封闭阳台温差修正系数的实验研究

　　近几年采暖民用住宅的阳台已普遍做成封闭型。尤其在严寒地区更是如此。这就使各一阳台之间的围护结构耗热量计算必须也引入一个温差修正系数，但是由于这是近几年出现的新的情况，因此在现有的设计规范和技术资料中均没有规定或给出供设计使用的计算值。因此研究该问题，并给出供设计参考的修正系数就使得非常必要。
　　
1 目前供暖设计中对该问题的作法
　　
　　由于没有统一的规定，在实际设计时，对于该方面的计算目前有两种方法：
　　一种方法是对围护结构基本耗热量计算公式，Q=aFK(t_n-t_w)中的温差修正系数a近似取GBJ19-89中表3.1.4-1中有外门窗非采暖房间相邻的隔墙时的a=0.70。
　　另一种方法是利用热平衡原理求出阳台的温度。其具体过程认为从室内通过围护结构传入阳台的热量Q等于阳台传出室外的热量Q′，在忽略室内与阳台之间渗透换热量时，即有下列热平衡式成立。
　　
　　　　Q=Q′=∑KF(t_n-t_y)= ∑K′F′(t_n-t_y)+cρV(t_y- t_w)　　　　　　　　　　 （1）
　　
　　式中：Q----室内传入阳台的热量，W；
　　　　　Q′----阳台传出室外的热量，W；
　　　　　K----室内与阳台间围护结构的传热系数，W/（m²·℃）；
　　　　　F----室内与阳台间围护结构的传热面积，m²；
　　　　　K′----阳台围护结构各部分的传热系数W/（m²·℃）；
　　　　　F′----阳台围护结构各部分的传热面积，m²；
　　　　　t_n----室内计算温度，℃
　　　　　t_w----室外计算温度，℃
　　　　　t_y----阳台空气温度，℃
　　　　　ρ----空气密度，kg/m³；
　　　　　c----空气比热，J/（kg·℃）
　　　　　V----封闭阳台的空气渗透量，m³。
　　以上的两种方法在实际运用中第一种方法虽然简单，但缺少实测验证与实际情况可能有较大差别。第二种方法考虑的因素较多，虽然严谨，但较繁琐，使用时不方便。
　　由平衡式分析可知：当室内外计算温度不变时，阳台温度受以下三个方面影响：

　　1．1 阳台封闭围护结构传热系数和传热面积
　　即当传热系数和面积增大时，则使阳台内的温度降低。由此可知：在其他条件相同时，顶层和底层封闭阳台内的温度低于中间各层。

　　1．2 室内阳台之间的围护结构的传热系数和传热面积
　　由于阳台内的热量是由室内透过该结构传入阳台内，因此阳台内温度的高低主要取决地该部分的传热量。当该部分围护采用热阻小的材料时，则阳台内温度较高。

　　1．3 封闭阳台的密闭性
　　从平衡式可知冷风渗透量影响了阳台温度。这就便得用密闭不好的钢窗封闭阳台，其阳台温度低于塑钢窗封闭阳台的原因之一。由于冷风渗透量受风向、风速等多种因素影响，因此计算复杂。
　　
2 测试目的和条件
　　
　　目的：针对以上的情况，为给设计提供方便和准确的温差修正系数a。我们进行了实际住宅的阳台温度、室内、外温度的测试。以期得到封闭阳台的温差修正系数a的值。
　　测试条件：针对目前阳台封闭多选用塑钢窗的情况，我们在大庆、哈尔滨两个地区选择了三幢住宅楼，并各挑选了一套住宅进行了测试。
　　哈尔滨的测试是在一幢八层住宅楼中的五层住房，使用面积为60.74m²，南北向各一个阳台，南向阳台对应的是客厅，北向阳台对应的是厨房。测试进行了半个采暖季，是用美国生产的HOBO自记温度器，对室外温度和阳台温度进行测试。测试住宅平面见图1（a）。大庆测试是在新建的大庆大学生活区进行，我们在两幢住宅楼的三楼各选一套住房并安装了美国生产的HOBO自记温度计。南向的阳台对应的是居室，北向的阳台对应的是厨房。测试进行了三个星期。测试住宅平面见图1中（a）、（b）、（c）。 　　
　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　图1 测试住宅平面图
　　
　　以上测试的住宅均在工程竣工后处于正常供暖，但无人居住的情况下进行。因此，人为的干扰因素几乎不存在。这虽然与有人居住时情况有所不同，但符合设计情况。目前阳台的种类较多，以透明部分区分有落地窗阳台和半透明阳台，以位置区分有外露阳台和内置阳台的不同。由于条件限制，仅进行了目前较普遍的外置阳台，上部发近2/3为塑钢窗。下部分近1/3处为中砖混结构的形式。
　　

