以建筑节能为导向的云南温和地区暖通设计.pdf

1、暖通鉴0 15：以建筑节能为导向的云南温和地区民用建筑暖通设计内容提要牛侃云南一大背景：云南地理气候条件&建筑热工分区牛侃昆明二小背景：云南温和地区气候条件&暖通设计的基本思路牛侃工程三工程设计实践中若干具体问题和做法/经验与教训一云南的地理气候条件1 海陆分布北依广袤的亚洲大陆，南临辽阔的孟加拉湾（700公里）和南海（400公里），正好处在东亚季风和南亚季风交汇区域，西北又受青藏高原大地形影响，形成了复杂多样的气候条件2 地形地貌990km865km西北高6740m东南低67m特殊的海陆分布和地形地貌特征造就了云南季风气候（冬季受干燥的大陆季风控制，夏季盛行湿润的海洋季风）和立体气候（多山且

2、高大绵延）的大背景，使得云南的气候兼具低纬气候、季风气候、山原气候的特点从南到北出现北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、南温带、中温带、北温带（高原气候区域）等7种气候带类型 气候特征立体气候：气候的区域差异和垂直变化十分明显水平向上的纬度增加与垂直向上的海拔增高相吻合，年平均温度大致由北向南递增年温差小、日温差大暖通专业通常关注的重点地处低纬高原，太阳辐射强烈但受云雨影响大空气相对干燥而且比较稀薄，焓值较低风速较大，10 积温较低，蓄热量也较低干湿季节分明、降水分布不均降水量在季节上和地域上的分配极不均匀 510月为雨季（夏秋季），11月至次年4月的冬春季节为旱季3 云南建筑热工分区严寒、

3、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和：实用 云南省民用建筑节能设计标准DBJ53/T-39-2020表3.3.1参照：与GB50176-2016之前的热工分区比对现分为严寒和寒冷地区现分为寒冷和夏热冬冷地区4 从标准化的角度看云南建筑节能的发展4.1 国家层面：认识过程从忽略到重视民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ26-86.胡温新政.科学发展观与公共建筑节能设计标准GB50189-2005公共建筑节能设计标准GB 50189 修订过程中的讨论与延误参考：公共建筑节能设计标准修订过程中有关温和地区问题的一场讨论.云南建筑.2015-44.2 地方层面：认识过程从片面到全面云南省建筑节能设

4、计文件审查要点（云建设通2005406号通知）太阳能热水系统与建筑一体化设计施工技术规程DBJ53-18-2007云南省民用建筑节能设计标准逼上正轨5 云南省民用建筑节能设计标准的主要特点总体上以温和地区为重点1.0.2 本标准适用于云南省温和地区3.1 细化二级区划:5A1-5A2 标准存在的基点暖通专业以公共建筑为重点5.1.1：居住建筑的供暖空调节能设计执行温和地区居住建筑节能设计标准JGJ475针对性地强化被动措施：遮阳、门窗、自然通风优化主动措施：通风、空调系统的全新风或可调新风比运行等重视可再生能源应用、倡导全方位节能参考：云南省民用建筑建筑节能设计标准简介.HVAC.2013-1

5、二云南温和地区建筑气候条件&暖通设计基本思路全省气候行政区划内约85%的地域为温和地区集中了全省大部分人口和几乎所有大、中型城市气候也以省会昆明（5A2）最为典型下面以昆明为例解说1 与其他热工分区对比 “夏凉冬冷”冬冷昆明典型气象年各月平均干球温度昆明典型气象年各月平均干球温度昆明典型气象年各月平均相对湿度昆明典型气象年各月平均相对湿度依据 GB/T18049中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定（等效采用ISO7730：1994）及GB/T 5701-2008 室内热环境条件（非等效采用ANSI/ASHRAE55-2004室内热环境条件）确定。欧盟标准EN15251考虑不同功

6、能房间对室内热舒适的要求不同，分级给出室内计算参数。将热舒适划分为两个等级（级和级）2 与室内热舒适标准对比2.1 对比分析：冬季简析 一不利的一面12、1、2 三个月平均温度9.23，平均相对湿度66.12%，累计约有 1700h 气温低于10，即冬季气温偏低，相对湿度昼夜波动大冬季日照百分率 66%，晴天居多，白天南向房间较温暖，但北向房间全天、其他房间早晚感觉寒冷。受寒流侵袭期间，阴冷不适感明显居住建筑明显有采暖需求：传统、习惯与变化展望公共建筑情况各异：后述冬季很干燥吗？日温差大：温度与相对湿度的反向波动含湿量3.7g/kg2015年5月4日17:00昆明天气实况日温差大2015年5月

