空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷確定中存在問(wèn)題的探討

1、空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷確定中存在問(wèn)題的探討1引言隨著對(duì)外開(kāi)放政策的貫徹，國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到迅猛的發(fā)展，人民生活水平逐年提高，賓館、飯店、寫(xiě)字樓中建設(shè)規(guī)模大、暖通條件要求高的大型建筑物越來(lái)越多，空調(diào)設(shè)施特別是中央空調(diào)越來(lái)越普遍地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活之中?？照{(diào)等設(shè)備的使用，每時(shí)每刻都在消耗大量的能源，一般情況空調(diào)能耗約占總建筑物能源消耗的60%。所以，降低與控制建筑物中日?？照{(diào)使用能耗水平，已是一個(gè)十分迫切的問(wèn)題。在中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，空調(diào)冷負(fù)荷量在計(jì)算中的確定是關(guān)系到空調(diào)工程設(shè)備的投資費(fèi)用和安裝費(fèi)用、空調(diào)占用建筑面積、空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用以及能源消耗量等一系列指標(biāo)的重大問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外有識(shí)之士多有論文對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行探討

2、，研究探索解決空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷量計(jì)算偏大的辦法和節(jié)能設(shè)計(jì)方案。本人在空調(diào)設(shè)計(jì)方案評(píng)審中，遇到過(guò)不少對(duì)冷負(fù)荷的確定產(chǎn)生分歧的情況，在日常工程管理和設(shè)備維護(hù)中深刻地體會(huì)到空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷偏大不僅使系統(tǒng)很難在高效率下運(yùn)行，還給建設(shè)單位造成設(shè)備初投資的浪費(fèi)、能耗增大及運(yùn)行成本增高。根據(jù)調(diào)查顯示，目前國(guó)內(nèi)的很多空調(diào)工程，制冷機(jī)組的裝機(jī)負(fù)荷與實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷相比均不同程度的存在著偏大現(xiàn)象，甚至存在最大負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)也只開(kāi)啟一半的冷水機(jī)組，這給使用單位選譯備用機(jī)組時(shí)產(chǎn)生了誤導(dǎo)。因此，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷量的計(jì)算確定是否合適，對(duì)空調(diào)機(jī)組的使用、能源的利用起著重要的作用。下面我就產(chǎn)生問(wèn)題的原因和計(jì)算中存在的一些問(wèn)題與大家探討。2空調(diào)

3、設(shè)計(jì)冷負(fù)荷偏大的原因2.1采用一天中冷負(fù)荷峰值空調(diào)設(shè)計(jì)中冷負(fù)荷量采用一天冷負(fù)荷峰值，使空調(diào)投資與運(yùn)行費(fèi)用增大。杭州地區(qū)實(shí)際上出現(xiàn)最大設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的時(shí)間每年只在1020h，絕大部分時(shí)間空調(diào)設(shè)備只在較小部分負(fù)荷條件下運(yùn)行。根據(jù)對(duì)24座賓館、飯店空調(diào)制冷量的裝機(jī)容量與夏季實(shí)際開(kāi)機(jī)容量的調(diào)查測(cè)試，資料表明，目前賓館、飯店制冷機(jī)的設(shè)計(jì)最大負(fù)荷普遍選用過(guò)大，大約有67%的工程按94163W/m2指標(biāo)選用制冷設(shè)備，而實(shí)際上83%的工程的實(shí)際開(kāi)機(jī)容量的冷負(fù)荷指標(biāo)只在5893W/m2之間(見(jiàn)表1)。2.2風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中風(fēng)量偏大在一些大風(fēng)量的空調(diào)系統(tǒng)中，因設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)偏差大、沒(méi)有對(duì)每個(gè)環(huán)路進(jìn)行水力平衡、對(duì)于壓差相差懸殊

