Температура точки баланса - Balance point temperature

В температура в точке баланса здания это открытый воздух температура когда приток тепла в здание равен тепловым потерям.[1] Внутренние источники тепла из-за электрическое освещение, механическое оборудование, тепло тела, и солнечная радиация может компенсировать потребность в дополнительном обогреве, хотя температура наружного воздуха может быть ниже заданной температуры термостата. Температура точки баланса здания - это базовая температура, необходимая для расчета градусо-дня для прогнозирования годовой потребности в энергии для обогрева здания. Температура точки баланса является следствием конструкции и функции здания, а не погодных условий на открытом воздухе.[2]

Внутренние и внешние тепловые поступления и потери в здании.
Внутренние и внешние тепловые поступления и потери в здании.

Математическое определение

Температура точки баланса математически определяется как:
Уравнение 1: тбаланс = ттермостат - QIHG + QСОЛЬ/Uздание
Где:

  • тбаланс температура наружного воздуха в точке баланса, выраженная в ° C (° F).
  • тТермостат - заданная температура термостата здания, выраженная в ° C (° F).
  • QIHG- коэффициент внутреннего тепловыделения на единицу площади пола за счет занятость, электроосветительное и механическое оборудование, дано в Вт / м2 (БТЕ / сек / фут2). Это внутреннее тепловыделение не является постоянным из-за различий в загруженности людей, освещении и графике работы оборудования, но в значительной степени считается постоянным для приближение первого порядка.
  • QСОЛЬ - приток тепла в здании на единицу площади пола за счет солнечного излучения, выраженный в Вт / м2 (БТЕ / сек / фут2). Этот приток тепла не является постоянным из-за изменчивости солнечной активности в зависимости от времени суток и года, но в основном считается постоянным для приближение первого порядка. Зимой разумно предположить QСОЛЬ=0.
  • Uздание это скорость теплопередача поперек ограждающей конструкции здания на градус разницы температур между наружной и внутренней температурой и на единицу площади пола, выражается в Вт / ° K / м2 (БТЕ / с / ° F / фут2). Эта теплопередача может меняться из-за изменений скорости вентиляции свежего воздуха, но в основном считается постоянной для приближение первого порядка.

Это уравнение упрощается, предполагая установившийся режим теплопередачи между зданием и окружающей средой, и дает только приблизительную температуру точки баланса здания. Справочник ASHRAE 2013 г. - Основы, глава F18, содержит более строгие методики расчета тепловых нагрузок в нежилых зданиях. Метод теплового баланса ASHRAE, например, полностью определяет теплопередачу через внутренние и внешние границы стены здания путем включения излучения (например, солнце, внутренние поверхности), конвективного (например, внутренний и наружный воздух) и проводящего (например, внутреннего и внешняя граница) режимы теплопередачи.[1]

Методы определения

Пример определения температуры точки баланса здания методом энергетической сигнатуры.

В реальных сценариях точка баланса может быть определена одним из двух способов. в метод энергетической подписистроится график зависимости потребления электроэнергии от средней температуры наружного воздуха. Точка на графике, в которой пересекаются не зависящие от погоды и зависящие от погоды потребности в электроэнергии, является температурой точки баланса. Этот метод работает только в том случае, если доступны большие объемы данных об энергопотреблении здания, предпочтительно с ежедневным разрешением.[3]

в метод линии производительности множественные графики потребления электроэнергии относительно градусо-дни нагрева (HDD) и градусо-дни охлаждения (CDD) создаются с использованием диапазона температуры точки баланса для расчета градусо-дней. Полиномы второго порядка наилучшего соответствия вида у = топор2+ bx + c затем применяются к графикам, которые показывают различные уровни кривизны в диапазоне данных в зависимости от точности температуры точки баланса. На участках с чрезмерно высокими температурами точки баланса а положительная переменная, что приводит к восходящей кривой, в то время как графики с низкими температурами точки баланса изгибаются вниз из-за отрицательной а Переменная. Сюжет, в котором а значение, близкое к нулю, представляет наиболее точную температуру точки баланса. Этот метод может применяться к зданиям, в которых данные об использовании энергии менее детализированы, возможно, только на еженедельной или ежемесячной основе.[4]

Характеристики здания

Тепловые характеристики здания можно описать как преобладающую внутреннюю нагрузку или преобладающую нагрузку на оболочку, каждая из которых имеет характеристическую температуру точки баланса.

