非供暖楼梯间与供暖邻室传热温差的研究[1]
非供暖楼梯间与供暖邻室
传热温差的研究
3
北京工业大学　吕访桐☆　简毅文北京市建筑设计研究院　郭长勇
摘要　以北京地区某居住建筑为例，对供暖季非供暖楼梯间的逐时温度进行了模拟计算，分析了建筑楼层、围护结构热工性能、围护结构几何尺寸、楼梯间朝向、供暖房间温度及供暖方
式对非供暖楼梯间与供暖邻室传热温差的影响。
关键词　居住建筑　楼梯间　传热温差
St u d y o n h e a t tr a nsf e r t e m p e r a t ure diff e re n c e b e t w e e n
n o n 2h e a t e d st a ir c a s e a n d a dj a c e nt h e a t e d r o o m s
By L üF angtong ★,Jian Y iwen and G uo Changyong
Abst r a ct  Taking a reside ntial building in Beijing as a n example ,simulates a nd calculates t he hourly temp erature in t he staircase in heating season.A nalyses t he eff ect of t he building floor ,t her mal p erf orma nce a nd p hysical dimensions of t he building e nvelop e ,orie ntation of t he staircase ,temp erature of heated rooms a nd heating modes on t he heat t ransf er te mperature diff ere nce between t he staircase a nd adjacent heated rooms.小酥肉的做法
Keywor ds  residential building ,staircase ,heat t ransf er temp erature diff erence ★Beijing University of Technology ,Beijing ,China
　3
北京工业大学研究生科技基金资助项目(编号:yjk -2005
-181)
0　引言
据统计，供暖耗能目前占我国北方地区建筑能
赌王儿子何猷君耗的50%以上[1]。因此一个优化合理的供暖系统设计对降低建筑物能耗具有非常重要的意义，而供暖
系统设计的重要基础便是建筑物供暖负荷的准确计算分析[2]。供暖房间向楼梯间传递的热量是供暖负荷必不可少的一部分。目前民用建筑的供暖设计中，计算非供暖楼梯间与供暖邻室之间隔墙的传热量时，均采用文献[3]提供的5℃温差或者温差修正系数采用0.6或0.5(视建筑层数而定)。然而建筑外墙、内墙、屋顶以及门窗的保温性能正在不断提高，因此，非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差势必会发生变化。同时，楼梯间的朝向、供
暖房间的设计温度等都会影响传热温差[4]。因此笔者认为有必要对非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差进行研究。
以北京地区某多层民用住宅为例建立计算模型，对供暖季非供暖楼梯间的逐时温度进行数值计算，分析在建筑楼层、围护结构热工性能、围护结构几何尺寸、楼梯间朝向、供暖房间设计温度及供暖模式的影响下非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温
①☆
吕访桐，女,1982年2月生，在读硕士研究生100022北京工业大学426#信箱
(010)67395426
E 2mail :fangtong @emails.bjut.edu 收稿日期:2006-07-10一次修回:2006-12-14二次修回:2007-01-
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差的特点，总结传热温差的变化规律。1　研究对象及研究方法1.1　研究对象
研究对象为北京地区某6层民用住宅，层高2.7m ，建筑平面图如图1所示
如何写入团申请书。
倾城之泪电影图1建筑平面图
