重提“關(guān)于負(fù)荷計(jì)算問(wèn)題”(1)

1、重提“關(guān)于負(fù)荷計(jì)算問(wèn)題”(1)    摘要：負(fù)荷計(jì)算是空調(diào)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定設(shè)備容量的選用，管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模以及工程總造價(jià)等，這是技術(shù)人員熟知的事實(shí)。但是近幾年來(lái)用估算的方法替代了空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算，給制定方案、工程審核造成一定的困難。本文通過(guò)實(shí)例，重提“關(guān)于負(fù)荷計(jì)算問(wèn)題”，借此引起設(shè)計(jì)者進(jìn)一步的重視。 關(guān)鍵詞：瞬變傳熱 估算 計(jì)算程序 負(fù)荷計(jì)算 七十年代末空調(diào)工程負(fù)荷用瞬變傳熱計(jì)算代替了穩(wěn)定傳熱計(jì)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(shū)籍，如空氣調(diào)節(jié)工程、空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)、暖通空調(diào)常用數(shù)據(jù)手冊(cè)、高層建筑空調(diào)與節(jié)能等皆引用了動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算。動(dòng)

2、態(tài)負(fù)荷在圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面的計(jì)算顯得比較繁瑣，即便是各種手冊(cè)采用了一些簡(jiǎn)化手段，計(jì)算工作量也較大。計(jì)算軟件的產(chǎn)生似乎解決了這一問(wèn)題，但是應(yīng)用上也不普遍，只有估算最簡(jiǎn)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(jiān)實(shí)，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、第一個(gè)實(shí)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(jiǎn)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6m22。客房要求設(shè)計(jì)干球溫度25，2人間，新鮮空氣量為30m3/人時(shí)，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(jì)算，

3、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?。從圖1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(hào)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(duì)于頂層多了一個(gè)屋面，編號(hào)為1-頂6-頂。?應(yīng)用動(dòng)態(tài)傳熱計(jì)算，其最大冷負(fù)荷與發(fā)生時(shí)刻列于表1。表1    客房編號(hào)冷負(fù)荷(w)發(fā)生時(shí)刻(時(shí))客房單位面積負(fù)荷值(w/m2)1132143134175136141-頂142-頂163-頂164-頂175-頂146-頂16從計(jì)算結(jié)果可以看出動(dòng)態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)，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(shí)刻不同。這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)

4、計(jì)算是用加權(quán)或卷積的數(shù)學(xué)形式計(jì)算，計(jì)算任一時(shí)刻的傳熱必須包括其它時(shí)刻在該時(shí)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(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(jì)）看成是一個(gè)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(jì)算；二是把表1計(jì)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(jì)算機(jī)上計(jì)算的結(jié)果列于表2。表2    計(jì)算方法總負(fù)荷(w)發(fā)生時(shí)刻(時(shí))客房單位面積負(fù)荷值(w/m2)第一種方法1

5、3第二種方法    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(shí)，由于13時(shí)并不是所有客房的最大負(fù)荷，自然要比第二種方法計(jì)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(shí)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(diǎn)，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(hào)客戶）都要小，這是由于表2在計(jì)算總建筑面積時(shí)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(jì)算機(jī)上顯示只有43454.9w，走道的單位面積負(fù)荷值不足31w

6、/m2的緣故引起。?但是在審核圖紙時(shí)?？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(hù)結(jié)構(gòu)如何，皆選用同一型號(hào)的末端設(shè)備，這個(gè)原因多數(shù)是由于用估算來(lái)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)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(shū)籍的推薦數(shù)據(jù)，對(duì)于客房一般的范圍是80-110w/m 2，與上述實(shí)例計(jì)算的表1相比較，可見(jiàn)對(duì)大部分客房適用，但對(duì)部分客房就不能滿足，倘若對(duì)整體建筑的主機(jī)估算，按80w/m2計(jì)其主機(jī)容量要大出約14%，按110w/m2計(jì)主機(jī)容量要大出約57%；一種是各設(shè)計(jì)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

7、(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，它與具體的建筑物的開(kāi)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(jì)條件的要求，又要達(dá)到能量合理的應(yīng)用。根據(jù)長(zhǎng)期設(shè)計(jì)的體會(huì)，作好負(fù)荷計(jì)算是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，在50、60年代作設(shè)計(jì)沒(méi)有負(fù)荷計(jì)算書(shū)是難以通過(guò)的，有了計(jì)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(shí)例來(lái)說(shuō)，表1的計(jì)算是不可缺少的，至于選取制冷設(shè)備的總?cè)萘?，若以?的第二種方法計(jì)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

