空調(diào)負荷計算實例

空調(diào)負荷計算實例七十年代末空蚯程負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)負荷計算。動態(tài)負荷在圍護結(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)旅館建筑客房的標準層平面簡圖，層高3米，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，C。客房要求設(shè)計十球溫度25°C，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，送冷風保持27C，客房與走道的溫差為2?3C，可以忽略傳熱計算，因而客房的圍護結(jié)構(gòu)負荷只有外墻、外窗、屋頂?shù)炔糠?。從圖1可看出，客房的圍護結(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，其最大冷負荷與發(fā)生時刻列于表1。圖應(yīng)用動態(tài)傳熱計算，其最大冷負荷與發(fā)生時刻列于表1。圖L標準層簡押捉500建筑面劇■■拷蘭=1農(nóng)借皿*II冷<3) < (?)fl) fl)表1客房編號冷負荷(w)發(fā)生時刻(時)客房單位面積負荷值(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)是客房選擇末端設(shè)備的根據(jù)，客房2和客房5-頂負荷相差1616.6W，理所當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)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計算值逐層進行疊加，再把走道東、西兩側(cè)和頂層走道屋面的圍護結(jié)構(gòu)的負荷算上即可。在計算機上計算的結(jié)果列于表2。表2計算方法總負荷(w)發(fā)生時刻(時)客房單位面積負荷值(w/m2)第一種方法650055.11362.7第二種方法725581.570.0從理論上講第一種方法最正確，該樓的最大負荷發(fā)生在13時，由于13時并不是所有客房的最大負荷，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)該能夠進行能量的調(diào)劑，當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，其圍護結(jié)構(gòu)的負荷量在計算機上顯示只有43454.9W，走道的單位面積負荷值不足31W/m2的緣故引起。但是在審核圖紙時?？吹竭@樣的情況，同樣面積和條件的空調(diào)房間的末端設(shè)備，不論朝向和圍護結(jié)構(gòu)如何，皆選用同一型號的末端設(shè)備，這個原因多數(shù)是由于用估算來進行負荷計算的結(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估算，按80W/m2計其主機容量要大出約14%，按110W/m2計主機容量要大出約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122X1036.8X10=1264896W。估算的本身帶有很大的近似性，它與具體的建筑物的開間、進深、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，又要達到能量合理的應(yīng)用。根據(jù)長期設(shè)計的體會，作好負荷計算是一項基礎(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%）和制冷機銘牌的附加值（10%-15%），后者是考慮到制冷機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荷值應(yīng)為70X1.05X1.15=84.5W/m 2，選取制冷機的總?cè)萘繎?yīng)為84.5X1036.8X10=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)，安裝的制冷主機容量的應(yīng)用，多數(shù)在60?70%之間，不少閑擱的主機只能起到備用作用，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，圍護結(jié)構(gòu)全是深褐色的玻璃窗，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)計要求十球溫度22°C相對濕度55-60%。設(shè)計者對這樣的建筑進行估算就感到困難，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結(jié)構(gòu)，設(shè)計者想的第一個辦法，將140W/m2作為圍護結(jié)構(gòu)的負荷，額外加上人員、新風、用電負荷。后三項，人體為30X133=3990W，新風為30X30X10=9000W，總計為3990+9000+4200=17190W，合單位面積負荷值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)工程建筑的冷負荷為300X210=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上計算，屋頂取第三類結(jié)構(gòu)，傳熱系數(shù)為1.19W/m2，C,圍護結(jié)構(gòu)的負荷應(yīng)為56242.2W，再加上人員、新風、用電負荷17190W，其總的冷負荷為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)工程圍護結(jié)構(gòu)負荷的計算空調(diào)工程建筑物的冷負荷計算包括圍護結(jié)構(gòu)負荷以及人體負荷、新風負荷、用電負荷等等，新風負荷即為瞬時冷負荷，而人體負荷和用電負荷應(yīng)先求出得熱而后轉(zhuǎn)化為冷負荷，從得熱轉(zhuǎn)化為負荷主要是針對輻射得熱，對于對流換熱即可看成瞬時冷負荷。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荷，影響并不大，即可免除了得熱轉(zhuǎn)化為負荷的繁瑣過程。只有圍護結(jié)構(gòu)的動態(tài)負荷計算不能忽視，它占總負荷的比重較大，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，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1.20W/m 2C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?？照{(diào)工程圍護結(jié)構(gòu)動態(tài)負荷計算的內(nèi)容大體如下：對于墻體（包括屋面）計算日逐時的空氣溫度f計算日不同朝向逐時的綜合溫度f計算或引進日逐時墻體的周期性加權(quán)系數(shù)f計算日不同朝向逐時墻體的冷負荷計算溫度f計算日不同朝向逐時的冷負荷Qwall。?對于外窗計算日逐時空氣溫度向室內(nèi)的傳熱qcf查出日不同朝向逐時透過玻璃窗的太陽輻射強度f計算或引進日逐時外窗的周期性加權(quán)系數(shù)f計算日逐時透過玻璃窗太陽輻射熱形成的冷負荷qd和qff計算日逐時通過外窗進入室內(nèi)的冷負荷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（負值或正值）向空調(diào)間的傳熱量Qin-wall。由于當前的民用建筑皆為整體空調(diào)設(shè)計，內(nèi)墻和樓板負荷可以忽略，或者按簡單傳熱計算。圍護結(jié)構(gòu)的日逐時負荷應(yīng)為Q（0：23）=Qwall（0：23）+Qwindow（0：23）+Qin-wall然后再找出最大負荷及其發(fā)生時刻。將以上內(nèi)容在計算機上編成程序，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)等語句進行計算。4、空調(diào)工程負荷計算簡單小結(jié)用估算來進行負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)用達到十分廣