1、空調全年逐時動態負荷計算在實際運用中遇到的幾個問題的探討中國建筑設計研究院 徐征本文利用DeST軟件，參照曾經設計的一座辦公樓的標準層設計了一個模型，對在空調設計冷負荷的確定和制冷設備方案的選擇過程中遇到的問題做了探討。2K，遮陽系數為0.35；非透光部分，內側設有保溫，傳熱系數為K=0.5W/m2K。辦公建筑的夏季室內設計溫度為24，相對濕度55%；人員密度0.125人/，新風量50m3/h，照明負荷為20W/，計算機等辦公設備負荷為30W/。假定每年的5月1日到9月 30日為空調供冷季，每天的空調開啟時間為7:0020:00，總工作時間為2142h。附圖一附圖二假設這個模擬建筑位于北京，用

2、DeST軟件計算后，得到整個供冷季的每個區的、每層、和全樓的逐時空調冷負荷。不用質疑，每個朝向每個區出現最大冷負荷的時刻是不一致的。按照規范要求空調區的夏季冷負荷應按各項逐時冷負荷的綜合最大值確定。在不計算新風負荷的情況下，對計算結果排序，看到標準層的最大冷負荷出現在6月27日16時，為193.79KW。如果將標準層設為一個空調系統，就可以將193.79KW做為余熱，這一時刻的濕負荷做為余濕，按照北京夏季室外設計工況，計算出此層的空調設備的耗冷量；假設此建筑的每層的建筑功能、使用情況均相同，那么標準層的空調設備的耗冷量乘以層數就可以計算出全樓的耗冷量，據此可以選出冷水機組和水泵等設備。常識上北

3、京最大耗冷量出現的時間應該在7月，是軟件計算有誤嗎？DeST軟件的計算結果應該沒有錯誤，出現問題的原因是計算過程中忽略了一個很重要的因素：新風負荷。假設標準層的新風量在整個空調供冷季都不變，室內設計參數也不變，因此新風負荷的大小就由室外空氣焓的大小決定。室外空氣焓隨空氣溫度和含濕量逐時變化的，新風負荷也就是逐時變化的。考慮新風因素后，用DeST軟件計算的逐時空調冷負荷，經過排序后看到標準層最大總冷負荷出現在7月12日14時，為349.83KW(見表一)。但是這個數值能否做為空調設計冷負荷還是有問題。從表二中可以看到不同的負荷出現的時間時不一樣的，冷負荷大于300KW出現的時間只有9 h，占總開

4、機時間的0.4%。由此可見將最大冷負荷做為設計冷負荷，雖然也是綜合最大值，也能使空調設備有99.6%的時間工作在85.7%的設備容量以下。從經濟角度上來說這顯然是不合理的。表一：空調最大冷負荷（前10個）日期時刻干球溫度()含濕量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷負荷總計(KW)總冷量(KW)7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 7月12日16 29.71 23.62290.35 330.58 6611.64 7月11日11 32.21 22.25689.49 322.65 6453.03 7月12日15 30.02 22.43487.64 319.

5、11 6382.20 7月11日9 29.69 22.65087.85 310.44 6208.74 7月12日11 29.69 21.90085.93 308.97 6179.43 6月28日11 30.48 20.78483.91 304.18 6083.70 7月31日15 28.80 22.64186.89 303.31 6066.10 7月11日10 30.98 20.93184.81 301.55 6030.97 7月12日13 30.43 21.09284.65 296.10 5921.91 表二：冷量范圍KW工作時長h33.695024501006671001506871502

6、0037720025028725030091300349.839這使人想到了“不保證”這個概念。DeST軟件的氣象參數是模擬的，但保留了“不保證50h ”的氣象參數，能否將這50h 的負荷去掉，剩下的最大負荷做為設計負荷？從表三到表五中可以看到，這樣做也不是很妥當。北京的夏季空調室外計算干球溫度為33.2，濕球溫度為26.4,對應的焓為82.3kj/kg。按照規范夏季空調室外計算干球溫度應采用歷年不保證50h的干球溫度，濕球溫度應采用歷年不保證50h的濕球溫度。將冷負荷按干球溫度排序，大于33.2的有69h。這69h里沒有349.83KW，因為其出現時刻的干球溫度為30.18。同時還發現在De

7、ST軟件的氣象參數里33.2和濕球溫度26.4并不對應，無法在i-d上找到這個點。如果借用濕球溫度26.4表三：最高干球溫度（前10個）日期時刻干球溫度()含濕量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷負荷總計(KW)總冷量(KW)5月16日14 37.03 9.49661.79 222.76 4455.10 7月6日14 36.98 17.27181.70 279.33 5586.52 7月6日13 36.69 16.25578.79 259.56 5191.25 5月16日15 36.65 8.28058.27 224.66 4493.29 7月6日15 36.64 14.04673.07 24

8、6.89 4937.86 5月16日13 36.43 8.77959.33 208.43 4168.54 6月27日14 36.21 10.36063.16 228.60 4571.93 7月6日16 35.96 11.09564.79 214.74 4294.71 6月27日15 35.95 9.21259.95 225.69 4513.85 7月6日12 35.76 13.83171.61 145.86 2917.23 表四：最高室外焓（前10個）日期時刻干球溫度()含濕量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷負荷總計(KW)總冷量(KW)7月11日20 29.37 26.12096.38 1

