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文檔簡介
1、空調(diào)工程負(fù)荷計算實例七十年代末空調(diào)工程負(fù)荷用瞬變傳熱計算代替了穩(wěn)定傳熱計算,并且區(qū)分了得熱和負(fù)荷的概念。八十年代出版的所有空調(diào)書籍,如空氣調(diào)節(jié)工程、空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊、暖通空調(diào)常用數(shù)據(jù)手冊、高層建筑空調(diào)與節(jié)能等皆引用了動態(tài)負(fù)荷計算。動態(tài)負(fù)荷在圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面的計算顯得比較繁瑣,即便是各種手冊采用了一些簡化手段,計算工作量也較大。計算軟件的產(chǎn)生似乎解決了這一問題,但是應(yīng)用上也不普遍,只有估算最簡便,捷徑行路,人之通性,慢慢地被它取而代之了。但是估算的根基并不堅實,偏于保守是不可避免的,總是顧慮怕估算的小了,這也是可以理解的。1、空調(diào)工程第一個實例圖1是位于蘇州地區(qū)旅館建筑客房的標(biāo)準(zhǔn)層平面簡圖,層高3米
2、,共十層,24墻兩面抹灰,客房為單層塑鋼玻璃窗,面積6m2,掛淺色窗簾,屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)為1.19W/m2??头恳笤O(shè)計干球溫度25,2人間,新鮮空氣量為30m3/人時,室內(nèi)平均用電量150W。走道與樓梯間、電梯間等公用部分,送冷風(fēng)保持27,客房與走道的溫差為23,可以忽略傳熱計算,因而客房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷只有外墻、外窗、屋頂?shù)炔糠帧膱D1可看出,客房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的大小和朝向共有6種型式,并編號如下:1.南向,2.北向,3.西南向,4.西北向,5.東南向,6.東北向。對于頂層多了一個屋面,編號為1-頂6-頂。應(yīng)用動態(tài)傳熱計算,其最大冷負(fù)荷與發(fā)生時刻列于表1。表1 客房編號冷負(fù)荷(w)發(fā)生時刻(時)客
3、房單位面積負(fù)荷值(w/m2)12064.31373.721890.91467.532468.51388.242451.21787.552734.21397.662585.41492.31-頂2813.014100.52-頂2743.81698.03-頂3421.316122.24-頂3430.817122.55-頂3507.514125.36-頂3457.516123.5從計算結(jié)果可以看出動態(tài)計算的特點,西南向、西北向或者東南向、東北向的負(fù)荷差值不大,但發(fā)生時刻不同。這是因為動態(tài)計算是用加權(quán)或卷積的數(shù)學(xué)形式計算,計算任一時刻的傳熱必須包括其它時刻在該時刻的影響量,卷積而成。表1的數(shù)據(jù)是客房選擇
4、末端設(shè)備的根據(jù),客房2和客房5-頂負(fù)荷相差1616.6W,理所當(dāng)然地要選取不同容量的末端設(shè)備才合理。關(guān)于空調(diào)工程選取制冷設(shè)備的容量,有兩種方法:一是把整體客房建筑(底層是裙房不計)看成是一個孤立整體,用總的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、總的客人數(shù)和總的用電量等計算;二是把表1計算值逐層進(jìn)行疊加,再把走道東、西兩側(cè)和頂層走道屋面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷算上即可。在計算機(jī)上計算的結(jié)果列于表2。表2 計算方法總負(fù)荷(w)發(fā)生時刻(時)客房單位面積負(fù)荷值(w/m2)第一種方法650055.11362.7第二種方法725581.5 70.0從理論上講第一種方法最正確,該樓的最大負(fù)荷發(fā)生在13時,由于13時并不是所有客房的
