佛山市某商业广场空调负荷计算.doc

佛山市某商业广场空调负荷计算
热负荷、冷负荷和湿负荷是空调的主要的负荷衡量标准，空调的主要作用是维持特定的空间在一定的时间段内是恒温和恒湿的。冷负荷是指在一定的时间内向特定空间内注入的冷量；热负荷是指在一定时间内向特定的空间内注入的热量；湿负荷是指维持特定空间内的相对湿度而向房间内注入或者排出的湿量。
2.1空调冷负荷计算的方法
在空调工程的设计中，当前常用的冷负荷计算方法有两种：负荷温差法（又名谐波反应法）和冷负荷系数法。
符合温差法中，有两个过程可以形成冷负荷：
（1） 由于外部影响而形成室内从外界得到热量，其中，室外综合温度是外部影响的表现形式，内扰量是室内得到热量。在这一过程中，需要考虑外部影响的围护结构作用和外部影响的周期性，围护机构的作用即为外部影响的延迟性和衰减性。
（2） 内扰量向冷负荷的转变。在该过程当中，热扰量包括两部分：辐射和对流。前者需要考虑特定空间的储热作用，如围护结构等的作用后才转向瞬时的冷负荷，后者是直接向冷负荷转变。该两部分的叠加，就是计算时刻的逐渐转变冷负荷。
冷负荷系数法是为了更加方便的在空调工程中进行负荷计算而在计算的传递函数的基础上建立起来的，其是一种负荷的简化计算方法。各个时刻的分项冷负荷是在冷负荷系数和冷负荷温度的基础之上，直接的根据各种扰量值进行求得的。
在本论文的工程中，在进行复核计算时使用的是负荷系数法，采用鸿业暖通负荷计算软件。
在空调房间中，房间的围护结构、家具等都具有储存热量的功能，由于该功能的存在，其围护结构和家具对外部热量的影响有衰减性和延迟性，很多种热量会在经过空调房间的储热作用下，形成瞬时冷负荷。这种热量包括如下：
①通过外窗的阳光照射得到的热量；
②通过围护结构向室内传入的热量；
③渗透到室内的空气中所携带的热量；
④从外界流入室内的风中携带的热量；
⑤太阳辐射光的辐射热量，透过天窗和墙外窗进入空调房间；
⑥空调房间内的各种电器等产热设备的散热量；
⑦空调房间内的人体的热交换；
⑧照明工具的散热量；
⑨空调房间内的食品或者热物料的散热量。
此外，湿负荷是需要从空调房间内排出去的湿量，从而维持空调房间的湿平衡，亦即食物、地面积水、人体散湿、敞开的水槽或者槽表面散湿等空调房间内的湿源向空调房间内部的散湿量。综上所述，湿负荷主要有以下几点：
①外界渗透到空调房间内的空气所携带的湿量（如果空调房间内的压力大于外界压力，则不需要考虑此项）；
②空调房间内活动的人体所散发的湿量；
③空调房间内的设备或者器具的散湿量；
④空调房间内部的含水量交大的物体表面或者是液体表面的散湿量；
⑤空调房间内的物料和食物的散湿量。
在本论文中所研究的商业广场的空调工程中，所有的空调房间的压力都为正的，从外界通过窗体或者门等部位渗透到空调房间内的空气量较小，可以忽略不计，而且空调房间内没有敞开的液体表面，因此，在本论文的空调工程的设计中，只需要考虑空调房间内人体的散湿量即可。
2.2空调热负荷计算方法
根据《采暖通风与空气调节规范》中的GB50019-2003的相关规定可知，根据建筑物获得的和向外界散失的热量来确定采暖工程中的热负荷量。在冬季，众所周知，商场空间内的压力为微正压状态，所以，在本论文的空调工程的设计中，空调热负荷主要的包括灯光、人员、食物和设备的散热量和围护结构的耗热量。
在实际的空调工程中，围护结构的基本耗热量都是按照一维的稳定传热过程计算的。一维稳定的传热过程是在假设的状态下，在计算热负荷时，室外、室内的空气的温度和其他的传热过程计算中所涉及的参数都不随着时间的变化而变动。
2.3商业广场项目原始资料
2.3.1 建筑物基本概况及系统布置
本商业广场工程位于佛山市, 是一栋综合式建筑，集公寓、酒店、商场、餐饮、娱乐、休闲于一体, 总建筑面积：50000㎡。空调面积为23527㎡。根据业主要求，分成四个空调系统.包括：
A区A段2-8层，做冷暖空调、新排风,一个系统；
A区A段地下室、一层、二层商体做夏季空调、新排风,一个系统；
A区B段地下室超市做夏季空调、新排风,一个系统；
A区B段三层大型餐饮做夏季空调、新排风,一个系统。
各空调配置设计参数如下：
1.A区A段2-8层建筑面积为16780m，区域空调面积为8390m，做冷暖空调、新排风; 冷负荷为1793Kw，总冷负荷指标为213w/m，制冷主机采用风冷热泵螺杆机组。根据甲方相关技术要求和冷负荷的特点，制冷装机容量选为3台装机容量为600KW的风冷热泵螺杆机组。
2.A段商体建筑面积为15000mm，区域空调面积为7500m，做夏季空调、新排风,冷负荷为1900Kw，总冷负荷指标为253w/m，根据甲方相关技术要求和冷负荷的特点，制冷主机采用水冷螺杆机组。制冷装机容量选为1台720KW和一台1180的的水冷螺杆机组。
3、A区B段地下室超市建筑面积为19524m，区域空调面积为5127m，做夏季空调、新排风,冷负荷为1615Kw，总冷负荷指标为315w/m，根据甲方相关技术要求和冷负荷的特点，制冷主机采用水冷螺杆机组。制冷装机容量选为1台540KW和一台1075KW的的水冷螺杆机组。;
4、A区B段三层大型餐饮建筑面积为7699m，区域空调面积为2510m，冷负荷为800Kw，总冷负荷指标为319w/m，根据甲方相关技术要求和冷负荷的特点，制冷主机采用一体化智能机。制冷装机容量选为2台400KW。
2.3.2 设计范围
本空调工程的设计范围为佛山某商业广场的防排烟、空调和日常的通风设计。设计的空间为整个商场的所有商业、办公和休闲空间。
2.3.3 设计依据
（1）依据设计方的建筑总平面图、资料和商场建筑方的要求；
（2）我国现行的防火设计规范和暖通空调的设计规范和相关章程；
（3）建筑物室外的气象参数和建筑物的围护的性能。
1）室外气象参数
表 2.1 室外气象参数
参数
数值
北纬
22058’
东经
11246’
海拔
591m
大气压力
冬季
1019.9hPa
夏季
999.4hPa
室外计算干球温度
冬季空调
-3℃
冬季通风
5℃
夏季空调
35.8℃
夏季空调日平均
32℃
夏季通风
33℃
夏季室外计算湿球温度
27.7℃
最冷月室外计算相对湿度
81%
最热月室外计算相对湿度
75%
最多风向及频率
冬季
西北风 31%
夏季
南风 14%
平均风速
冬季
2.8m/s
夏季
2.6m/s