7、4日17:00昆明天气实况日温差大冬季简析二有利的一面低纬高原大气密度小、透明度高，经年太阳高度角大，日照时数较长，太阳能资源较丰富，更难得的是冬季多晴天，日照率较高，太阳能资源的季节分布性好，太阳能建筑应用条件优越（仅次于西藏拉萨、山南及川西部分地区）太阳能供暖超低能耗建筑（被动房）被动式太阳房：阳光房、封闭阳台、外廊主动式太阳房：太阳墙、双层幕墙太阳能热水地板辐射采暖被动式太阳能建筑技术规范JGJ/T 267-2012：第3.0.4条被动式太阳能建筑技术规范JGJ/T 267-2012：第7.4.2条2.2 对比结果：夏季（过渡季）简析6、7、8 三个月平均温度 19.93，平均相对湿度7

8、9%，气温高于25的时段较短，即夏季气温基本适宜，相对湿度偏高通风条件良好、无大量散热、散湿的房间（不包括人员密集场所）室内热环境均已接近或达到热舒适要求空调：锦上添花强烈的日晒会使东、西向房间偏暖，长时间受到阳光直射的其他房间也会出现室内过热的现象 时间空间的局部性过渡季节中，春秋季南向房间的问题空调？通风？夏季有时感觉很热？全球变暖？据有关研究，近50年我省区域气候变化幅度0.015/a，略大于全球变化0.0142/a，略弱于北半球变化0.0166/a参考：近50年云南区域气候变化特征分析.地理科学进展 2008-05热岛效应？一项气象卫星观测数据的研究表明：昆明城市热岛强度最大可达7 以

9、上参考：昆明市热岛效应卫星监测研究.国土资源遥感 1999-04围护结构问题？外窗遮阳措施不足问题比较普遍气温峰值？日温差大造成的短时间自然现象3 云南温和地区暖通设计的基本思路3.1 冬季供暖作为非采暖地区，各方面制约较多，需求多样但有限，本专业单打独斗作为空间不大。业界多年探索成效甚微，缺乏适宜特定区域的成熟技术，常规技术也未规模化应用构想：在“双碳”大趋势下单项技术 复合技术 被动式太阳能建筑技术 被动房 超低能耗建筑参考：温和地区发展被动房的若干思考.HVAC.2017-10昆明市居住建筑能耗调研分析.HVAC.2021-013.2 云南温和地区通风空调设计的技术路线自然通风 复合通风

10、（含局部机械通风）全面机械通风 局部空调 集中空调 可调新风比（50%70%）全新风运行优先考虑采用通风措施排除室内余热余湿合理限制空调设施的设置范围合理配置空调设备，适应部分负荷运行用较低成本、低技术、低能耗的绿色低碳方式满足室内空气环境的健康卫生要求和可居住性要求参考：试论温和地区暖通空调节能设计.HVAC.2012-5成功案例昆明滇池国际会展中心展馆区共13个展馆，通高14m，总建筑面积约20万，设集中空调系统。通过技术经济分析论证建议取消。结果：保留6、7、8号三个展馆的空调系统，其余10个展馆的空调系统改为通风系统参考：关于提请调整昆明某会展中心空调系统设置范围的报告.云南建筑.20

11、13-4三 工程设计实践中一些具体问题和做法云南温和地区代表性城市的室外空气计算参数 温和中区、或滇中地区：昆明等5A2区 量大面广，典型、重点温和北区：滇东北（如曲靖和昭通的局部）滇西北（如丽江）5A1区 尚需关注供暖需求温和南区：滇南（如普洱、临沧、德宏、红河大部）5B区 通常无需考虑供暖需求参考：温和地区公共建筑暖通设计优化十题.HVAC2014-91 适用全空气系统节能地标5.4.1房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制的空气调节区，其空调系统宜采用全空气系统主要目的是为了实现全新风运行2 活用新风系统日温差大：温和地区的室外新风是理想的天然冷源在过渡季和夏季绝大部分

12、时间，通过增大新风量消除室内发热，可使全年累计冷负荷大幅减小冬季对内区适量送入新风，可收健康舒适两得之利近年来本地大量工程实践证明：充分利用室外新风是温和地区空调系统最为经济适用、简便有效的节能运行方式，经济效益与节能效益俱佳，受到用户广泛接受参考：云南省民用建筑能耗统计初步分析.HVAC.2016-1节能地标5.4.2采用定风量全空气空气调节系统时，宜采取实现可调新风比（50%70%）或全新风运行的措施空调机房位置与新风口大小适应要求设置相应的排风系统 特例：中庭、电影院、剧院节能地标5.4.3采用风机盘管+新风空调系统时，宜具备在不同季节采用不同新风量的条件成功案例昆明长水国际机场航站楼设