4、的環(huán)路所設(shè)置的平衡閥等所起平衡作用不夠好、施工安裝后調(diào)試不夠完善、環(huán)路之間阻力不平衡等原因而引起熱力工況失調(diào)，只能靠大冷量、大風(fēng)量來(lái)彌補(bǔ)。另外，風(fēng)系統(tǒng)劃分不全面，不精確，例如晚上營(yíng)業(yè)使用的舞廳、咖啡廳，就餐時(shí)間使用的中、西餐廳，多在白天使用的會(huì)議廳，它們的使用時(shí)間不同，空調(diào)場(chǎng)所負(fù)荷特點(diǎn)也不一樣，這都易造成設(shè)計(jì)風(fēng)量偏大。所以應(yīng)根據(jù)這些空調(diào)房間的使用規(guī)律、負(fù)荷特點(diǎn)劃分系統(tǒng)的服務(wù)范圍和規(guī)模，并盡量使空調(diào)機(jī)組設(shè)置在靠近空調(diào)房間的地方。2.3新風(fēng)處理量大重慶建筑工程學(xué)院曾對(duì)北京、上海、廣州等地的5家賓館、飯店的全年空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，新風(fēng)處理的冷負(fù)荷與圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷的比值在1-5.5倍之間，一般超過(guò)2倍

5、，因此，空調(diào)負(fù)荷的大部分用來(lái)處理新風(fēng)。若采用熱回收裝置，則可回收空調(diào)排風(fēng)中的冷量，預(yù)冷新風(fēng)，可減少空調(diào)負(fù)荷。2.4盲目追求“透”、“亮”，加大了外窗面積透過(guò)外窗玻璃的太陽(yáng)輻射熱是造成室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷的主要組成部分，而單位冷量的冷價(jià)約為單位熱量熱價(jià)的510倍，所以，減少太陽(yáng)輻射的透過(guò)率是降低空調(diào)冷負(fù)荷、節(jié)約能源的有效措施。外墻窗墻面積比的提高，不僅增加了太陽(yáng)輻射熱，而且增加了玻璃外窗的空氣滲透，對(duì)冷負(fù)荷和實(shí)際能耗產(chǎn)生顯著的影響。從降低空氣滲透和減少輻射熱出發(fā)，可采用提高外墻氣密性如采用外墻鋁合金窗、塑鋼窗，根據(jù)建筑物太陽(yáng)輻射角和朝向設(shè)置不同類(lèi)型、大小的遮陽(yáng)檔板等措施，控制合理的窗墻面積比顯得尤為重

6、要，一般控制在0.4左右為宜。2.5制冷系統(tǒng)缺乏電網(wǎng)調(diào)峰手段一般制冷系統(tǒng)用電時(shí)都無(wú)法調(diào)峰，如在制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)配套冰蓄冷裝置用于削減峰值負(fù)荷，則可降低裝機(jī)容量、提高設(shè)備運(yùn)行效率。冰蓄冷空調(diào)可使制冷機(jī)組裝機(jī)容量下降30%，利用峰谷電價(jià)差還可降低運(yùn)行費(fèi)用。2.6裝有大容量強(qiáng)光燈在賓館飯店內(nèi)的某些公共場(chǎng)所，裝有大容量強(qiáng)光燈，嵌入頂棚內(nèi)。這些燈具有20-40%的發(fā)熱量直接散向室內(nèi)，其余的熱量散入頂棚內(nèi)，提高了頂棚的空氣溫度，再通過(guò)頂棚面進(jìn)入空調(diào)環(huán)境，又成為空調(diào)冷負(fù)荷。燈具和其他設(shè)備增加了空調(diào)負(fù)荷。在空調(diào)設(shè)計(jì)中，可采用自然通風(fēng)或機(jī)械排風(fēng)的方法，配上合適的可通風(fēng)排熱的燈具和其他設(shè)備，把其發(fā)生的熱量有組織地排

7、出室外，從而達(dá)到減少空調(diào)冷負(fù)荷的目的。2.7計(jì)算管子厚度的方法不一樣用防結(jié)露法計(jì)算出管子保溫厚度比用經(jīng)濟(jì)厚度法計(jì)算的管子薄。但從冷量損失相比較，管子采用經(jīng)濟(jì)保冷厚度可比防結(jié)露保冷厚度減少冷量損失40-50%。為此，本著節(jié)能的觀(guān)點(diǎn)，供冷水管與供冷風(fēng)管應(yīng)按經(jīng)濟(jì)厚度法計(jì)算管子的保冷厚度，這可減少空調(diào)冷負(fù)荷。3設(shè)計(jì)計(jì)算中解決的辦法3.1采用外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的逐時(shí)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷是空調(diào)房間總冷負(fù)荷中必不可少的一部分，不同的建筑物因使用性質(zhì)不同其所占總冷負(fù)荷的百分比不同?？照{(diào)房間從外圍護(hù)結(jié)構(gòu)獲取的熱量即空調(diào)房間外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差傳熱冷負(fù)荷和外門(mén)窗的日射輻射冷負(fù)荷。在計(jì)算各房間冷負(fù)荷時(shí)

