廣州大學城建筑冷負荷特點分析

1、廣州大學城建筑冷負荷特點分析張磊 孟慶林（廣州華南理工大學建筑節(jié)能與DeST研究中心）摘要：廣州大學城建筑類型復雜多樣，主要有教學樓、圖書館、食堂、宿舍等建筑類型，這些建筑類型室內人員、燈光和設備熱擾變化具有不同的時間性和規(guī)律性，從而造成各類建筑全天冷負荷變化各具特點，本文分析了大學城各類建筑冷負荷特性，并采用能耗模擬軟件進行了驗證，可以為大學城區(qū)域供冷方案的確定和實施提供理論支持。關鍵詞：冷負荷 室內熱擾 區(qū)域供冷 模擬計算1. 廣州大學城概況廣州大學城位于廣州市番禹區(qū)小谷圍島及其南岸地區(qū)，總規(guī)劃用地43.3平方公里，規(guī)劃總人口3540萬人，人口構成為：學生為1820萬人；教師員工為1.52

2、萬人；職工約為5萬人；其他人員78萬人。大學城內教學區(qū)主要建筑類型及其面積指標如下表所示：表1 建筑類型及面積建筑類型教學樓實驗室圖書館宿舍學術中心行政辦公體育館食堂生活服務建筑面積（萬M2）99.6382.3932.11143.348.327.776.320.75524.64空調面積（萬M2）59.849.422.524.46.220.84.410.413.3裝中央空調比例（%）8010010020100100100100902. 建筑冷負荷特點廣州大學城教學區(qū)建筑類型較復雜，包括教學樓、實驗室、圖書館、學術中心、行政辦公、學生宿舍、食堂等類型，不同建筑類型的人員、設備、燈光負荷值和作息時間

3、差異較大，大學城內主要人流是學生、教師和部分服務人員，這些人員是移動的空調負荷群，且時間性、規(guī)律性比較明顯，例如：在上午（8：0012：00）和下午（14：0018：00）工作時間內，宿舍、食堂人員密度較少，空調負荷較低，可以少開機，甚至不開機，而在教學樓、圖書館、實驗室等類建筑中，人員密度較大，燈光、設備負荷也相應增加，空調負荷較大，并在下午出現(xiàn)空調負荷峰值；而在中飯（12：0013：00）和晚飯（18：0019：00）時間，學生和教師主要集中在食堂和宿舍，造成這兩類建筑冷負荷增加并出現(xiàn)最大值，而此時，其他建筑空調負荷則相對較低。正是這種一定量的人員在不同時間段，在不同建筑中的分配，造成了不

4、同建筑類型最大冷負荷出現(xiàn)時間上的差別，這個差別可以用同時使用系數(shù)來體現(xiàn)，同時使用系數(shù)的定義為：各類建筑全天逐時冷負荷相加的最大值與每個單個建筑這一天內的最大冷負荷相加的比值。同時使用系數(shù)反映了各類建筑全天冷負荷最大值出現(xiàn)時間上的差別，同時使用系數(shù)越小，說明不同建筑類型同一天內最大冷負荷出現(xiàn)的時間差別越大，反之，則差別越小，如果同時使用系數(shù)等于1，則說明最大冷負荷在同一時刻出現(xiàn)。獲得合理可靠的同時使用系數(shù)，可以得出空調系統(tǒng)準確的總裝機容量，以及相應的電氣增容、配套設備、空調及變配電用房的面積，避免裝機容量大于實際需求而造成浪費。為了驗證上述大學城內各類建筑負荷特性的分析，并確定同時使用系數(shù)，采用

5、DeST能耗模擬軟件計算了上述大學城內建筑類型的全年逐時冷負荷。3. 建筑能耗模擬計算在模擬過程中，考慮到人員、設備、燈光等室內熱擾是影響大學城內各建筑冷負荷變化的主要因素，需要解決的主要問題是這些內擾對建筑冷負荷的影響，而圍護結構的動態(tài)熱性能并不是考慮的重點，以及在大學城規(guī)劃階段缺少詳細的建筑外形和尺寸資料，因此在建模過程中，忽略了建筑尺寸和體形的影響，采用最基礎的，最簡單的模型，如下圖所示：圖1 建筑模型建筑外窗對建筑空調負荷的影響較大，為了能真實反映建筑冷負荷的變化規(guī)律，對不同建筑類型設定了不同的窗墻比和窗玻璃材料，如下表所示：表2 窗墻比和窗玻璃材料建筑形式南北窗墻比東西窗墻比窗材料公