2）建筑物的围护结构的隔热性能：
平均外墙传热系数：：K=1.0 W/(㎡·K)
平均屋顶传热系数：K=0.7 W/㎡·K)
平均外窗传热系数：K=2.30 W/(㎡·K)
3）室内设计参数
表 2.2 室内设计参数
房间名称
夏季
冬季
新风标准(m3/h)
排风（次/h）
噪声标准NR（dB）
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
商场
25
60
18
55
25
3
45
公寓
24
65
20
65
50
-
45
酒店
27
65
18
60
20
-
45
办公
25
60
20
60
50
-
40
餐厅
26
65
20
60
30
-
45
儿童乐园
26
60
22
55
30
-
45
休闲
25
65
20
55
35
-
40

2.4 商业广场空调负荷计算
2.4.1商业广场冷负荷计算
在空调工程中，合理选用空调相关设备和空调设计的依据是冷负荷计算。本设计中，在计算空调的冷负荷时选用了冷负荷系数的逐时计算法。一下以一层的某房间的冷负荷计算为例进行分析。
（1）外墙的冷负荷计算
根据《暖通空调》的附录可以查到II 型外墙的冷负荷计算时的逐时值，以之可以计算出墙体的逐时冷负荷值，计算值如表2.3-2.6所示。

表 2.3 西外墙冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
37.3
36.8
36.3
35.9
35.5
35.2
34.9
34.8
34.8
34.9
35.5
Δtd

0.9

kα

1

kρ

0.94

t’c(τ)
35.91
35.44
34.97
34.59
34.22
33.93
33.65
33.56
33.56
33.65
34.22
tR

26

K

1.0

A

149.16

Q’c(τ)
1330.1
1267.0
1203.9
1153.4
1102.9
1065.1
1027.2
1014.6
1014.6
1027.2
1102.9