9、05.60 2112.02 7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 7月11日19 30.75 24.26493.09 110.56 2211.17 7月11日18 31.97 23.18491.61 122.23 2444.68 7月29日14 31.74 23.13491.24 144.55 2890.92 7月11日12 33.27 22.31690.76 181.54 3630.79 7月12日16 29.71 23.62290.35 330.58 6611.64 7月15日13 30.12 23.44590.33 146.05 2921.07

10、 7月11日11 32.21 22.25689.49 322.65 6453.03 7月14日16 32.05 22.12788.99 145.24 2904.81 表五：日期時刻干球溫度()含濕量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷負荷總計(KW)總冷量(KW)備注7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 最大冷負荷5月16日14 37.03 9.49661.79 222.76 4455.10 最高干球溫度：6月4日12 33.24 8.97156.55 131.54 2630.74 33.2附近7月8日15 33.15 16.61876.04 134.

11、78 2695.62 33.2附近：7月11日20 29.37 26.12096.38 105.60 2112.02 最高室外焓：8月4日10 28.36 21.04082.34 301.55 6030.97 82.3kj/kg附近7月13日16 30.81 20.12382.57 279.31 5586.12 82.3kj/kg附近7月11日1633.7118.10780.44288.235764.64小于82.3kj/kg范圍的最大冷負荷根據表二，按負荷的分布確定空調設計負荷更為實際一些，將大于300KW的9 h做為不保證的時間，標準層的設計冷負荷暫定為296.1KW,全樓總設計負荷為59

12、22KW（1684RT）。空調設計負荷確定后就可以進一步確定冷源設計方案，本項目擬選用離心式冷水機組，定流量運行，根據負荷變化調整運行臺數。按照規范不宜小于兩臺的要求，設計了四種臺數方案，見表六。表六：方案一方案二方案三方案四冷水機組870 RT600RT450RT700RT350RT單臺制冷量KW/臺3058.92109.6287.72461.21230.6單臺耗電量KW/臺539.3361.8238.5423.9225.5臺數23421總容量KW6117.86328.86328.86153容量附加系數1.041.071.071.04冷水泵電量KW/臺7545375530冷卻泵電量KW/臺7

13、555377537冷卻塔電量KW/臺18.5151118.57.5冷水機組用電量 KWh942283848525966392928208水泵、冷卻塔總用電量 KWh484269438150413355435748總用電量 KWh1426552128667513797471363956方案之間總用電量的比例1.1111.071.06按規范要求電動壓縮式機組的總裝機容量，應按前面的夏季設計冷負荷確定，不另作附加。冷水機組實際選型時，由于規格限制，機組的總裝機容量均要略大于設計冷負荷。表六中的容量附加系數就是這個問題的反應，是實際存在的。判定某個方案的優劣的因素除了考慮設備投資、機房空間等以外，其運

14、行用電量是一項很重要的參數。不僅要比較冷水機組的用電量，與其關聯的水泵、冷卻塔等設備的用電量也應綜合考慮。表六顯示，選用 3臺600RT冷水機組的方案二的總用電量最低，方案一的總用電量最高。雖然方案三的冷水機組的用電量最高，但是由于水泵和冷卻塔的總用電量最低，使其總用電量次于方案一。一般認為在部分負荷情況下，冷水機組大小搭配比較節能，表六卻顯示方案四的總用電量只比方案三略小。還發現方案二與方案一比較，容量附加系數略大，但是總用電量卻低了11%。表七：方案一方案二方案三方案四冷水機組870 RT600RT450RT700RT350RT臺數23421100%18h27h36h18h9h總計2906

15、h3980h5069h2592h807h表七列出了各方案冷水機組在部分負荷時的工作時長。廠家提供的參數表明冷水機組的耗電量隨負荷率的降低而降低，而COP值在70%左右最高。方案三的工作時長總計為5069h,這是其總用電量最高的主要原因。方案一的42.2%的時間工作在5067%的負荷范圍內，33.9%的時間在6783%的范圍，其它三個方案在6783%的范圍內的工作時間分別為42.9%、45.5%、44.6%，這是方案一冷水機組的總用電量較高的主要原因。方案二方案四在83100%的范圍內的工作時間分別為27.5%、34.6%、47.4%，方案四的最長。方案四能耗較高的原因就在于小冷機使大冷機在90

16、%的時間工作在67%以上的負荷范圍里。只有方案二在COP值最高點附近的三個負荷范圍內的工作時長分別為28.2%、42.9%、27.5%，分配比較合理，因此空調總用電量最低。小結：從空調設計冷負荷的確定到制冷設備方案的最終選擇，遇到了很多問題，DeST軟件的計算可以幫助找到初步的答案：1在計算空調設計冷負荷的過程中，不只要計算圍護結構、人員、燈光、設備等的逐時冷負荷，必須要計算新風的逐時冷負荷，新風工況不是唯一的。然而這些負荷的綜合最大值還不是空調設計負荷。2夏季室外計算溫度不適合做為判定空調設計負荷的標準。3空調設計負荷是選定冷水機組的參考值。整個供冷季空調設計總用電量是冷水機組方案的確定的重要指標。空調設計負荷應對應于冷水機組COP值最高時的冷量，并且不同負荷范圍的工作時長應在COP值最高點附近合理分布，使得供冷季空調設計總用電量最低。4這些只是從一個側面分析問題，