13、计过程中使用动态模拟方式进行了空调新风利用分析，得出的主要结论之一是：“昆明地区气候温和，室外新风是理想的天然冷源，在过渡季和夏季绝室外新风是理想的天然冷源，在过渡季和夏季绝大部分时间大部分时间，通过增大新风量消除室内发热，可使全年累计冷负荷减小为固定新风工况的60%”，并以此指导设计，效果显著2018年成为国内首家首家通过国家绿色建筑运行三星级运行三星级标识认证的航站楼参考：昆明新机场航站楼热工性能优化及空调系统新风利用分析HVAC.2009-5热压烟囱效应温室效应3 充分发挥中庭的通风功能落实低碳绿色理念，重视建筑中庭的通风功能，充分利用中庭等高大空间的“烟囱效应”引导热压通风，实现自然通

14、风或辅助空调系统节能运行冬季可利用当地良好的日照条件聚热加温（特别是门厅、展厅类高大空间），提高室内温度，改善舒适性 简称“温室效应”中庭顶部的平时通风设施可兼作消防排烟设施，充分体现“安全适用、技术先进、经济合理“的基本设计原则误区之一：闷中庭不出屋面或不开口通风中庭等竖向高大空间是非常宝贵的空间资源公共建筑节能设计标准第3.2.11条：建筑中庭应充分利用自然通风降温，并可设置机械排风装置加强自然补风民用建筑热工设计规范第8.2.3条：通风中庭或天井的上部应设置启闭方便的排风窗(口)民用建筑绿色设计规范第6.4.5条：设有中庭的建筑宜在适宜季节利用烟囱效应引导热压通风云南省民用建筑节能设计标

15、准第4.4.2条：中庭应优先利用自然通风，或设机械通风装置有效结合良好的气候资源+宝贵的空间资源误区之二：空调建筑=封闭空间封闭中庭空调建筑中庭设置自然通风设施益处多多在空调系统运行期间利用新风推挤和烟囱效应提供房间中庭天窗室外的顺其自然的排风出路而无需增设大量排风设施形成自下而上的合理的气流组织，有利于及时排出上部热湿污浊空气，防止形成二次辐射，降低空调负荷，提高室内空气质量和热舒适性在过渡季利用烟囱效应引导热压通风，真正形成自然通风或机械通风（全新风运行）的技术条件总之，有利于充分利用当地良好的气候资源，在全年大部分时间以较低成本、低技术、低能耗的自然通风或复合通风的绿色方式替代高能耗的空

16、调方式，经济、高效且低碳地改善室内空气环境误区之三：为了机械排烟封闭中庭过去，高度超过12米就必须机械排烟？旧高规、建规以讹传讹现在，温差超过 15 就必须机械排烟？概念不明、逻辑含混、规定牵强参考：中庭烟气分层及其与排烟设计相关性问题探讨.HVAC.2021-02机械排烟与自然通风的共存的可能 设置与排烟设施联动、火警时自动关闭的电动窗（智能通风窗）采用壁式安装的大口径轴流排风扇作为排风&机械排烟设施：烟气温度？专用机房？参考：中庭排烟系统设计优化分析.消防科学与技术.2020-11经验教训昆明某商业大厦昆明市中心有一座建于上世纪90年代中前期的5层商厦，曾经是昆明乃至云南规模最高大上的百货

17、商场，周边近似椭圆形，中部有一个出屋面的高大中庭。该商厦设有集中空调系统，系统耗电量巨大，营运不久就因无法承受巨额电费不得不停开主机，只送新风。后来改成在中庭顶部增设排气扇，采用机械通风与自然通风结合的方式（其间部分高档品牌店入住后加装了局部空调），基本解决了商场内部的通风换气排热降温问题。昆明某购物中心时隔将近20年后，附近又新建了一座某上市公司开发的商业中心，其裙楼也设有一个贯穿7个楼层的更加高大的中庭。原设计方案中，中庭出屋面，自然通风和采光条件良好，但为了配合酒店的需要，营造一个屋顶休闲花园，硬是用一块钢筋混凝土板罩死了这个中庭。虽然设计可以通过节能审查，但与可以利用中庭自然通风采光相

