空調(diào)設計冷負荷確定中存在問題的探討

1、空調(diào)設計冷負荷確定中存在問題的探討1引言隨著對外開放政策的貫徹，國民經(jīng)濟得到迅猛的發(fā)展，人民生活水平逐年提高，賓館、飯店、寫字樓中建設規(guī)模大、暖通條件要求高的大型建筑物越來越多，空調(diào)設施特別是中央空調(diào)越來越普遍地應用于人們的生產(chǎn)和生活之中。空調(diào)等設備的使用，每時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，已是一個十分迫切的問題。在中央空調(diào)系統(tǒng)的設計中，空調(diào)冷負荷量在計算中的確定是關系到空調(diào)工程設備的投資費用和安裝費用、空調(diào)占用建筑面積、空調(diào)運行費用以及能源消耗量等一系列指標的重大問題。國內(nèi)外有識之士多有論文對此問題進行探討

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

3、設計冷負荷偏大的原因2.1采用一天中冷負荷峰值空調(diào)設計中冷負荷量采用一天冷負荷峰值，使空調(diào)投資與運行費用增大。杭州地區(qū)實際上出現(xiàn)最大設計冷負荷的時間每年只在1020h，絕大部分時間空調(diào)設備只在較小部分負荷條件下運行。根據(jù)對24座賓館、飯店空調(diào)制冷量的裝機容量與夏季實際開機容量的調(diào)查測試，資料表明，目前賓館、飯店制冷機的設計最大負荷普遍選用過大，大約有67%的工程按94163W/m2指標選用制冷設備，而實際上83%的工程的實際開機容量的冷負荷指標只在5893W/m2之間(見表1)。2.2風系統(tǒng)設計中風量偏大在一些大風量的空調(diào)系統(tǒng)中，因設計計算時偏差大、沒有對每個環(huán)路進行水力平衡、對于壓差相差懸殊

4、的環(huán)路所設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、大風量來彌補。另外，風系統(tǒng)劃分不全面，不精確，例如晚上營業(yè)使用的舞廳、咖啡廳，就餐時間使用的中、西餐廳，多在白天使用的會議廳，它們的使用時間不同，空調(diào)場所負荷特點也不一樣，這都易造成設計風量偏大。所以應根據(jù)這些空調(diào)房間的使用規(guī)律、負荷特點劃分系統(tǒng)的服務范圍和規(guī)模，并盡量使空調(diào)機組設置在靠近空調(diào)房間的地方。2.3新風處理量大重慶建筑工程學院曾對北京、上海、廣州等地的5家賓館、飯店的全年空調(diào)負荷進行計算，新風處理的冷負荷與圍護結構傳熱負荷的比值在1-5.5倍之間，一般超過2倍

5、，因此，空調(diào)負荷的大部分用來處理新風。若采用熱回收裝置，則可回收空調(diào)排風中的冷量，預冷新風，可減少空調(diào)負荷。2.4盲目追求“透”、“亮”，加大了外窗面積透過外窗玻璃的太陽輻射熱是造成室內(nèi)空調(diào)冷負荷的主要組成部分，而單位冷量的冷價約為單位熱量熱價的510倍，所以，減少太陽輻射的透過率是降低空調(diào)冷負荷、節(jié)約能源的有效措施。外墻窗墻面積比的提高，不僅增加了太陽輻射熱，而且增加了玻璃外窗的空氣滲透，對冷負荷和實際能耗產(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)建筑物太陽輻射角和朝向設置不同類型、大小的遮陽檔板等措施，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)用電時都無法調(diào)峰，如在制冷系統(tǒng)設計時配套冰蓄冷裝置用于削減峰值負荷，則可降低裝機容量、提高設備運行效率。冰蓄冷空調(diào)可使制冷機組裝機容量下降30%，利用峰谷電價差還可降低運行費用。2.6裝有大容量強光燈在賓館飯店內(nèi)的某些公共場所，裝有大容量強光燈，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，再通過頂棚面進入空調(diào)環(huán)境，又成為空調(diào)冷負荷。燈具和其他設備增加了空調(diào)負荷。在空調(diào)設計中，可采用自然通風或機械排風的方法，配上合適的可通風排熱的燈具和其他設備，把其發(fā)生的熱量有組織地排