8、，應(yīng)注意將房間各朝向的負(fù)荷按逐時(shí)求和，而在計(jì)算各房間冷負(fù)荷之和時(shí)，應(yīng)注意將每個(gè)房間的逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行累加，從而得出一天內(nèi)最大負(fù)荷值。而少數(shù)設(shè)計(jì)人員為圖省事，不論在計(jì)算房間負(fù)荷時(shí)還是在負(fù)荷累加時(shí)，均不按逐時(shí)取值，而按各朝向冷負(fù)荷的最大值之和確定房間負(fù)荷，再按各房間的最大負(fù)荷進(jìn)行累加確定總負(fù)荷，這樣雖然省事但結(jié)果卻不正確，房間東西南北各朝向房間冷負(fù)荷并非出現(xiàn)在同一時(shí)刻，比如東向圍護(hù)面的最大值出現(xiàn)在上午，而西向圍護(hù)面的最大值出現(xiàn)在下午，只有做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的逐時(shí)計(jì)算，才能夠了解房間或建筑物負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，才能保證負(fù)荷計(jì)算與實(shí)際情況的一致性。表2為應(yīng)用某空調(diào)負(fù)荷計(jì)算軟件進(jìn)行的空調(diào)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的計(jì)算結(jié)

9、果，計(jì)算房間幾何尺寸如圖1，計(jì)算條件如下：計(jì)算地點(diǎn)為杭州市，室內(nèi)設(shè)計(jì)干球溫度25oC，相對(duì)濕度為60%，外墻250mm加氣砼，K=0.95W/m2K，外窗單框雙玻塑鋼窗，K=3.5W/m2K，假設(shè)房間位于中間層即無(wú)上下傳熱，相鄰房間均為空調(diào)房間，層高3.6m，窗高2.00m，無(wú)內(nèi)外遮陽(yáng)措施。從表中可見(jiàn)東向房間的最大冷負(fù)荷出現(xiàn)在上午9:00，為1061W；西向冷負(fù)荷出現(xiàn)在下午17:00，為1157W；兩個(gè)房間逐時(shí)冷負(fù)荷之和的最大值即用以選擇冷水機(jī)組的冷負(fù)荷出現(xiàn)在17:00左右，為1799W，而不是按各自房間的最大負(fù)荷之和1061+1157=2218(W)。假設(shè)用后者，無(wú)形之中將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷增

10、大了23%。當(dāng)然，末端設(shè)備如風(fēng)機(jī)盤(pán)管的選型還是應(yīng)以各自房間的最大負(fù)荷作為依據(jù)?？照{(diào)房間設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的逐時(shí)計(jì)算是一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為煩瑣的過(guò)程，在設(shè)計(jì)行業(yè)市場(chǎng)化的今天，空調(diào)設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)完成的設(shè)計(jì)及時(shí)做好總結(jié)，比如對(duì)各種體形的建筑物分類(lèi)歸檔其最大負(fù)荷之和及逐時(shí)負(fù)荷之和，并建立其大致的關(guān)聯(lián)，為以后的設(shè)計(jì)提供方便。3.2考慮相同用途房間的同時(shí)使用系數(shù)目前各種空調(diào)設(shè)計(jì)的參考資料中很少有對(duì)各空調(diào)房間的同時(shí)使用系數(shù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)論證的，但筆者認(rèn)為這的的確確又是影響設(shè)計(jì)制冷機(jī)組選型偏大的一個(gè)原因。特別如旅游旅館類(lèi)建筑，其客房的入住率極少能夠達(dá)到100%，一般能夠達(dá)到60%-70%就已經(jīng)不錯(cuò)了，有些甚至不到30%，如果按入

