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暖通空调围护结构动态负荷计算方法

七十年代末空调工程负荷用瞬变传热计算代替了稳定传热计算，并且区分了得热和负荷的概念。八十年代出版的所有空调书籍，如空气调节工程、空气调节设计手册、暖通空调常用数据手册、高层建筑空调与节能等皆引用了动态负荷计算。动态负荷在围护结构方面的计算显得比较繁琐，即便是各种手册采用了一些简化手段，计算工作量也较大。计算软件的产生似乎解决了这一问题，但是应用上也不普遍，只有估算最简便，捷径行路，人之通性，慢慢地被它取而代之了。但是估算的根基并不坚实，偏于保守是不可避免的，总是顾虑怕估算的小了，这也是可以理解的。1空调工程第一个实例图1是位于苏州地区旅馆建筑客房的标准层平面简图，层高3米，共十层，24墙两面抹灰，客房为单层塑钢玻璃窗，面积6m2，挂浅色窗帘，屋顶的传热系数为1.19W/m2℃。客房要求设计干球温度25℃，2人间，新鲜空气量为30m3/人时，室内平均用电量150W。走道与楼梯间、电梯间等公用部分，送冷风保持27℃，客房与走道的温差为2～3℃，可以忽略传热计算，因而客房的围护结构负荷只有外墙、外窗、屋顶等部分。从图1可看出，客房的围护结构的大小和朝向共有6种型式，并编号如下：1.南向，2.北向，3.西南向，4.西北向，5.东南向，6.东北向。对于顶层多了一个屋面，编号为1-顶～6-顶。应用动态传热计算，其最大冷负荷与发生时刻列于表1。表1从计算结果可以看出动态计算的特点，西南向、西北向或者东南向、东北向的负荷差值不大，但发生时刻不同。这是因为动态计算是用加权或卷积的数学形式计算，计算任一时刻的传热必须包括其它时刻在该时刻的影响量，卷积而成。表1的数据是客房选择末端设备的根据，客房2和客房5-顶负荷相差1616.6W，理所当然地要选取不同容量的末端设备才合理。关于空调工程选取制冷设备的容量，有两种方法：一是把整体客房建筑（底层是裙房不计）看成是一个孤立整体，用总的围护结构、总的客人数和总的用电量等计算；二是把表1计算值逐层进行叠加，再把走道东、西两侧和顶层走道屋面的围护结构的负荷算上即可。在计算机上计算的结果列于表2。表2从理论上讲第一种方法最正确，该楼的最大负荷发生在13时，由于13时并不是所有客房的最大负荷，自然要比第二种方法计算的数值小，但是应用第一种方法选取制冷设备的容量，空调系统应有良好的控制系统，在不同时刻应该能够进行能量的调剂，当然这方面的要求很高。用第二种方法作为选取制冷设备的容量，保守一点，但易于保证客房效果。从单位面积负荷值看，表2的数值比表1数值（除2号客户）都要小，这是由于表2在计算总建筑面积时包括了走道的面积，整体建筑的走道面积为1408m2，其围护结构的负荷量在计算机上显示只有43454.9W，走道的单位面积负荷值不足31W/m2的缘故引起。但是在审核图纸时常看到这样的情况，同样面积和条件的空调房间的末端设备，不论朝向和围护结构如何，皆选用同一型号的末端设备，这个原因多数是由于用估算来进行负荷计算的结果。目前估算的方法有两种方式：一种是出版的各种书籍的推荐数据，对于客房一般的范围是80-110W/m2，与上述实例计算的表1相比较，可见对大部分客房适用，但对部分客房就不能满足，倘若对整体建筑的主机估算，按80W/m2计其主机容量要大出约14%，按110W/m2计主机容量要大出约57%；一种是各设计单位自行的作法，如将空调房间按150kcal/m2（174W/m2）估算，而整体建筑按其70%即109kcal/m2(122W/m2)估算，则整体建筑的制冷量将是122×1036.8×10=1264896W。估算的本身带有很大的近似性，它与具体的建筑物的开间、进深、人数以及用电量等因素有关，既要满足设计条件的要求，又要达到能量合理的应用。根据长期设计的体会，作好负荷计算是一项基础性的工作，在50、60年代作设计没有负荷计算书是难以通过的，有了计算的基础，在此基础上再进行修正或完善能做到心里有数，拿上述实例来说，表1的计算是不可缺少的，至于选取制冷设备的总容量，若以表2的第二种方法计算取值，还应考虑到空调系统损耗的附加值（5%）和制冷机铭牌的附加值（10%-15%），后者是考虑到制冷机的铭牌制冷量是在特定条件下试验的数据以及长期使用后传热能力的衰减。将附加值计算在内的整体建筑单位面积负荷值应为70×1.05×1.15=84.5W/m2，选取制冷机的总容量应为84.5×1036.8×10=876096W，发生时刻在13点，这要比估算的数值1264896W少约1/3。对苏州市已建成的大型建筑空调系统运转情况的调查发现，安装的制冷主机容量的应用，多数在60～70%之间，不少闲搁的