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

8、，應注意將房間各朝向的負荷按逐時求和，而在計算各房間冷負荷之和時，應注意將每個房間的逐時冷負荷進行累加，從而得出一天內(nèi)最大負荷值。而少數(shù)設計人員為圖省事，不論在計算房間負荷時還是在負荷累加時，均不按逐時取值，而按各朝向冷負荷的最大值之和確定房間負荷，再按各房間的最大負荷進行累加確定總負荷，這樣雖然省事但結果卻不正確，房間東西南北各朝向房間冷負荷并非出現(xiàn)在同一時刻，比如東向圍護面的最大值出現(xiàn)在上午，而西向圍護面的最大值出現(xiàn)在下午，只有做好圍護結構冷負荷的逐時計算，才能夠了解房間或建筑物負荷的動態(tài)變化，才能保證負荷計算與實際情況的一致性。表2為應用某空調(diào)負荷計算軟件進行的空調(diào)圍護結構冷負荷的計算結

9、果，計算房間幾何尺寸如圖1，計算條件如下：計算地點為杭州市，室內(nèi)設計干球溫度25oC，相對濕度為60%，外墻250mm加氣砼，K=0.95W/m2K，外窗單框雙玻塑鋼窗，K=3.5W/m2K，假設房間位于中間層即無上下傳熱，相鄰房間均為空調(diào)房間，層高3.6m，窗高2.00m，無內(nèi)外遮陽措施。從表中可見東向房間的最大冷負荷出現(xiàn)在上午9:00，為1061W；西向冷負荷出現(xiàn)在下午17:00，為1157W；兩個房間逐時冷負荷之和的最大值即用以選擇冷水機組的冷負荷出現(xiàn)在17:00左右，為1799W，而不是按各自房間的最大負荷之和1061+1157=2218(W)。假設用后者，無形之中將圍護結構的冷負荷增

10、大了23%。當然，末端設備如風機盤管的選型還是應以各自房間的最大負荷作為依據(jù)?？照{(diào)房間設計冷負荷的逐時計算是一個相對來說較為煩瑣的過程，在設計行業(yè)市場化的今天，空調(diào)設計人員應對完成的設計及時做好總結，比如對各種體形的建筑物分類歸檔其最大負荷之和及逐時負荷之和，并建立其大致的關聯(lián)，為以后的設計提供方便。3.2考慮相同用途房間的同時使用系數(shù)目前各種空調(diào)設計的參考資料中很少有對各空調(diào)房間的同時使用系數(shù)進行專門論證的，但筆者認為這的的確確又是影響設計制冷機組選型偏大的一個原因。特別如旅游旅館類建筑，其客房的入住率極少能夠達到100%，一般能夠達到60%-70%就已經(jīng)不錯了，有些甚至不到30%，如果按入

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

12、商場一般從早9:00到晚20:00；而客房在白天工作時間大多無人。對于該類建筑物或區(qū)域供冷類工程，設計人員應根據(jù)各種不同用途房或建筑物的使用性質進行認真的負荷分析，確定其不同的使用時間，對其總負荷按逐時進行歸類。當然，進行詳細的負荷計算所需的工作量是相當巨大的，但設計人員應在較為全面和科學的分析之上，對來自各部分的負荷有一個全面的認識，進而得出各部分負荷出現(xiàn)的負荷參差率。該負荷參差率應從實際運行工程中統(tǒng)計得出，有些資料推薦可以在總負荷的基礎上乘以0.8。3.4采用變流量系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)的設計上，應優(yōu)先采用變流量系統(tǒng)。采用VAV變風量系統(tǒng)或者變頻控制水流量系統(tǒng)都能減少空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗，也即能減少

13、制冷機組的裝機容量。只有在變流量系統(tǒng)中，制冷機組的容量才能按系統(tǒng)的小時最大冷負荷配置。對定流量系統(tǒng)來說，如果按系統(tǒng)的小時最大冷負荷選擇機組容量，就會引起系統(tǒng)水力工況和熱力工況的失調(diào)。雖然制冷機組提供了足夠的制冷量，仍會引起部分末端設備供冷量不足，使這部分區(qū)域的空調(diào)設計參數(shù)達不到設計要求，影響空調(diào)設計的效果。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)過冷過熱的情況，這時，各房間的逐時負荷（因沒有考慮運行的差異）不等于制冷機組總負荷，總負荷還與空調(diào)機組（或風機盤管）的處理過程相關。嚴格地計算，應根據(jù)系統(tǒng)形式、控制方式、處理過程，將房間要求的供冷量轉化為空調(diào)處理機給的需冷量，還需考慮各空調(diào)處理機組系統(tǒng)的同時使用系數(shù)和管道輸送等損失，然后計算制冷機組的冷量。但這樣計算必須要系統(tǒng)和房間聯(lián)動，計算復雜。所以，目前，基本是按系統(tǒng)分別計算各系統(tǒng)的最大冷負荷，再考慮系統(tǒng)之間的同時使用系數(shù)求和。在計算各系統(tǒng)的冷負荷時，要考慮系統(tǒng)服務的房間負荷情況及新風負荷。4