摘　要：以拉萨地区某多层办公建筑为研究对象，对供暖期测试日(全天晴朗、晴转阴)逐时太阳辐射强度模拟计算，对测试日室外温度、风速进行实测。分析太阳辐射对测试房间(分别选取南向房间2间，北向房间2间，其中1间南向测试房间不供暖)室内温湿度的影响。结合实测结果，对拉萨地区供暖系统、建筑的优化设计提出建议。

关键词：高原寒冷地区；  太阳辐射；  室内热环境

Influence of Solar Radiation on Indoor Termal Environment in Cold Highland Area

Abstract：Taking a multi-storey office building in Lhasa area as the research object，hourly solar radialion intensity on the test day for the heating period(partly cloudy and all-day sunny day)is simulated and calculated，and the outdoor temperature and wind speed were measured．The effect of solar radiation on indoor temperature and humidity of the test room was analyzed．Two south-facing rooms and two north．Facing rooms were selected，and one of the south-facing rooms was not heated．Combined with the measured results，some proposals Oil the heating system and optimization design of the buildings in Lhasa area are offered．

Keywords：cold highland area：solar radiation：indoor thermal environment

1　概述

高原寒冷地区大部分位于中国西部高原，由于其独特的地理位置，导致这些地区具有低气压、空气稀薄、含氧量低、空气温度低、昼夜温差大、冬季气候干燥、太阳能资源丰富等独有特征。拉萨地处西南部高原地区，大气压力仅为65kPa，冬季气候寒冷干燥，年最低室外温度为-16℃，供暖室外计算温度为-6℃，全年低于5℃的时间为149d。一天内相对湿度在4.0％～25.0％，白天午后相对湿度特别低，一般低于10.0％。昼夜温差大，最高温差可达20℃以上。

我国北方供暖地区主要采用城市热力管网进行集中供暖，自2012年，拉萨开始实施全面供暖建设，但拉萨市若照搬北方传统的集中供暖模式则存在诸多问题：用热密度低，不适合实施大型热电联供；一些保护区和已建成区域基本不具备大规模敷设供热管道的条件；煤炭供应不足等。应充分考虑到拉萨的城市特点及能源特点，结合当地实际情况，制定切实可行的供热规划。

高原地区太阳能资源丰富^[1]，白天太阳辐射强度高，室外温度相应较高；早晨及夜晚无太阳辐射，室外温度较低。因此，高原寒冷地区的太阳辐射强度、建筑朝向、窗墙比等是供热系统与建筑设计时必须考虑的因素。

本文以某办公建筑(热源采用太阳能热水系统结合空气源热泵，室内供暖装置为风机盘管)作为研究对象，选择2012年供暖期的l2月25日、27日作为测试日，采用太阳辐射强度模型对测试日逐时太阳辐射强度进行模拟，对测试日太阳辐射强度、室外温度、风速、室内温湿度进行实测。探讨太阳辐射对室内热环境的影响，提出适合高原地区的供暖系统及建筑优化设计策略。

2　研究对象

该建筑为拉萨市某多层办公建筑，建筑共5层，总建筑面积为7500m²，办公建筑典型层的平面布置见图1。供暖方式采用以太阳能热水系统为主、空气源热泵为辅的形式，室内供暖装置为风机盘管。供暖室内设计温度为20℃，供、回水温度为45、40℃。供热系统流程见图2。乙二醇水溶液经过太阳能集热器(平板形)加热后进入蓄热水箱，蓄热水箱出水经板式换热器与供暖回水换热。若换热后的水温低于45℃，低温型空气源热泵启动，将水温加热至45℃后供给末端风机盘管；若换热后的水温达到45℃，低温型空气源热泵不启动，热水直接供给末端风机盘管。