5、最大負(fù)荷,自然要比第二種方法計算的數(shù)值小,但是應(yīng)用第一種方法選取制冷設(shè)備的容量,空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)有良好的控制系統(tǒng),在不同時刻應(yīng)該能夠進(jìn)行能量的調(diào)劑,當(dāng)然這方面的要求很高。用第二種方法作為選取制冷設(shè)備的容量,保守一點,但易于保證客房效果。從單位面積負(fù)荷值看,表2的數(shù)值比表1數(shù)值(除2號客戶)都要小,這是由于表2在計算總建筑面積時包括了走道的面積,整體建筑的走道面積為1408m2,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷量在計算機(jī)上顯示只有43454.9W,走道的單位面積負(fù)荷值不足31W/m2的緣故引起。但是在審核圖紙時常看到這樣的情況,同樣面積和條件的空調(diào)房間的末端設(shè)備,不論朝向和圍護(hù)結(jié)構(gòu)如何,皆選用同一型號的末端設(shè)備,這個
6、原因多數(shù)是由于用估算來進(jìn)行負(fù)荷計算的結(jié)果。目前估算的方法有兩種方式:一種是出版的各種書籍的推薦數(shù)據(jù),對于客房一般的范圍是80-110W/m2,與上述實例計算的表1相比較,可見對大部分客房適用,但對部分客房就不能滿足,倘若對整體建筑的主機(jī)估算,按80W/m2計其主機(jī)容量要大出約14%,按110W/m2計主機(jī)容量要大出約57%;一種是各設(shè)計單位自行的作法,如將空調(diào)房間按150kcal/m2(174W/m2)估算,而整體建筑按其70%即109kcal/m2(122W/m2)估算,則整體建筑的制冷量將是122×1036.8×10=1264896W。估算的本身帶有很大的近似性,它與具
7、體的建筑物的開間、進(jìn)深、人數(shù)以及用電量等因素有關(guān),既要滿足設(shè)計條件的要求,又要達(dá)到能量合理的應(yīng)用。根據(jù)長期設(shè)計的體會,作好負(fù)荷計算是一項基礎(chǔ)性的工作,在50、60年代作設(shè)計沒有負(fù)荷計算書是難以通過的,有了計算的基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行修正或完善能做到心里有數(shù),拿上述實例來說,表1的計算是不可缺少的,至于選取制冷設(shè)備的總?cè)萘浚粢员?的第二種方法計算取值,還應(yīng)考慮到空調(diào)系統(tǒng)損耗的附加值(5%)和制冷機(jī)銘牌的附加值(10%-15%),后者是考慮到制冷機(jī)的銘牌制冷量是在特定條件下試驗的數(shù)據(jù)以及長期使用后傳熱能力的衰減。將附加值計算在內(nèi)的整體建筑單位面積負(fù)荷值應(yīng)為70×1.05×1.
8、15=84.5W/m2,選取制冷機(jī)的總?cè)萘繎?yīng)為84.5×1036.8×10=876096W,發(fā)生時刻在13點,這要比估算的數(shù)值1264896W少約1/3。對蘇州市已建成的大型建筑空調(diào)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn),安裝的制冷主機(jī)容量的應(yīng)用,多數(shù)在6070%之間,不少閑擱的主機(jī)只能起到備用作用,但這是設(shè)計規(guī)范中所不允許的。近年來出現(xiàn)了一些重要或較大工程的業(yè)主要求設(shè)計者提供負(fù)荷計算資料,這是應(yīng)該贊許和支持的。2、空調(diào)工程第二個實例用估算代替負(fù)荷計算偏于保守是常見的現(xiàn)象,但對一些特殊造型的建筑就很難說,圖2是蘇州市某單位的外資審批中心,建筑面積約為210m2,外形為六角形,圍護(hù)結(jié)構(gòu)全是深
9、褐色的玻璃窗,層高約5m,內(nèi)掛淺色窗簾,周圍雖然有花卉草坪綠化,但起不到外遮陽作用。這是一個辦公所在地,室內(nèi)人數(shù)30人,新風(fēng)按30m3/人時計,照明與辦公設(shè)備平均用電約4200W,室內(nèi)設(shè)計要求干球溫度22相對濕度55-60%。設(shè)計者對這樣的建筑進(jìn)行估算就感到困難,查推薦資料辦公室最大值為140W/m2,由于室內(nèi)溫度要求較低,又全是玻璃窗作圍護(hù)結(jié)構(gòu),設(shè)計者想的第一個辦法,將140W/m2作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷,額外加上人員、新風(fēng)、用電負(fù)荷。后三項,人體為30×133=3990W,新風(fēng)為30×30×10=9000W,總計為3990+9000+4200=17190W,合單位