表 2.5 北外墙冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
32.1
31.8
31
31.4
31.3
31.2
31.2
31.3
31.4
31.6
31.8
Δtd

1.8

kα

1

kρ

0.94

t’c(τ)
31.87
31.58
30.83
31.21
31.11
31.02
31.02
31.11
31.21
31.40
31.58
tR

26

K

1.0

A

186.6

Q’c(τ)
985.1
937.8
811.5
874.6
858.8
843.1
843.1
858.8
874.6
906.2
937.8

表 2.5 东外墙冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
35.5
35.2
35.0
35.0
35.2
35.6
36.1
36.6
37.1
37.5
37.9
Δtd

0.9

kα

1

kρ

0.94

t’c(τ)
34.22
33.93
33..75
33.75
33.93
34.31
34.78
35.25
35.72
36.10
36.47
tR

26

K

1.0

A

153.16

Q’c(τ)
1132.5
1093.7
1067.7
1067.7
1093.7
1145.5
1210.3
1275.1
1339.8
1391.7
1443.5

表 2.6 南外墙冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
34.2
33.9
33.5
33.2
32.9
32.8
32.9
33.1
33.4
33.9
34.4
Δtd

0.5

kα

1

kρ

0.94

t’c(τ)
32.62
32.34
31.96
31.68
31.40
31.30
31.40
31.58
31.87
32.34
32.81
tR

26

K

1.0

A

216.35

Q’c(τ)
1288.6
1233.7
1160.5
1105.6
1050.7
1032.4
1050.7
1087.3
1142.2
1233.7
1325.2

（2）外窗瞬时传热冷负荷
根据设计中的原始的资料可知Kw=2.3 W/(m².k)。对于金属的双框窗体采用的修正系数是1.0。根据《暖通空调》中的附录的相关资料查得玻璃窗的冷负荷的计算温度tc(τ)，通过计算可得窗体的瞬时传热冷负荷为下表2.7和2.8。

表 2.7 南外窗瞬时传热冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
27.9
29.0
29.9
30.8
31.5
31.9
32.2
32.2
32.0
31.6
30.8
Δtd

2

tR

26

Kw

2.3

Aw

19.2

Q’c(τ)
29.20
374.4
441.8
509.2
561.6
591.6
614.0
614.0
599.0
569.1
509.2

表 2.8 南外窗瞬时传热冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
tc(τ)
27.9
28.0
29.9
30.8
31.5
31.9
32.2
32.2
32.0
31.6
30.8
Δtd

2

tR

26

Kw

2.3

Aw

8.4

Q’c(τ)
127.76
163.8
193.28
222.77
245.7
258.8
268.63
268.63
262.08
248.98
222.77

（3）南外窗的阳光照射得到的热量引起的冷负荷
根据《暖通空调》附录中的相关资料可知双层钢窗的有效地面积系数为，从而根据有效面积的计算公式：

根据《暖通空调》附录中的相关资料可知设计中的遮挡系数，遮阳系数，根据综合遮阳系数计算公式：

计算可得设计中的综合遮阳系数为0.516。
根据《暖通空调》附录中的相关资料可知佛山南向的阳光照射的得热因数的最大值Dj,max。由于佛山地区的维度为22058’，属于南区，因此可以查得南区的遮阳玻璃窗体的冷负荷系数逐时值CLQ，南外窗透入日射得热引起的冷负荷如表2.9和2.10所示。

表 2.9 南外窗透入日射得热引起的冷负荷

时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
CLQ
0.17
0.18
0.19
0.20
0.34
0.56
0.72
0.83
0.77
0.53
0.11
Dj,max

99

Cc,s

0.526

Aw

14.4

Q’c(τ)
756.6
801.1
845.7
890.2
1513.3
2492.5
3204.6
3694.2
3247.1
2358.9
489.6

表 2.10 南外窗透入日射得热引起的冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
CLQ
0.40
0.58
0.72
0.84
0.80
0.62
0.45
0.32
0.24
0.16
0.10
Dj,max