11、住率100%進(jìn)行選型的話(huà)，必然會(huì)出現(xiàn)絕大部分時(shí)間機(jī)組冷量綽綽有余。根據(jù)我國(guó)近幾年的國(guó)情，旅游旺季大多出現(xiàn)在“五一”和“十一”假日期間，而此時(shí)在我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)并非是最熱季?？梢?jiàn)即使在上述旺季出現(xiàn)入住率100%，而制冷機(jī)組還會(huì)出現(xiàn)富裕量。3.3對(duì)不同用途的房間或建筑物考慮負(fù)荷參差率當(dāng)前我國(guó)已建、在建的建筑中較大型的綜合性建筑占有相當(dāng)比例，該類(lèi)建筑功能多樣化，面積一般都較大，一個(gè)建筑物中往往具有商場(chǎng)、賓館、酒店、保齡球及歌舞娛樂(lè)等多種功能。其各功能部分的使用時(shí)間往往相差很大，如餐飲部分一般在中午和傍晚的用餐時(shí)間即中午11:00和晚上18:00左右投入使用；保齡球和歌舞娛樂(lè)大多在晚上20:00以后；

12、商場(chǎng)一般從早9:00到晚20:00；而客房在白天工作時(shí)間大多無(wú)人。對(duì)于該類(lèi)建筑物或區(qū)域供冷類(lèi)工程，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)各種不同用途房或建筑物的使用性質(zhì)進(jìn)行認(rèn)真的負(fù)荷分析，確定其不同的使用時(shí)間，對(duì)其總負(fù)荷按逐時(shí)進(jìn)行歸類(lèi)。當(dāng)然，進(jìn)行詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算所需的工作量是相當(dāng)巨大的，但設(shè)計(jì)人員應(yīng)在較為全面和科學(xué)的分析之上，對(duì)來(lái)自各部分的負(fù)荷有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而得出各部分負(fù)荷出現(xiàn)的負(fù)荷參差率。該負(fù)荷參差率應(yīng)從實(shí)際運(yùn)行工程中統(tǒng)計(jì)得出，有些資料推薦可以在總負(fù)荷的基礎(chǔ)上乘以0.8。3.4采用變流量系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)優(yōu)先采用變流量系統(tǒng)。采用VAV變風(fēng)量系統(tǒng)或者變頻控制水流量系統(tǒng)都能減少空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，也即能減少

13、制冷機(jī)組的裝機(jī)容量。只有在變流量系統(tǒng)中，制冷機(jī)組的容量才能按系統(tǒng)的小時(shí)最大冷負(fù)荷配置。對(duì)定流量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果按系統(tǒng)的小時(shí)最大冷負(fù)荷選擇機(jī)組容量，就會(huì)引起系統(tǒng)水力工況和熱力工況的失調(diào)。雖然制冷機(jī)組提供了足夠的制冷量，仍會(huì)引起部分末端設(shè)備供冷量不足，使這部分區(qū)域的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響空調(diào)設(shè)計(jì)的效果。3.5綜合考慮系統(tǒng)形式和控制方式的不同因系統(tǒng)不同，控制方式不同，必然出現(xiàn)過(guò)冷過(guò)熱的情況，這時(shí)，各房間的逐時(shí)負(fù)荷（因沒(méi)有考慮運(yùn)行的差異）不等于制冷機(jī)組總負(fù)荷，總負(fù)荷還與空調(diào)機(jī)組（或風(fēng)機(jī)盤(pán)管）的處理過(guò)程相關(guān)。嚴(yán)格地計(jì)算，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)形式、控制方式、處理過(guò)程，將房間要求的供冷量轉(zhuǎn)化為空調(diào)處理機(jī)給的需冷量，還需考慮各空調(diào)處理機(jī)組系統(tǒng)的同時(shí)使用系數(shù)和管道輸送等損失，然后計(jì)算制冷機(jī)組的冷量。但這樣計(jì)算必須要系統(tǒng)和房間聯(lián)動(dòng)，計(jì)算復(fù)雜。所以，目前，基本是按系統(tǒng)分別計(jì)算各系統(tǒng)的最大冷負(fù)荷，再考慮系統(tǒng)之間的同時(shí)使用系數(shù)求和。在計(jì)算各系統(tǒng)的冷負(fù)荷時(shí)，要考慮系統(tǒng)服務(wù)的房間負(fù)荷情況及新風(fēng)負(fù)荷。4