8、銘牌制冷量是在特定條件下試驗(yàn)的數(shù)據(jù)以及長(zhǎng)期使用后傳熱能力的衰減。將附加值計(jì)算在內(nèi)的整體建筑單位面積負(fù)荷值應(yīng)為70×1.05×1.15=84.5w/m?2，選取制冷機(jī)的總?cè)萘繎?yīng)為84.5×1036.8×10=876096w，發(fā)生時(shí)刻在13點(diǎn)，這要比估算的數(shù)值1264896w少約1/3。對(duì)蘇州市已建成的大型建筑空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)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(jì)規(guī)范中所不允許的。近年來(lái)出現(xiàn)了一些重要或較大工程的業(yè)主要求設(shè)計(jì)者提供負(fù)荷計(jì)算資料，這是應(yīng)該贊許和支持的。?2、第二個(gè)實(shí)例用估算代替負(fù)荷

9、計(jì)算偏于保守是常見(jiàn)的現(xiàn)象，但對(duì)一些特殊造型的建筑就很難說(shuō)，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(yáng)作用。這是一個(gè)辦公所在地，室內(nèi)人數(shù)30人，新風(fēng)按30m3/人時(shí)計(jì)，照明與辦公設(shè)備平均用電約4200w，室內(nèi)設(shè)計(jì)要求干球溫度22相對(duì)濕度55-60%。設(shè)計(jì)者對(duì)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(jì)者想的第一個(gè)辦法，將140w/m22。此值與140w/m22。但估算者仍感到不足。最后以300w/m2

10、作為取值，計(jì)算出該建筑的冷負(fù)荷為300×210=63000w。圖2 平面圖(1：200)?建筑面積 210m22，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(shí)刻在14時(shí)，比估算的數(shù)值要大10432.2w，顯然估算小了。?3、關(guān)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷的計(jì)算?建筑物的冷負(fù)荷計(jì)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(shí)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(duì)輻射得熱，對(duì)于對(duì)流換熱即可看成瞬時(shí)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

11、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(guò)程。只有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)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(gè)問(wèn)題應(yīng)該借助于計(jì)算機(jī)，雖然計(jì)算過(guò)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?2左右，皆屬于動(dòng)態(tài)傳熱計(jì)算中的三類墻體。窗絕大多數(shù)是單層玻璃金屬窗。簡(jiǎn)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(jì)院多數(shù)也是為本地區(qū)服務(wù)的。圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容大體如下：?· 對(duì)于墻體（包括屋面）? 計(jì)算日逐時(shí)的空氣溫度計(jì)算日不同朝

12、向逐時(shí)的綜合溫度計(jì)算或引進(jìn)日逐時(shí)墻體的周期性加權(quán)系數(shù)計(jì)算日不同朝向逐時(shí)墻體的冷負(fù)荷計(jì)算溫度計(jì)算日不同朝向逐時(shí)的冷負(fù)荷qwall。?· 對(duì)于外窗? 計(jì)算日逐時(shí)空氣溫度向室內(nèi)的傳熱qc查出日不同朝向逐時(shí)透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算或引進(jìn)日逐時(shí)外窗的周期性加權(quán)系數(shù)計(jì)算日逐時(shí)透過(guò)玻璃窗太陽(yáng)輻射熱形成的冷負(fù)荷qd和qf計(jì)算日逐時(shí)通過(guò)外窗進(jìn)入室內(nèi)的冷負(fù)荷qwindow=qc qd qf。?· 對(duì)于內(nèi)墻、樓板? 計(jì)算日逐時(shí)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(jì)，內(nèi)墻和樓板負(fù)荷可以忽略，或者按簡(jiǎn)單傳熱計(jì)算。?圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日逐時(shí)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(shí)刻。?將以上內(nèi)容在計(jì)算機(jī)上編成程序，其程序（蘇州地區(qū)）如圖3所示。框圖中的符號(hào)分別為數(shù)據(jù)處理框和特殊處理框，每一個(gè)框內(nèi)都要用上選擇和循環(huán)等語(yǔ)句進(jìn)行計(jì)算。?4、簡(jiǎn)單小結(jié)?用估算來(lái)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算只是一個(gè)時(shí)期的一個(gè)過(guò)程，最后還是要走向正規(guī)化，有的工程人員一直堅(jiān)持做負(fù)荷計(jì)算而不采用估算的方法是應(yīng)該支持的?，F(xiàn)在電腦應(yīng)用達(dá)到十分廣泛的程度，費(fèi)一些時(shí)間對(duì)本地區(qū)的氣象條件和計(jì)算手段編成