3　室外环境

①集热器倾角

针对太阳能集热器最佳倾角问题，GB 50495—2009《太阳能供热采暖工程技术规范》第3．4．2条第1款给出太阳能集热器安装倾角范围为：(当地纬度-10°)～(当地纬度+20°)。图集GJBT—965《太阳能集热系统设计与安装》第3．2．1条第2款建议：全年使用时，集热器安装倾角宜与当地纬度相等；偏重于冬季使用时，倾角应加大至约比当地纬度大10°；偏重于夏季使用时，宜比当地纬度小10°。拉萨位于北纬29.67°，海拔3648m，大气清洁，日照时间长，年总辐射量为6000～8000MJ／m²，直接辐射量占总辐射量的56％～78％。根据相关规定及建筑实际座落情况，集热器倾角最终确定为45°。

②逐时太阳辐射强度

笔者采用江亿提出的随机气象模型^[2]，模拟计算测试日逐时太阳辐射强度。模型考虑了天气变化对太阳辐射强度的影响，通过判定得出逐时天气状况，针对不同天气情况采用相应的模型确定太阳辐射强度。l2月25日为全天晴朗的天气，l2月27日为晴转阴的天气，两日的逐时太阳辐射强度见图3。由图3可知，12月25日最大太阳辐射强度出现在14：59，为l238W／m²。12月27日最大辐射强度出现在13：33，为l238W／m²。两日出现最大太阳辐射强度的区间在13：00—15：00。

③逐时室外温度、风速

12月25日、27日逐时室外温度、风速分别见图4、5。由图4、5可知，测试日室外温度变化趋势基本一致。最高室外温度均出现在16：40左右，25日、27日最高室外温度分别为5.9、6.6℃。日最低室外温度基本出现在8：00前后，25日、27日最低室外温度分别为-9.07、-8.03℃。25日14：O0之后开始起风，风速在16：00左右升至4.5m／s；27日全天风速变化范围0～4.5m／s。由实测结果可知，25日、27日室外空气相对湿度变化范围分别为6.04％～24.26％、5.52％～19.38％。

4　测试器室态温度

选择4个房间(位置见图l)进行室内热环境监测，被测房间分别为：南向202、507房间，建筑面积均为64m²；北向211、413房间，建筑面积分别为124、64m²。规定507房间不开启风机盘管，其他房间均可开启风机盘管供暖。

办公楼工作时间为9：30—18：00，温湿度自记仪分别记录12月25日、27日的室内温度、相对湿度，室内温湿度随时间的变化见图6～9。

由图6～9可知，室内温度由高到低的房间编号为413、202、507、211，相对湿度由高到低的房间编号为202、507、211、413。

①202房间

12月25日10：00室内温度为8.94℃，之后温度一直处于上升趋势，至13：05上升至24℃，之后基本维持在20℃左右，至18：00室内温度为16.19℃。相对湿度基本在20％左右。

12月27日10：O0室内温度为9.05℃，l3：O0左右温度持续在20℃左右，l6：30以后室内温度逐渐下降，l8：00室内温度为18.31℃。相对湿度基本在25％以下。

根据房间内办公人员介绍，风机盘管仅在上班初期开启一段时间，其他时间不需要开启，完全可以依靠太阳辐射满足人员对热舒适度的要求。

②507房间

12月25日10：00室内温度为10.19℃，之后室内温度一直处于上升趋势，至16：15室内温度上升到21.94℃，开始波动下降，至l8：00室内温度为16.81℃。相对湿度基本在20％左右。

12月27日10：00室内温度为9.12℃，室内温度随室外温度开始波动上升，至ll：O0室内温度达17.59℃，基本满足室内办公人员的需求。13：10室内最高温度为20.94℃，l5：30以后，天气突然转阴，太阳辐射强度突降，室内温度也随之迅速下降。截至l8：00，室内温度下降到9.91℃。室内相对湿度在天气突变之前基本维持在20％左右，当天气转阴后，室内相对湿度有所上升，但基本不超过30％。

由此可见，在正常晴朗天气下，ll：O0至l8：00，不启动风机盘管，仅依靠太阳能辐射取暖基本可满足供暖需求。当遇到阴雨天气时，室内温度急剧下降，需开启供暖设施。

③2ll房间

12月25日10：00室内温度为11.56℃，之后室内温度基本稳定在14～16℃，至16：00以后，室内温度波动上升，最高温度为l9.5℃，至18：00室内温度为16.19℃。相对湿度基本在15％～20％波动，偶尔超出20％疑似为人为碰触监测装置所致，截至l8：00相对湿度为18％。