该建筑的阳台、楼梯间不供暖，其他房间均供暖。卧室、起居室、卫生间供暖温度为18℃，厨房供暖温度为15℃，供暖模式为全天24h 连续供暖。供暖房间冬季通风换气次数为0.5h -1
，楼梯
间1层通风换气次数设定为1～5h -1。对各个房
间按照功能设定人员热扰和灯光热扰
[5]
。
根据《居住建筑节能设计标准》(DBJ 11-602—2006)[6]中的有关规定，对建筑围护结构的传
热系数进行设定，见表1。
表1　围护结构材料物性及几何参数
材料及几何参数
传热系数/
(W/(m 2·℃))
外墙
200mm 厚钢筋混凝土，采用
　60mm 厚聚苯乙烯泡沫塑
　料内保温
0.6
屋面
100mm 厚钢筋混凝土，采用
　160mm 厚憎水膨胀珍珠岩
　制品外保温
0.6
楼梯间隔墙180mm 厚陶粒混凝土，双面　抹水泥砂浆20mm    1.5户门双层实体木制门
2.0窗户
3mm +12mm +3mm 厚普
　通中空玻璃窗
2.8
1.2　研究方法
为了得出非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差，首先要了解楼梯间的温度变化情况，笔者采用DeST 软件对建筑进行供暖季逐时温度计算。按我国《采暖通风与空气调节设计规范》
(G B 50019—2003)[3]的规定,“冬季采暖室外计算温度
取历年平均不保证5天的日平均温度”，因此，对楼梯间隔墙的传热温差进行统计时，可以沿用这种
“不保证”方法，从北京供暖季121天中，扣除日平均传热温差最高的5天，取余下数据中的最大值,
即得到楼梯间隔墙的传热温差。2　计算结果分析2.1　楼层的影响
对供暖季建筑楼梯间的逐时温度进行计算，得到楼梯间各层温度以及隔墙传热温差的分布特点，结果见图2。
图2　楼梯间各层温度
以及隔墙传热温差分布
楼梯间1层温度明显低于其他楼层，隔墙传热
温差最大，为最不利楼层。2层受到1层的影响，温度偏低，传热温差偏大。6层受到建筑屋顶的影响，隔墙传热温差略小于2层。楼梯间4层温度最高，隔墙传热温差最小。3层与4层处于建筑中间位置，受底层与顶层的影响最小，其隔墙传热温差比较具有代表性。本文以下分析均以楼梯间3层为研究对象，计算建筑楼梯间的温度和隔墙传热温差。2.2　围护结构的影响2.2.1　围护结构热工性能的影响改变原有模型的围护结构热工性能，建立不同围护结构传热系数的计算模型，分析围护结构热工性能对隔墙传热温差的影响。
模型1：只改变原有模型中建筑外墙的热工性能。采用250mm 厚钢筋混凝土，加100mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料内保温。其他参数不变。
模型2：只改变原有模型中供暖房间与楼梯间相邻的隔墙的热工性能。采用140mm 厚混凝土，加20mm 厚膨胀聚苯板内保温，传热系数为1.3
W/(m 2·℃
)。其他参数不变。模型3：根据《民用建筑节能设计标准》
(DBJ 01-602—97)[7]中的有关规定，对建筑围护结构的
传热系数进行设定。建筑外墙为140mm 厚钢筋混凝土，采用40mm 厚聚苯颗粒保温浆料外保温,
传热系数为1.16W/(m 2·℃
)；屋面为130mm 厚钢筋混凝土，其上铺设200mm 厚多孔混凝土，传
热系数为0.8W/(m 2·℃
)；楼梯间隔墙为130mm 厚多孔混凝土，传热系数为  1.83W/(m 2·℃)；窗户为双层普通玻璃窗，传热系数为
4.0W/(m 2·℃
)。计算3种模型楼梯间供暖季的逐时温度，得到
非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差，结果列于表2。
表2　不同围护结构形式下的隔墙传热温差
原有模型
模型1
模型2
模型3
外墙传热系数/(W/(m 2·℃))
0.600.400.60  1.16
楼梯间隔墙传热系数/(W/(m 2·℃))  1.50  1.50  1.30  1.83楼梯间温度/℃13.1013.4012.8212.50隔墙传热温差/℃
4.90  4.60
5.18  5.50楼梯间隔墙单位面积传热量/(W/m 2)
7.35
6.90
6.70
10.07
改装轮毂
  由表2可以看出，围护结构热工性能对隔墙传热温差影响较大。众所周知，增强外墙保温性能或者减弱楼梯间隔墙保温性能，均能导致楼梯间隔墙传热温差降低，反之，则传热温差升高。在不改变其他参数的情况下，分别将原有模型的外墙传热系
数与楼梯间隔墙传热系数减小0.2W/(m 2·℃
)，得到模型1与模型2。比较计算结果可知，减小楼梯间外墙传热系数得到的楼梯间温度较高，而相邻供暖房间热损失也较大。
