射采暖形式, 室内平均辐射温度实际上高于空气温度。采暖后, 依据居住者的个人需求分室控制供热量, 使得不同房间存在温差, 但在暖和的室温中, 人体并对温差感觉并不明显。
3 结语
根据对长沙万国城项目天棚供暖住宅样板间在采暖前后的室内外温湿度及人体舒适性进行的实测调查, 其主调查结果如下。
(1) 地板供暖住宅具有良好的蓄热能力。表现在三个方面:一日内室内温度波动范围采暖后小于采暖前:在室外温度降低了10℃情况下, 室温仍保持稳定;采暖后, 凌晨 (0:00) 的温度高于早晨 (6:00) 的温度。
(2) 采暖后, 由于居住者可根据个人需要分室调节控制供热量, 不同房间的温差较采暖前有所增加同时室温也升高了, 但人体在暖和的室温中对温差感觉并不明显。
(3) 在测试期间, 主卧室温度低于客厅温度, 其原因为主卧室有西南两面外墙, 客厅仅有朝西的外墙。
(4) 受冷风渗透及楼板双向传热的影响, 主卧室内靠近窗户的垂直方向出现了上部温度高, 地面温度低的分布状况。但就住宅其他位置的垂直温度分布看, 客厅的上下温差 (0.1m、1.2m) 多集中在-1.3℃~1℃, 天棚供暖的舒适性仍很高。
(5) 采暖后的室外相对湿度较采暖前提高了20%, 而室内相对湿度变化不大, 并处于舒适的范围 (40%~60%) 之内。可见辐射采暖方式可使室内相对湿度适中, 居住者无干燥感。
(6) 本项目应用的天棚采暖技术, 质量可靠, 效果显著, 具有有节能、舒适、卫生等方面的优点。
摘要：本文通过对长沙市某高层住宅天棚采暖系统进行了实测与调查, 分析了采暖前后室内热湿环境变化, 并对其能耗情况进行了讨论。结果表明, 采用天棚采暖后住宅室内热湿环境稳定, 而且兼顾节能、卫生等特点。本文为夏热冬冷地区住宅采暖系统的研究与应用提供了参考依据。
关键词：天棚采暖,室内热湿环境,节能建筑
参考文献
[1] 白玮, 龙惟定.影响生产率的要素——室内环境品质[J].暖通空调, 1999, 29 (2) :34～37.
[2] 左滨, 王国云, 陈兴华.浅谈地板采暖的优势与应用[J].建筑热能通风空调, 2007, 26 (6) :59～61.
[3] 朱颖心.建筑环境学[M].中国建筑工业出版社, 2005.