1概述建筑运行能耗约占我国社会总能耗的27.4%[1]。我国北方地区建筑能耗以供暖能耗为主，约占建筑运行能耗的50%以上，减少供暖能耗是节能减排的重要工作。大部分集中采暖末端用户无法自主调节房间室温，北方建筑集中供热的调节方法主要依托气候补偿模型实现。李明[2]等针对莱芜区换热站，应用气候补偿器开展节能改造工作，发现气候补偿控制器的节能效果显著，采用气候补偿控制器可以节能15%以上，分时段调节的公共建筑节能率高达50%。气候补偿通常基于室外日平均温度对供热负荷的影响，采用稳态传热过程计算建筑热负荷。但建筑热负荷受多种因素影响，包含室外温度、太阳辐射与室内热扰等，建筑室内外热环境通过围护结构的传热过程属于非稳态传热过程。仅考虑室外温度作用，以稳态方法计算建筑热负荷时，供暖负荷预测结果偏离实际情况，供水温度与实际需求不符。简毅文[3]等对北京地区某建筑集中供暖后的室温和供暖耗热量进行模拟计算，定量分析气候补偿器的静态与非静态两种补偿模式对建筑供暖效果的影响。结果表明，调节供暖管网系统供水温度时，应对室外温度的变化进行补偿，对室内扰动、太阳辐射产生的影响进行修正。为了提高气候补偿模型负荷预测结果的精度，相关学者建立了考虑逐时室外温度、太阳辐射等气象因素的动态的气候补偿模型，其负荷预测结果与实际情况比较符合[4]。DeST能耗模拟软件通过模拟建筑能耗，获得建筑在全年或某一时间段的冷、热负荷[5-6]。DeST软件使用状态空间法对建筑室内外环境的传热过程进行动态模拟，从而获得准确的负荷情况[7-8]。牛志强[9]等研究不同热工性能的围护结构对夏热冬冷地区教学楼建筑负荷的影响，并提出针对性对策。杨志伟[10]等以沈阳高校办公楼为研究对象，分析不同通风条件下建筑能耗的变化，在夏季加强高层与西、南朝向办公室的夜间通风可以减少建筑能耗。段立英[11]等设置不同的换气次数与围护结构传热系数，对哈尔滨、广州住宅建筑进行负荷模拟，发现换气次数对冷负荷的影响较大，两者对热负荷的影响较小。采用DeST软件研究太阳辐射与室外温度变化对建筑逐时热负荷的影响，计算不同假设条件下的建筑运行热负荷，比较不同假设条件下的计算结果，分析差异及原因。2建筑模型及参数设置选取某住宅小区的某栋建筑作为模拟对象。建筑属于多层建筑，共6层，建筑面积为6 057.6 m2，建筑体型系数为0.25，总建筑高度为18 m，每层层高3 m，无地下室。每层有12个用户，4种不同户型。房间功能为卧室、厨房、书房、客厅以及卫生间。建筑为保温建筑，建筑的围护结构材料及热工参数如表1所示。建筑南、北向窗墙比分别为0.5、0.3。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T001表1建筑的围护结构材料及热工参数围护结构材料传热系数/[W/(m2‧K)]外墙钢筋混凝土+纯石膏板+聚苯乙烯泡沫塑料0.400内墙水泥砂浆+陶粒混凝土1.515屋顶水泥砂浆+多孔混凝土+钢筋混凝土0.464楼板水泥砂浆+泡沫混凝土0.634窗普通中空玻璃2.500根据模拟建筑的基础信息，在DeST能耗模拟软件中建立建筑负荷计算模型。DeST模拟建筑模型如图1所示。考虑室外与室内的通风，换气次数为0.5次/h。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F001图1DeST模拟建筑模型3气候补偿模型采用的建筑负荷计算方法文中计算3种不同边界条件建筑的热负荷，通过修改DeST气象数据库，设置不同的室外气象参数，利用DeST软件分别进行热负荷模拟。边界1的室外温度设置为典型气象年日平均温度，太阳辐射强度为0；边界2的室外温度为典型气象年室外逐时气温，太阳辐射强度设置为0；边界3考虑典型气象年逐时室外气温与太阳辐射。3种边界条件下室外气象参数设置与计算方法如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T002表23种边界条件下室外气象参数设置与计算方法边界条件室外温度/℃太阳辐射/(W/m2)计算方法1典型气象年室外日平均温度0稳态计算2典型气象年室外逐时温度0DeST计算3典型气象年室外逐时温度典型气象年太阳辐射强度DeST计算设置房间室内温度为20 ℃，取建筑第4层的西户、中间户及东户作为研究对象，定义为A、B、C户，面积分别为75.19 m2、90.47 m2、67.50 m2。选取潍坊、哈尔滨两个供暖城市，分别作为我国寒冷地区与严寒地区的代表城市。潍坊处于山东东部，冬季较长，寒冷干燥；哈尔滨处于黑龙江南部，冬长夏短，冬冷夏凉。11月15日至次年3月15日，潍坊、哈尔滨在供暖季的室外温度如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T003表3潍坊、哈尔滨在供暖季的室外温度城市室外平均温度日最高温度日最低温度日温度最大波动室外计算温度潍坊0.0622.0-15.2023.4-7.00哈尔滨-13.1211.8-28.6821.9-23.40℃4计算结果与分析4.1气候补偿模型边界1的负荷计算结果气候补偿模型边界1的建筑热负荷主要包括围护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量，不考虑太阳辐射的得热量；围护结构的传热耗热量由室外日平均温度与供暖室内计算温度的差值决定。潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界1的供暖季热负荷如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T004表4潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界1的供暖季热负荷用户累计热负荷/kWh累计热负荷指标/(kWh/m2)潍坊A7 243.6696.34潍坊B6 689.5273.94潍坊C6 216.6592.10哈尔滨A11 891.03158.15哈尔滨B10 992.07121.50哈尔滨C10 220.97151.424.2气候补偿模型边界2的负荷计算结果建筑室外气温处于周期变化，室外气温在14：00~15：00时最高，4：00~5：00时最低。建筑室内外环境进行热交换时，建筑围护结构内外表面的温度周期变化，且存在温度衰减与延迟；建筑热负荷出现周期性波动。DeST软件中的典型气象年室外温度依据多年实测数据计算，随时间的变化而改变。潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界2的供暖季热负荷如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T005表5潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界2的供暖季热负荷用户峰值热负荷/kW累计热负荷/kWh最大热负荷指标/(W/m2)累计热负荷指标/(kWh/m2)潍坊A3.896 983.7951.7392.88潍坊B3.676 449.4340.5871.28潍坊C3.416 166.5750.6191.35哈尔滨A5.3711 223.3271.37149.26哈尔滨B5.0310 378.0755.56114.71哈尔滨C4.729 906.0369.95146.75潍坊A户边界1、边界2的供暖季热负荷对比如图2所示。潍坊地区，边界2模拟结果与边界1计算结果相比，A、B、C户供暖季累计热负荷差值分别为259.87 kWh、240.09 kWh、50.08 kWh，A、B、C户供暖季累计热负荷指标差值依次为3.46 kWh/m2、2.66 kWh/m2、0.75 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷可分别减少3.5%、3.5%、0.8%。哈尔滨地区，边界2的模拟结果与边界1的计算结果相比，A、B、C户的供暖季累计热负荷差值依次为667.71 kWh、614.00 kWh、314.94 kWh，A、B、C户供暖季累计热负荷指标差值依次为8.89 kWh/m2、6.79 kWh/m2、4.67 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷可分别减少5.6%、5.5%、3.1%。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F002图2潍坊A户边界1、边界2的供暖季热负荷对比1月9日为供暖季最冷日，潍坊A户1月9日边界1、边界2的热负荷对比如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F003图3潍坊A户1月9日边界1、边界2的热负荷对比由图3可知，边界2的热负荷模拟结果动态变化，边界1的计算结果为定值。0~12 h、21~23 h时，边界1的热负荷小于边界2的热负荷；13~20 h时，边界1的热负荷大于边界2的热负荷。建筑实际运行的热负荷会逐时变化，如果以气候补偿模型边界1的热负荷对供水温度进行调控，0~12 h、21~23 h的供水温度偏低，难以满足室内供暖需求；13~20 h的供水温度偏高，存在过量供热现象。根据稳态的室外日平均温度的气候补偿模型对供热进行调控时，无法实现按需供热。4.3气候补偿模型边界3的负荷计算结果室外扰动对建筑热负荷作用的主要因素是室外气温与太阳辐射，太阳辐射值周期性变化。围护结构外表面出现太阳辐射最大值的时间与建筑朝向有关，如东外墙的太阳辐射热一般在8：00左右达到最大值，水平屋顶在12：00左右达到最大值，西外墙在16：00左右达到最大值。与室外气温相比，太阳辐射对建筑热负荷的作用强度不仅随时间变化，也受到方位的影响。潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界3的供暖季热负荷如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.T006表6潍坊与哈尔滨的气候补偿模型边界3的供暖季热负荷用户峰值热负荷/kW累计热负荷/kWh最大热负荷指标/(W/m2)累计热负荷指标/(kWh/m2)潍坊A3.634 976.7748.3366.19潍坊B3.424 395.0337.8348.58潍坊C3.254 613.5048.2268.35哈尔滨A5.238 876.9169.57118.06哈尔滨B4.928 080.4154.3589.32哈尔滨C4.658 226.3268.90121.87哈尔滨地区，边界3的模拟结果与边界1的计算结果相比，A、B、C户的供暖季累计热负荷差值依次为3 014.12 kWh、2 911.66 kWh、1 994.65 kWh，A、B、C户的供暖季累计热负荷指标差值依次为40.09 kWh/m2、32.18 kWh/m2、29.55 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷分别减少25.34%、26.48%、19.51%。潍坊地区，边界3的模拟结果与边界1的计算结果相比，A、B、C户的供暖季累计热负荷差值依次为2 266.89 kWh、2 294.49 kWh、1 603.15 kWh，A、B、C户的供暖季累计热负荷指标差值依次为30.15 kWh/m2、25.36 kWh/m2、23.75 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷可分别减少31.29%、34.29%、25.78%。在潍坊地区，边界3与边界2的热负荷结果相比，A、B、C户的供暖季峰值热负荷差值分别为0.26 kW、0.25 kW、0.16 kW，A、B、C户的供暖季累计热负荷差值为2 007.2 kWh、2 054.4 kWh、1 553.07 kWh，A、B、C户的供暖季最大热负荷指标差值为3.40 W/m2、2.75W/m2、2.39 W/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷指标差值为26.69 kWh/m2、22.70 kWh/m2、23.01 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷减少28.74%、31.85%、25.19%。哈尔滨地区，比较边界3与边界2的热负荷，A、B、C户的供暖季峰值热负荷差值分别为0.14 kW、0.11 kW、0.07 kW，A、B、C户的供暖季累计热负荷差值分别为2 346.41 kWh、2 297.66 kWh、1 679.71 kWh，A、B、C户的供暖季最大热负荷指标差值为1.80 W/m2、1.21 W/m2、1.05 W/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷指标差值为31.2 kWh/m2、25.39 kWh/m2、24.88 kWh/m2，A、B、C户的供暖季累计热负荷减少20.91%、22.14%、16.96%。与C户相比，A、B户在供暖季的热负荷波动更大；因为不同户型受到的太阳辐射强度最大时刻以及辐射时长不同。太阳辐射对用户热负荷影响最大的是B用户，A用户次之，C用户最小。潍坊A户1月9日边界3与边界1、边界2的热负荷对比如图4所示。潍坊用户边界2、边界3的供暖季热负荷分布如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F004图4潍坊A户1月9日边界3与边界1、边界2的热负荷对比图5潍坊用户边界2、边界3的供暖季热负荷分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F5a1（a）A户10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F5a2（b）B户10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.002.F5a3（c）C户考虑太阳辐射的热负荷波动范围更大；以边界1的热负荷为基准，与边界2的热负荷相比，边界3的逐时热负荷小于边界1的热负荷的时间更长。太阳辐射充足时，太阳辐射得热使相应时刻的建筑热负荷减少40%~50%；以气候补偿模型边界2的热负荷对供水温度进行调控，供水温度高于实际所需，造成能源浪费。忽略太阳辐射和室外逐时温度的气候补偿模型对供热的调控效果与实际不符，存在过量供热的现象。5结语（1）供暖季，逐时室外温度的热负荷模拟结果与室外日平均温度的热负荷结果相比，哈尔滨的单个用户供暖季累计热负荷指标减少约3%~6%，潍坊的单个用户供暖季累计热负荷指标减少约1.0%~3.5%。（2）供暖季，考虑逐时室外温度、太阳辐射的热负荷模拟结果与考虑室外日平均温度的计算热负荷结果相比，哈尔滨的西、中间、东用户供暖季累计热负荷指标分别减少约25.34%、26.48%、19.51%，潍坊的西、中间、东用户供暖季累计热负荷指标减少约31.29%、34.29%、25.78%。（3）供暖季，室外日平均温度下气候补偿调控的供水温度不能响应室外温度的逐时变化，会导致供水温度偏低或偏高，造成室内热环境冷热不平衡。忽略太阳辐射，考虑逐时室外温度的气候补偿调控的供水温度高于实际所需，造成室内环境过热。因此，在气候补偿模型中考虑动态室外温度与太阳辐射对建筑得热的影响，可以减少冬季供暖能耗，进一步完善气候补偿模型。