Здания, в которых преобладает внутренняя нагрузка, имеют высокий внутренний приток тепла от людей, освещения и оборудования. Эти здания обычно компактны, с низким соотношением площади поверхности к объему и множеством внешних стен в каждой комнате. Благодаря высокому внутреннему притоку тепла здание не подвергается сильному воздействию внешних условий. Большие офисные помещения, школы и аудитории являются типичными примерами зданий с преобладанием внутренней нагрузки, где температура точки баланса составляет около 10 ° C (50 ° F).[2]

Здания с преобладающей нагрузкой на оболочку имеют значительные потери тепла через оболочку здания. Эти здания имеют высокое отношение площади поверхности к объему с небольшим количеством внешних стен в каждой комнате. Внешние условия сильно влияют на эти здания из-за отсутствия внутреннего притока тепла. Жилые дома, небольшие офисные здания и школы являются типичными примерами зданий с преобладанием кожной нагрузки, где температура точки баланса установлена ​​около 15 ° C (60 ° F).[2]

Солнечные выгоды может препятствовать зданиям с преобладанием внутренней нагрузки, способствуя перегреву, одновременно помогая зданиям с преобладанием обшивки, которые теряют тепло из-за плохих характеристик оболочки. Следовательно, архитекторы и строительные дизайнеры должен стратегически контролировать солнечные выгоды исходя из характеристик здания.[1]

Градус дней

Концепции дипломные дни и температура точки баланса взаимосвязаны. Суммируя разницу между температурой точки баланса и температурой наружного воздуха за период времени, получается значение градус-время. Использование данных о среднесуточной температуре в суммировании приводит к дипломные дни, хотя градусы-часы или даже градусы-минуты могут быть возможны в зависимости от степени детализации используемых данных. День получения степени часто делится на градусо-дни нагрева (HDD), при котором энергия должна быть потрачена на обогрев помещения, и градусо-дни охлаждения (CDD), в которых пространство будет нуждаться в охлаждении (либо посредством ввода энергии, либо естественным путем). Это достигается путем подсчета любой положительной разницы между температурой точки баланса и температурой наружного воздуха как HDD и либо отбрасыванием оставшихся данных, либо их рассмотрением как CDD. Хотя градусо-дни рассчитываются на основе зарегистрированного потребления энергии в здании, точка баланса температуры здания определяет, будет ли здание ежегодно иметь больше HDD или CDD. Низкая температура точки баланса (по сравнению с местным климатом) указывает на то, что зданию с большей вероятностью потребуется дополнительное охлаждение, в то время как высокая температура точки баланса указывает на то, что с большей вероятностью потребуется отопление. В идеале здание должно быть спроектировано так, чтобы температура точки баланса была как можно ближе к средней наружной температуре местного климата, что позволит минимизировать как CDD, так и HDD.[5]

Моделирование

Температура точки баланса часто используется при моделировании в качестве основы для расчета потребности зданий в энергии из-за различных факторов стресса.[6][7] Это достигается путем расчета HDD или CDD на основе точки баланса и расширения этих результатов для оценки использования энергии. Анализ чувствительности также может быть проведен на основе эффектов изменения температуры точки баланса, что может продемонстрировать влияние на модель изменения внутренних нагрузок или условий оболочки здания.[6]

Рекомендации

  1. ^ а б c Утцингер, Майкл; Уэсли, Джеймс. «Проект материалов учебной программы по жизненно важным признакам» (PDF). Калифорнийский университет в Беркли. Колледж экологического дизайна. Архивировано из оригинал (PDF) 12 июня 2012 г.. Получено 25 ноября 2014.
  2. ^ а б c Лехнер, Норберт (2009). Отопление, охлаждение, освещение: методы устойчивого проектирования для архитекторов. Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья.
  3. ^ Ли, Кёнми; Пэк, Хи-Чжон; Чо, Чунхо (2014). «Оценка базовой температуры для градусо-дней нагрева и охлаждения для Южной Кореи». Журнал прикладной метеорологии и климатологии. 53 (2): 300–309. Дои:10.1175 / jamc-d-13-0220.1.
  4. ^ Дэй, А.Р .; Knight, I .; Dunn, G .; Гаддас, Р. (2003). «Улучшенные методы оценки базовой температуры для использования в линиях энергоэффективности зданий». Строительные услуги, инженерные исследования и технологии. 24 (4): 221–228. Дои:10.1191 / 0143624403bt073oa.
  5. ^ Уолш, Дж. Скотт; Jeyifous, Olalekan. «Энергия на балансе» (PDF). Калифорнийский университет в Беркли. Колледж экологического дизайна. Архивировано из оригинал (PDF) 26 ноября 2013 г.. Получено 25 ноября 2014.
  6. ^ а б Амато, Энтони (2005). «Реакция регионального спроса на энергию на изменение климата: методология и применение в штате Массачусетс». Изменение климата. 71 (1–2): 175–201. Дои:10.1007 / s10584-005-5931-2.
  7. ^ Сантамурис, М. (1995). «О характеристиках зданий с теплообменниками земля-воздух». Солнечная энергия. 54 (6): 375–380. Дои:10.1016 / 0038-092х (95) 00016-к.