12月27日10：00室内温度为14.38℃，随后室内温度逐渐上升，l3：30达到峰值(18.38℃)，之后下降至15℃，并处于平稳状态，至18：00室内温度为14.81℃。相对湿度偏低，l4：45以前低于l5％，之后呈波浪线起伏，部分时间略大于l5％。截至18：00，相对湿度为l6％。

由于房间空间较大，上班时间内一直开启风机盘管，并采用电散热器辅助供暖。

④413房间

12月25日室内温度从l0：00的15.69℃上升至15：45的28.06℃，之后开始下降。截至18：00，室内温度为16.81℃。房间相对湿度很低，约l0％左右，至l5：50开始相对湿度突然有所增加，并逐步上升到20％。

12月27日室内温度一直在25℃左右，并呈缓慢上升趋势。房间相对湿度上午一直处于下降趋势，从16％下降至l0％后，开始略微稳定。根据室内办公人员介绍，北向房间全天都比较冷，需要开启风机盘管供暖。

5　实测结果分析

①室内热环境

南向房间主要利用太阳辐射即可满足供暖需求，202房间仅在上班开始时段开启风机盘管，其他时间基本不开启。507房间在始终不开启风机盘管的情况下，依然可以满足人体热舒适度要求。北向房间不能充分利用太阳辐射，需要开启供暖设施。北向211房间与413房间温湿度变化曲线有所不同，主要是由于室内办公人员对室内温度的要求不同引起的。

413房间为双人办公室，面积较小，开启风机盘管后室内温度较高；211房间为大办公室，面积约为413房间的2倍，在开启风机盘管后依然感到比较冷，还需开启电散热器辅助供暖。

拉萨地区室外相对湿度很低，南向房间采用太阳辐射取暖时，室内相对湿度比北向采用风机盘管供暖的房间高。南向房间相对湿度在20％左右，北向房间相对湿度为l0％～l5％。特别是413房间，两天的相对湿度都在10％左右。

②室外环境

13：00—15：00太阳辐射强度最大，而测试日室外温度最高时段为l6：00—18：00，南向202房间在13：00左右有一个明显的温度上升过程，且一直持续到l6：00以后，与太阳辐射强度变化趋势基本一致，说明南向房间在太阳辐射较强的时段完全可以依靠外窗透射太阳辐射进行被动式采暖。南向507房间室内温度曲线位于202房间下方，除测试日202房间刚上班开启风机盘管外，其他时段两房间均未开启风机盘管。虽然两房间面积相同，但202房间朝南一侧有大面积玻璃窗，而507房间开窗面积较小，太阳辐射透射量较少，室内温度也比202房间低。北向211房间与413房间室内温度急剧上升后，便处于相对平稳且略有上升的状态，由于全天开启风机盘管供暖，室内温度基本稳定，当室外温度上升时房间热负荷减少，使得室内温度略有升高。由图6～9可知，南向202房间、507房间相对湿度较高，而北向211房间、413房间相对湿度较低。

6　建议

①拉萨地区供暖期大多数时间为晴好天气，办公建筑南向房间可充分利用太阳辐射供暖，在没有任何供热设施的情况下，白天大多数时间依然可以满足人体舒适度要求。北向房间需配置供暖设施，采取主动式采暖。

②针对太阳辐射强度大的高原寒冷地区，根据建筑类型及建筑朝向选择适合的窗墙比，南向房间尽量增加外窗面积以获得较高的太阳辐射量，北向房间适当减小外窗面积以降低热损失。

参考文献：

[1]刘志云，卢军，黄光勤，等．拉萨地区供暖期太阳能集热器最佳倾角模拟[J]．煤气与热力，2013，33(9)：A08-A12．

[2]江亿．空调负荷计算用随机气象模型[J]．制冷学报，1981(3)：45-56．

本文作者：赵娟  卢军  廖兴中  黄光勤  李欣林  郭欣娟

作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院

  重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室