图2a 哈尔滨住宅北向阳台有关温度曲线

图2b 哈尔滨住宅南向阳台有关温度曲线

图2c 大庆住宅b北向阳台有关温度曲线

图2d 大庆住宅b南向阳台有关温度曲线

图3a 哈尔滨住宅阳台修正系数

　　图3b 大庆b住宅阳台修正系数

图3c 大庆c住宅阳台修正系数

图4 大庆住宅北向阳台室外温度对修正系数的影响

4 整理数据分析
　　
　　设计中关心的温差修正系数反映了温度不同所产生的差别。在《在采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）表3.1.8-1所给出的温差修正系数的围护结构特征基本与朝向无关因此，不必考虑朝向问题。而对封闭阳台的情况则有所不同，封闭阳台为垂直结构时，对耗热量应考虑其朝向的问题。因此，在确定封闭阳台的温差修正系数时，连同朝向修正一起考虑是合理的。尤其是测试其南向阳台内的温度时，已包含了太阳辐射热量所造成的温度高于北向阳台内温度。其值更是真实的说明了太阳辐射热对不同朝向阳台所产生的差别。
　　由测试数据图2可知：在相同的室外温度下，南北向阳台内的温度不同。这显然是由太阳辐射造成的。因此，若南北向阳台采用同一个温差修正系数a，还要对此部分围护结构考虑朝向修正。这显然又将增加一步计算过程。若给出温差修正系数，事先考虑太阳辐射热使阳台内温度升高的因素，则对采用了此温差修正部分就不必再考虑朝向修正。因此，本文在整理数据时，对南北阳台的数据进行了分别的整理。并对不同朝向的阳台给出了不同的温差修正系数。
　　从表1、表2中可知北向阳台与南向阳台的a值差别较大。
　　
　　　　　　　　大庆住宅测试期间的部分温差修正系数 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

　　　　　　　哈尔滨住宅测试期间的部分温差修正系数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表2

　　从表3中可以看出：测试的南向阳台修正系数较一致，而北向阳台哈尔滨房间的值较大，其原因是阴面阳台所处的位置，由于周围建筑的影响形成了较大的风速。因此，不完全代表普遍性。
　　
　　　　　　　整个测试期间温差修正系数的平均值　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表3

　　从图4的实验点看有波动，其原因我们认为是测试中风向、风速变化所引起的，因为测试条件限制没有测试风向、风速的参数。图中，沿着修正系数随室外温度降低变化不大，因此，测试虽然没有在达到室外计算温度情况下进行，但所得到测试结果仍适用于耗热量的计算。
　　由于条件限制，东、西向阳台没有进行测试。在不考虑风向的影响时，主要是太阳辐射热的影响，因此，可参照太阳辐射的朝向修正，采用南北向阳台温差修正系数的平均值作为东西向阳台的温差修正系数。
　　根据测试结果表3的数据，通过分析我们认为，封闭阳台温差修正系数推荐采用以下数值：
　　南向取a=0.50
　　北向取a=0.70
　　东西向取a=0.60
　　
5 结论
　　
　　由以上的测试数据和整理分析，可得到以下几点结论：
　　5．1 对于有封闭阳台部分的围护结构传热计算，仍以温差修正系数的方法进行处理，较简便易行，也可满足设计要求。
　　5．2 封闭阳台的温差修正系数应按不同朝向给出，并不再考虑该部分的朝向修正。但严格讲，不同地区由于日照率不
同，该值也有所不同。
　　5.3 文中给出的推荐值，虽然有一定的局限性，但仍可供设计。该问题的分析，虽然是一个传热的问题，但涉及的变量因素较多，且各地也有差异。因此，作深入的研究也有一定的难度。
　　5．4 本文的内容为初步研究结果，意在给出方便设计的参考值。
　　
　　
参考
　　
　　1 中华人民共和国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ 19-87），北京：计划出版社，1989