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1、高层办公建筑空调设计冷负荷与全年耗冷量模拟分析摘要：以不同的气候条件、不同的新风方式、分内外区与否为三类基本不同条件，用正交表安排剩余因素并用DOE-2软件进行模拟计算，得出高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量的统计估算指标：哈尔滨、北京、上海三城市的设计冷负荷统计估算值分别为/m2,/m2,/m2；焓控新风方式下全年耗冷量统计估算值分别为/(m2a)，/(m2a)，/(m2a)。分内外区设置空调系统及采用焓控新风方式最为节能。关键词：高层办公建筑设计冷负荷全年耗冷量模拟分析新风方式内外区0引言现代高层办公楼在某些方面有许多不同于传统建筑的特点：窗面积与外墙面积的比值高；使用新型的墙体材
2、料与玻璃；内部照明、设备的散热量大；一般有周边区与内区之分等。这些都影响着空调负荷的大小和特性。高层办公建筑最常见的平面布局为中央型核心式布局1，本文运用建筑能耗分析软件DOE-22对哈尔滨、北京、上海三城市的此类高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量进行模拟与分析。考虑到高层建筑的主体是标准层，本文近似建筑的各层功能与办公标准层相同。1模拟方案设计基本条件城市不同、过渡季新风方式不同，设计冷负荷与全年耗冷量的计算结果就会不同。故将以不同的城市、不同的过渡季新风方式为两类基本不同条件。为简化起见，只研究标准层形状为方形的情形，标准层方位取正S-N或正E-W。当标准层面积较大时，把标准层分为
3、四周型外区与内区，内外区分用两套空调系统；当标准层面积较小时不分内外区、只用一套空调系统。是否分区也作为一类基本不同条件提出来。正交表安排与水平取值由于正交试验方法3具有优选安排模拟、减少模拟次数、简化分析过程、提高分析可靠性等优点，本文将用其来安排模拟试验。在正交试验中欲考察的因素称为因子；每个因子在考察范围内分成若干个等级，将等级称为水平，在正交表中用“1”、“2”等数字表示。剩下与负荷有关的因素共11个：墙类型、窗类型、室温、人员密度、灯光散热、设备散热、新风指标、层高、窗墙比、标准层面积、进深。本文取各因子等水平数2。因为不作方差分析，故不考虑交互作用，各单因子安排可随机。正交试验安排
4、及水平取值见表1、表2。表1正交模拟安排L12(211)试验号墙类型窗类型室内温度人员密度灯光散热设备散热新风指标层高窗墙比标准层面积进深1234567891011111111111111211111222222311222111222412122122112512212212121612221221211721221122121821212221112921122212211102221111221211221212111221222112121221注：分内外区时完全套用本表；不分内外区时无进深，第11列置空。表2正交模拟因子与其他因素取值因子水平1水平2墙类型哈尔滨300mm厚页岩陶粒空
5、心砌块，外贴120厚实心砖，K=/(m2·K)300mm厚页岩陶粒空心砌块，K=/(m2·K)北京300mm厚页岩陶粒空心砌块，K=/(m2·K)200mm厚加气混凝土，K=/(m2·K)上海200mm厚KM非承重空心砖，孔隙率25%，K=/(m2·K)240mm厚KP承重多孔砖，孔隙率25%,K=/(m2·K)窗类型哈尔滨北京5F+12A+5L,K=/(m2·K),Cs=+12A+5F,K=/(m2·K),Cs=上海10mm镀膜热反射玻璃，K=/(m2·K)，Cs=透明浮法玻璃，K=/(m2·
6、K)，Cs=夏季设计室温()2427人员密度(p/m2)灯光散热(W/m2)2030设备散热(W/m2)2040新风指标(m3/p·h)1730层高(m)窗墙比(%)标准层面积(m2)分内外区140020XX不分内外区8001400进深(m)46其他因素取值标准层长宽比1:1标准层方位N-S或W-E非空调面积比占整个标准层面积的25%，位于核心区窗内外遮阳无冬季设计室温()20注：5F+12A+5L表示双层中空玻璃，外层是5mm厚浮法玻璃，内层是5mm低辐射玻璃，中间是12mm的空气层；Cs是玻璃的遮挡系数表2中各因子两水平取其常见取值范围的两端值；窗墙类型取不同城市各自较常用、较具
7、代表性的两种，“1”水平较“2”水平节能。由于已经有了三类基本不同条件：不同城市、不同新风方式、内外是否分区；又每次正交表需进行12次模拟，故一共要进行3×3×2×12=216次模拟，得出216组全年逐时冷负荷供处理成设计冷负荷与全年耗冷量等。系统及相关参数的选定本文的模拟与分析针对普通集中式定风量一次回风空调系统进行。对于高层办公建筑这样的舒适性空调，该系统一般采取变露点送风的方法来适应热湿负荷的变化。考虑到冷水机组的冷冻水的温度一般为7/12，简化地设定空调系统最小允许送风温度为14。空调系统开机时间为非节假日的8:0018:00。2模拟结果报表空调系统模拟结