为了进一步比较楼梯间外墙与隔墙的热工性能对隔墙传热温差以及传热量的影响，以原有模型为基础，逐步改变原有模型中楼梯间外墙的传热系
数(0.1～6.0W/(m 2·℃
))，计算隔墙传热温差，进而得到外墙传热系数与隔墙传热温差、楼梯间隔
墙单位面积传热量的关系曲线；按照同样的方法，逐步改变楼梯间隔墙的传热系数(0.1～4.3W/(m 2·℃))，得到楼梯间隔墙传热系数与隔墙传热温差、楼梯间隔墙单位面积传热量的关系曲线，结果如图3所示。
由图3可以看出，楼梯间外墙传热系数与隔墙传热温差近似成正比关系；楼梯间隔墙传热系数与隔墙传热温差近似成反比关系。而楼梯间外墙、隔墙传热系数与楼梯间隔墙单位面积传热量均近似成正比关系，且楼梯间隔墙传热系数对传热量的影响更明显。
图3　楼梯间隔墙、外墙传热系数与隔墙传热温差、单位面积传热量的关系
2.2.2　围护结构几何尺寸的影响
楼梯间的几何形状以及内、外围护结构面积将
直接影响供暖房间向楼梯间的传热量。本文以原有模型中的矩形楼梯间(见图1)为例，分别改变其内、外墙的尺寸建立模型，计算楼梯间隔墙的传热温差。结果列于表3。
表3　不同围护结构面积下的隔墙传热温差
外墙面积/m 2  5.55  5.55  5.55  5.5512.3010.959.608.25  6.90隔墙面积/m 239.7533.7527.7521.7546.5045.1543.8042.4541.10外墙与隔墙比例1∶71∶61∶51∶41∶3.81∶4.11∶4.61∶5.11∶6传热温差/℃
4.89
4.87
4.84
4.80
扇形的周长7.647.22  6.74  6.20  5.59
  可见，改变供暖房间与楼梯间相邻的隔墙的尺寸对传热温差影响很小。隔墙面积减小，传热温差变小。值得一提的是，隔墙传热温差和外墙与隔墙的比例无关。2.3　楼梯间朝向的影响
冬季，吸收太阳辐射热是非供暖楼梯间获得热量的一个主要途径。楼梯间的朝向、窗墙比以及窗户的光学特性又是影响太阳辐射得热的主要因素。假定建筑窗墙比以及窗户的光学特性不变，在原有建筑模型的基础上，改变楼梯间朝向，分析8种朝向(东向、南向、西向、北向、南偏东30°、南偏西
30°、北偏东30°、北偏西30°
)对隔墙传热温差的影响。然后改变建筑围护结构的热工性能，并依次改变楼梯间朝向，研究不同围护结构形式下楼梯间朝向对隔墙传热温差的影响。结果如图4所示。
由图4可以看出，楼梯间隔墙的传热温差由大到小所对应的楼梯间朝向依次为北向、北偏西30°、北偏东30°、西向、东向、南偏西30°、南向、南偏东30°。建筑围护结构的热工性能不同，相同朝向楼梯间的隔墙传热温差不同，朝向对隔墙传热温差的影响也不同。楼梯间外墙保温效果越好，朝向对传热温差的影响越小；而楼梯间隔墙保温效果越
图4　不同围护结构形式下楼梯间朝向
与隔墙传热温差的关系
好，楼梯间朝向对隔墙传热温差的影响越大。2.4　房间供暖设计温度的影响
首先，将供暖房间的温度设定为16℃，对隔墙传热温差进行计算。之后，将房间温度逐次提高0.5℃，分别计算隔墙传热温差，直至供暖温度达到23℃，得到房间供暖温度与隔墙传热温差的关系。改变围护结构的热工性能，按照上述方法，对模型1,2进行计算。比较不同建筑围护结构下房间供暖温度对楼梯间隔墙传热温差的影响。结果如图5所示
。
图5　房间供暖温度与楼梯间隔墙传热温差的关系
可见，房间供暖温度与楼梯间隔墙传热温差呈线性关系。楼梯间外墙传热系数减小，由房间供暖温度变化引起的传热温差的变化幅度减小；楼梯间隔墙传热系数减小，传热温差的变化幅度增大。2.5　供暖方式的影响
供暖房间间歇供暖时，房间温度出现波动，从而将影响与非供暖楼梯间的传热温差。本文改变原有模型的供暖方式，将连续供暖改为间歇供暖，计算隔墙传热温差，分析其变化规律。卧室、卫生间日供暖时间为19:00～07:00；起居室、厨房日供暖时间为18:00～23:00。
选取2月15日(日平均温度为-9.06℃
)的室外温度来计算楼梯间全天逐时温度。模型中卧室、起居室、卫生间均与楼梯间相邻，但在建筑中的
位置不同，停止供暖后房间的温度变化不同(见图6)，因此与楼梯间相邻的隔墙的日逐时传热温差也就具有不同的特点(见图7)
。
图6　
间歇供暖时房间日逐时温度的比较
图7　间歇供暖时楼梯间隔墙日
逐时传热温差的比较
可以看出供暖方式改变后，楼梯间温度发生变