18、比较，不得不长时间开启空调和人工照明。能耗大，运营费用高4 供暖还是供冷？商业建筑：超市、影院等人员密度大，室内装修标准较高，空间较密闭，设备、照明耗电量较大。在这样的人工环境下，由于室内外温差较小，设备、照明及人体的散热量与围护结构耗热量已基本相当，供暖需求很小现状：大型商场多已不再考虑冬季供暖，仅考虑夏季供冷其他公共建筑：学校、办公等接近自然环境按照高标准设置了供暖设施的，其供暖热负荷中新风负荷可占到60%甚至更多，结合商业业态的变化趋势，宜采用新风需求控制，有供暖需求，甚至于宁要供暖（夏凉冬冷）成功案例昆明某商业中心主力店为某国际知名品牌超市，卖场设于二、三层，周边封闭。方案设计之初，该

19、公司依照企业标准和在其他地区营运的经验，要求卖场设全年舒适性空调。施工图设计通过计算分析，提出了冬季不供暖，只设夏季供冷的空调系统设计方案，系统的冷负荷也仅约为该公司标准推荐值的一半。效果良好，影响深远采用全空气空调系统，可全新风运行（首功归于成熟公司的远见）三年间制冷压缩机平均工作时间仅1172小时（占空调季营业时间的18%）5 公共建筑：供暖有什么不同？空调多采暖少；热泵多锅炉少；分散多集中少；商业多其他少；装的多用的少使用也普遍呈现出明显的短期性、间歇性和局部性现行规范中有关供暖的条文基于北方采暖地区长期、稳定、整体的供暖模式而制订，在温和地区适用性不足从温和地区的实际情况出发，冬季围护

20、结构耗热量的计算应采用（绝对值）较大的朝向修正率（南向-30%），系统总热负荷的确定应考虑同时使用系数；热泵总装机容量的确定原则应与冷水机组相同6 选择什么样的空调系统形式？日温差大：空调过渡季（包括夏季的早、晚）很长，制冷需求少（如昆明的空调度小时数CDH26仅为广州的1.01%），房间得热量依所在朝向全天变化幅度大，整体表现为空调系统间歇使用，累计使用时间短，加上房间使用率（或入住率）等因素的变化，按常规设计的集中空调系统可能经常在部分负荷以至低负荷下，在小温差、大流量、低效率、高能耗工况下运行辐射强烈：夏季上午东向和下午西晒对室内环境影响较大，顶层房间和其他楼层差异较大；冬春季南北向差异

21、甚大系统形式选择 一般建议采取“小、散、灵”的策略，即从系统划分、设备选型、管网配置、监测控制诸方面采取切合实际的综合技术措施：首先优化系统设置，无特别限制、特殊要求或使用者不具备成熟系统的运营管理经验时，尽量适度集中并化大为小、去繁从简，使系统能以较为经济便捷的方式适应空调负荷全年变化规律，满足季节及部分负荷需求以宾馆饭店为例，餐饮区、康体娱乐区等的空调系统均应独立设置；确定夏季空调冷负荷时，应考虑系统大小、房间数量、星级、入住率、朝向等因素，采用0.60.9的同时使用系数；选择可变流量的主机设备，配用调速循环泵，全面实现水系统的智能化变流量节能运行等7 空调新风：必须作热湿处理吗？日温差大

22、：夏季室内外空气比焓差很小（如昆明，以室内干球温度26、相对湿度50%计，室内外空气比焓差仅约为7.21 kJ/kg，尚不足2 W/（m3/h）。新风在送入室内前是否作降温减湿处理，均不妨碍设计目标的实现如集中处理，则宜处理到室内点的等含湿量线与 95%相对湿度线的交点（8冷水配U型8排表冷器，焓差约22）新风直接送入室内，可承担室内湿负荷及部分渐变负荷，风盘在干工况下运行实际使用效果往往是为了安静在夜间关闭风盘参考：浅议昆明地区新风处理的特殊性.HVAC1997-12在采用风机盘管+新风空调系统或多联机空调系统的办公、旅馆建筑中，或既有建筑改扩建层高受限等情况下，如无严格的温湿度要求，则可以采用简易的新风直供方式新风负荷由风盘承担，加大一档或加一排盘管（8次/h）按暖通规范第7.5.9条的规定前置空气过滤器按节能地标第5.4.3条，新风机采用双风机或双速风机等，空调季控制新风量，过渡季加大新风量内容回顾一云南地理气候条件与建筑热工分区怎样形成？大致分布？分区概况？二云南温和地区建筑节能与暖通设计典型特征？设计依据？设计重点？基本思路或技术路线？三在实践中探索、总结、提高原则 因地制宜、因势利导、灵活多样感谢聆听支持欢迎批评指正