302

Cc,s

0.516

Aw

6.3

Q’c(τ)
392.7
569.4
706.9
824.7
785.4
608.7
441.8
314.2
235.6
157.1
98.2

（4）人员散热引起的负荷
根据本商业广场的性质可知，本商场为轻度劳动，当商场的室温为26℃时，每人散发58W的显热量和12W的潜热量，查阅相关资料可知，商场的群集系数为ψ=0.93，根据《暖通空调》附录中的相关资料可知人员的散热的冷负荷系数的逐时值，通过计算可得人体显热散热的逐时冷负荷，计算的结果如表2.11所示。
表 2.11 人员散热引起的负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
CLQ
0.55
0.64
0.70
0.85
0.79
0.81
0.84
0.86
0.88
0.89
0.91
qs

58

n

361

φ

0.89

Q’c(τ)
10249.2
11926.3
13044.4
13976.1
14721.5
15094.2
15653.2
16025.9
16398.6
16585.0
16957.7
ql

123

Q’c
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
39518.7
合计
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9
49767.9

（5）照明散热引起的冷负荷
由于商场内的照明采用的是明光的荧光灯，镇流器是在办公室内装设的，所以，镇流器的功耗为1.2，荧光灯灯罩的隔热系数为0.8
根据《暖通空调》附录中的相关资料可知，各个时刻的照明引起的散热冷负荷系数，并根据其计算的照明散热冷负荷为表2.12所示。

表 2.12 照明散热形成的冷负荷
时间
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
CLQ
0.60
0.87
0.90
0.91
0.91
0.93
0.93
0.94
0.94
0.95
0.95
n1

1.2

n2

0.8

N

57746

Q’c(τ)
33261.7
48226.5
49892.5
504469
50446.9
51555.6
51555.6
52110.0
52110.0
62664.4
52664.4

正如前面提到的，在该工程中，由于室内压力比大气压力大，因此，在计算时可以忽略室外空气的渗透的影响。将以上计算的各分项的结果填入下表，并逐时相加，即可求得一层的冷负荷值，由此方法也可以求得其他楼层的冷负荷值。1-8层的冷负荷汇总表如表2.13所示。

表 2.13 冷负荷汇总表
楼层
冷负荷（含新风）（W）
湿负荷（含新风）（W）
维护结构负荷（W）
灯光负荷（W）
设备负荷（W）
人体负荷（W）
一层
1864334.3
751.9
216877.7
550000
110000
316800
二层
1617120.5
722.7
923774.9
530050
106010
228982
三层
1616557.5
722.7
91814.8
530050
106010
228982
四层
1617120.5
722.7
92377.9
530050
106010
228982
五层
1616557.5
722.7
91814.8
530050
106010
228982
六层
1616557.5
722.7
91814.8
530050
106010
228982
七层
2089540.3
1310.4
155908.7
198300
66100
399772
八层
1076078.8
714.6
30742.9
152420
60968
175588
合计
13113866
6390.2
863729.67
3550970
767118
2037068

2.4.2 广场冬季热负荷的计算
在本设计中，以一层的某房间为例进行热负荷的计算，计算的热负荷如表2.14所示。

表 2.14 一层某房间热负荷
围护结构名称
西外墙
北外墙
东外墙
南外墙
西外窗
南外窗
楼板
面积㎡

137.98
188.52
153.16
216.35
19.2
8.4
1143.65
室内计算温度℃

18

室外计算温度℃

-8

室内计算温差（℃）

26

传热系数 W/(㎡·℃)
0.9
0.9
0.9
0.9
3.9
3.9
2.0
温差修正系数
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.4
基本耗热量(W)
3228.7
4411.4
3583.8
5062.6
449.3
196.6
33781.4
朝向修正率（%）
-5
0
-5
-20
-5
-20
0
风力附加（%

0

修正值
0.95
1
0.95
0.8
0.95
0.8
1
修正后的热量(W)
3067.3
3902.4
3404.6
4050.1
426.8
157.3
33781.4
高度附加（%）

0

房间热负荷 (w)

48789.8

利用相同的计算方法可以得到该楼层的其他房间的热负荷值，同理，整个商业广场的各个房间的热负荷也可以由此方法得到，计算结果如表2.15所示。

表 2.15 热负荷汇总表
楼层
总热负荷（含新风）（W）
新风热负荷（W）
新风量（）
一层
427093.76
1334432.04
110000
二层
73295.76
871434.45
66256.25
三层
71776
871434.45
66256.25
四层
73295.76
871434.45
66256.25
五层
71776
871434.45
66256.25
六层
71776
871434.45
66256.25
七层
1282323.79
1919890.51
138809.82
八层
376113.65
760632
60967.9
合计
2447450.72
8372126.8
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