化，但日变化趋势不变。停止供暖后，太阳辐射对房间温度的变化起主要作用。模型中，北向卧室日供暖12h ，日最低温度与同时刻楼梯间温度相当，接近15℃，日最大传热温差为4.0℃。南向起居室日供暖5h ，日最低温度接近16℃，日最大传热温差为3.6℃。可见，供暖房间朝向对供暖房间热舒适度的影响较大，但供暖时间段的选择是影响隔墙传热温差的主要因素(见表4)。
表4　间歇供暖方式下的隔墙传热温差
℃
卧室2#
卧室3#
卫生间1#卫生间2#起居室1#起居室2#
5.93
5.93
5.93
5.93
5.47
5.47
3　结论
非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差受到建筑楼层、围护结构热工性能、楼梯间朝向、供暖房间
(下转第126页)
于生活热水加热。此外，设计时在顶棚辐射系统中并联了1台板式换热器，主要用于过渡季顶棚与地
埋管直接进行换热，而在此过程中因无需开启热泵机组，将实现进一步节能。4.5　生活热水系统
生活热水系统在夏季实际上是冷凝热回收的一种有效手段，也是减少能量损失、平衡地下温度场的有效途径。热水加热系统中因为热泵机组造价和空调负荷与热水加热负荷时间上的不统一，需要在系统中加装蓄热装置，以提高系统的可靠性和初投资的经济性。系统的蓄热量和热泵机组的产热量之和必须满足高峰用水时的需要。还应注意机组与蓄热装置的经济匹配问题。5　系统运行费用
笔者对已投入使用的B1区空调系统2006年12月～2007年7月的日耗电量进行了记录，并整理出月单位面积用电量和运行费，见图6,
本工程
图6　月单位面积用电量和运行费
的日夜平均电价为0.483元/(kWh )。
由图6可以看出，在最冷月1月及最热月7月，本工程单位面积运行费均不足3.0元/m 2。与常规分体空调相比，单位面积耗电量和运行费均可节省约50%。6　结语6.1　朗诗·国际街区的平均能耗比一般住宅低50%左右。低能耗技术是针对一个完整的系统而
言，而不是某一方面，建筑需要在一个大系统中进行多个环节的配合，才能实现真正的节能降耗。6.2　顶棚辐射供冷、供暖系统可以大大提高居住舒适度，并为空调系统提出了一种廉价、高效、节能的蓄能方式，值得进一步研究探讨。系统用在南方高温高湿地区时，应从各方面避免顶棚结露，该工程证明结露问题是可以解决的。6.3　朗诗·国际街区的成功建设和入住，为下一步在中国推广应用大型地源热泵和高舒适度低能耗住宅提供了典型模式。笔者认为只要认真规划设计好系统中各个环节、优化匹配好各个子系统、协调处理好系统集成技术中的难点问题，大范围、大面积开展该系统的工程应用指日可待。参考文献:
[1]　中国建筑科学研究院.G B 50366—2005　地源热泵
系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,
2005
[2]　建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标
准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施　暖
通空调·动力[M ].北京：中国计划出版社,2003(上接第139页)
设计温度、以及供暖模式等多种因素的影响，且变动较大，因此将非供暖楼梯间与供暖邻室的传热温差一成不变地定为5℃是不合适的。
加强楼梯间隔墙的保温性能，较加强楼梯间外墙的保温性能能更有效地减少楼梯间隔墙传热量。
间歇供暖时隔墙传热温差高于连续供暖。当供暖温度相同时，供暖时间段的选择是影响间歇供暖隔墙传热温差的主要因素。
对北京地区符合现行节能标准的建筑来说，供暖温度每升高1℃，楼梯间隔墙传热温差将升高0.3℃左右。参考文献:
[1]　薛志峰.超低能耗建筑技术及应用[M ].北京：中国
建筑工业出版社,2005[2]　谷波.建筑物空调负荷计算分析[M ].北京：科学出
版社,2003[3]　中国有工程设计研究总院.G B 50019—2003　采
暖通风与空气调节设计规范[S ].北京：中国计划出版社,2003[4]　彦启森，赵庆珠.建筑热过程[M ].北京：中国建筑工
业出版社,1986[5]　简毅文，江亿.北京住宅房间内热源逐时发热状况的
调查分析[J ].暖通空调,2006,36(2):33-37[6]　北京市建筑设计研究院.DBJ 11-602—2006　居住
建筑节能设计标准[S].北京：北京市建筑设计标准化办公室,2006[7]　北京市建筑设计研究院.DBJ 01-602—97　民用建
筑节能设计标准[S].北京：北京市建筑设计标准化办公室,1997

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