6、共教學0.50.33mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）實驗樓0.50.33mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）圖書館0.60.53mm單片白波（K=5.9，SC=0.6）學術中心0.50.353mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）行政管理0.50.353mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）體育館0.30.33mm單片白波（K=5.9，SC=1）學生公寓0.40.13mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）食堂餐廳0.450.23mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）生活服務0.40.23mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）按下表所示設定人員、燈光、設備熱擾

7、的值：表3 人員、燈光和設備熱擾設定建筑形式人員密度人員顯熱人員散濕燈光負荷設備負荷人/m2W/人kg/人.hWm2Wm2公共教學0.5580.0753020實驗樓0.2510.1943230圖書館0.125630.0683020學術中心0.33510.194305行政管理0.2610.1093010體育館0.35610.1092010學生公寓0.125570.1152010食堂餐廳0.7510.194200生活服務0.4580.1842010初步估計大學城將有2030萬大學生和科研人員入住，這些人員在一天中的不同時刻，在大學城各個建筑中分配，通過對大學城內各類建筑使用習慣的調查，按下表設定作

8、息時間： 表4 人員、燈光和設備作息設定建筑形式7:008:008:0011:0011:0012:0012:0013:0013:0014:00公共教學5%90%90%0%0%實驗樓0%30%30%0%0%圖書館0%30%30%0%0%學術中心0%70%70%0%0%行政管理0%100%100%0%0%體育館0%0%0%30%30%學生公寓30%20%20%50%100%食堂餐廳80%0%100%80%0%生活服務0%80%90%90%90%14:0017:0017:0018:0018:0019:0019:0022:0022:007:00公共教學50%5%5%60%0%實驗樓80%0%0%60%

9、0%圖書館100%0%0%100%0%學術中心70%70%0%0%0%行政管理100%100%0%0%0%體育館100%100%100%60%0%學生公寓40%10%40%30%100%食堂餐廳0%100%80%25%0%生活服務90%90%90%50%0% 在實際過程中，大學城的人員在不同建筑中的流動將有很大的不確定性，上述這種建模和參數(shù)設定方法，只是為了定性的分析大學城內建筑冷負荷的特點及其變化趨勢，為區(qū)域供冷方案的選擇提供參考。4. 結果分析及結論采用DeST軟件，按上述參數(shù)設定，計算了大學城教學區(qū)9種建筑類型511月份的全天逐時冷負荷，并在排除50個小時不保證點的基礎上，找到了各類建筑

10、最大冷負荷出現(xiàn)的日期及時刻，如圖2所示：圖2 教學區(qū)各類建筑9月7日全天逐時冷負荷 各類建筑最大值如下表所示：表5 教學區(qū)冷負荷統(tǒng)計建筑類型教學樓實驗樓圖書館宿舍學術中心行政辦公體育館食堂生活服務總計逐時最大值(W/ m2)243 150 128 119 186 176 219 333 241 1796 而各類建筑逐時累計最大值出現(xiàn)在下午14：0015：00時間段，其值為1284W/m2，根據(jù)上述同時使用系數(shù)的定義，可以得到大學城教學區(qū)單位面積冷負荷同時使用系數(shù)為0.71，根據(jù)表1提供的建筑面積指標，得到空調面積上的同時使用系數(shù)為0.83。 根據(jù)全年冷負荷變化情況，統(tǒng)計了各類建筑不同負荷率下運行小時數(shù)，如下表所示：表6 教學區(qū)各類建筑負荷率統(tǒng)計注：表中括號內數(shù)字為不同負荷率下運行小時數(shù)占全年總運行時間的比例（%）通過對大學城建筑冷負荷特征的分析和模擬軟件的計算結果可以看出，由于學生和教師這個龐大的移動空調負荷群在各類建筑之間的流動，造成大學城建筑冷負荷最大值出現(xiàn)時間上的差異，如果對每種建筑類型單獨設置中央空調，則空調機組的制冷量需按照相應建筑最大冷負荷值選取，但從表6所示數(shù)據(jù)來看，各類建筑的滿負荷運行的小時數(shù)只占總運行時間的很少一部分，這樣制冷機組全年大部分時間在部分負荷下運行