10、面積負(fù)荷值17190/210=81.9W/m2。此值與140W/m2相加得221.9W/m2。但估算者仍感到不足。最后以300W/m2作為取值,計算出該空調(diào)工程建筑的冷負(fù)荷為300×210=63000W。圖2 平面圖(1:200)建筑面積 210m2對于這樣一座特殊外形的建筑,用估算的方法是難以得到正確的答案,用動態(tài)傳熱的方法在計算機(jī)上計算,屋頂取第三類結(jié)構(gòu),傳熱系數(shù)為1.19W/m2,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷應(yīng)為56242.2W,再加上人員、新風(fēng)、用電負(fù)荷17190W,其總的冷負(fù)荷為73432.2W,發(fā)生時刻在14時,比估算的數(shù)值要大10432.2W,顯然估算小了。3、關(guān)于空調(diào)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)
11、荷的計算空調(diào)工程建筑物的冷負(fù)荷計算包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷以及人體負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、用電負(fù)荷等等,新風(fēng)負(fù)荷即為瞬時冷負(fù)荷,而人體負(fù)荷和用電負(fù)荷應(yīng)先求出得熱而后轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷,從得熱轉(zhuǎn)化為負(fù)荷主要是針對輻射得熱,對于對流換熱即可看成瞬時冷負(fù)荷。由于人體的表面溫度較低,民用建筑的照明,辦公設(shè)備等用電量不大,若將其得熱近似地作為冷負(fù)荷,影響并不大,即可免除了得熱轉(zhuǎn)化為負(fù)荷的繁瑣過程。只有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)負(fù)荷計算不能忽視,它占總負(fù)荷的比重較大,民用建筑在2/3左右。要解決這個問題應(yīng)該借助于計算機(jī),雖然計算過程比較繁瑣,但可以先就本地區(qū)下手,例如蘇州地區(qū)墻體基本上是24墻加兩面抹面,屋面的作法傳熱系數(shù)基本上控制在1.
12、20W/m2左右,皆屬于動態(tài)傳熱計算中的三類墻體。窗絕大多數(shù)是單層玻璃金屬窗。簡化了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型工作量就減少了許多,但這只適用于蘇州地區(qū)應(yīng)用,地方設(shè)計院多數(shù)也是為本地區(qū)服務(wù)的。空調(diào)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)負(fù)荷計算的內(nèi)容大體如下:· 對于墻體(包括屋面) 計算日逐時的空氣溫度計算日不同朝向逐時的綜合溫度計算或引進(jìn)日逐時墻體的周期性加權(quán)系數(shù)計算日不同朝向逐時墻體的冷負(fù)荷計算溫度計算日不同朝向逐時的冷負(fù)荷Qwall。· 對于外窗 計算日逐時空氣溫度向室內(nèi)的傳熱qc查出日不同朝向逐時透過玻璃窗的太陽輻射強(qiáng)度計算或引進(jìn)日逐時外窗的周期性加權(quán)系數(shù)計算日逐時透過玻璃窗太陽輻射熱形成的冷負(fù)荷qd
13、和qf計算日逐時通過外窗進(jìn)入室內(nèi)的冷負(fù)荷Qwindow=qc+qd+qf。· 對于內(nèi)墻、樓板 計算日逐時空氣溫度加上附加值(負(fù)值或正值)向空調(diào)間的傳熱量Qin-wall。由于當(dāng)前的民用建筑皆為整體空調(diào)設(shè)計,內(nèi)墻和樓板負(fù)荷可以忽略,或者按簡單傳熱計算。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日逐時負(fù)荷應(yīng)為Q(0:23)=Qwall(0:23)+Qwindow(0:23)+Qin-wall然后再找出最大負(fù)荷及其發(fā)生時刻。將以上內(nèi)容在計算機(jī)上編成程序,其程序(蘇州地區(qū))如圖3所示??驁D中的符號分別為數(shù)據(jù)處理框和特殊處理框,每一個框內(nèi)都要用上選擇和循環(huán)等語句進(jìn)行計算。4、空調(diào)工程負(fù)荷計算簡單小結(jié)用估算來進(jìn)行負(fù)荷計算只是一個時期的一個過程,最后還是要走向正規(guī)化,有的工程人員一直堅持做負(fù)荷計算而不采用估算的方法是應(yīng)該支持的。現(xiàn)在電腦應(yīng)用達(dá)到十分廣泛的程度,費一些時間對本地區(qū)的氣象條件
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