8、果见表3至表5。表中还给出了参考用理论峰值冷负荷。实际设计冷负荷首先按理论峰值冷负荷的90%取，若在此条件下，全年不保证时数超过50小时，则按全年不保证50小时取4。全年耗冷量是对应实际设计冷负荷的统计值，同时还统计出了空调系统全年的需供冷小时数。表3哈尔滨分内外区/不分内外区空调系统模拟结果试验号全年耗冷量实际设计冷负荷理论峰值冷负荷供冷时数定新风焓控新风温控新风各种新风方式各种新风方式定新风焓控新风温控新风1104/10669/7472/16181197/10851197/10852143/150102/108106/16051197/10871197/10873120/11760/646
9、7/19421198/10531198/10534108/11172/7876/15561198/10461198/10465154/14180/8387/17421198/10671198/10676131/13274/8180/15521198/9781198/978773/7348/5051/14601198/10081198/10088120/12382/8487/15501198/10741198/10749185/18197/106104/20661197/10671197/106710117/12873/8178/14461198/9411198/94111135/12873/7
10、678/20561197/10891197/108912124/13192/9895/15311198/10691198/1069平均126/12777/8282/16771198/10471198/1047表4北京分内外区/不分内外区空调系统模拟结果试验号全年耗冷量实际设计冷负荷理论峰值冷负荷供冷时数定新风焓控新风温控新风各种新风方式各种新风方式定新风焓控新风温控新风1140/141101/107106/20XX1506/13401506/13402195/204148/155153/20601506/13561506/13563149/15387/9198/23821512/1291151
11、2/12914141/144103/110108/19031510/12861510/12865191/187119/123132/22511512/12991512/12996165/170106/115117/19611511/12191511/1219798/9771/7476/16891512/12071512/12078165/166123/127134/18251512/12861512/12869221/230132/143141/23661506/13041506/130410151/162106/116113/17041511/11421511/114211164/16410
12、2/106110/23811505/13291505/132912169/179134/143138/18551510/13081510/1308平均162/166111/118119/20331509/12811509/1281表5上海分内外区/不分内外区空调系统模拟结果试验号全年耗冷量实际设计冷负荷理论峰值冷负荷供冷时数定新风焓控新风温控新风各种新风方式各种新风方式定新风焓控新风温控新风1154/145124/126127/17641737/13791737/13792207/20XX77/179181/17311737/13741737/13743124/11090/89100/1654
13、1738/12141738/12144154/153127/133131/17611738/13391738/13395208/192148/148163/20XX1738/13531738/13536169/159127/131138/16691738/12111738/12117107/9485/8391/14331738/11611738/11618187/178155/154165/16931738/13191738/13199192/171139/143148/18131737/13131737/131310155/157125/131132/14761738/11141738/11
14、1411171/165123/125131/22691737/14481737/144812204/204174/180177/18101737/13951737/1395平均169/161133/135140/17571738/13021738/1302表3表5中的模拟结果可供统计分析，同时，还可供工程设计参考之用。将各城市分内外区与否对应的两个多算例的平均“设计冷负荷”再作平均，所得数值就是某城市的设计冷负荷的统计估算值，哈尔滨、北京、上海三城市分别为/m2，/m2，/m2。焓控新风方式下全年耗冷量统计估算值分别为/(m2·a)，/(m2·a)，/(m2·a)
15、。需要指出的是：全年耗冷量、设计冷负荷、峰值冷负荷这三个指标是按单位空调面积给出的，若要改用单位建筑面积给出，由于本文设定的非空调面积比为25%，则以上三个指标都要乘以系数。表中给出的各项指标是在理想的设定下得出的，实际运行管理中较少符合这种理想设定。具体应用时要根据专业知识对报表的有关指标酌情作一些变动。如模拟计算时，设定人员密度、照明散热量、设备散热量在工作时间内不随时间变化、保持稳定，实际使用中是有较大变动的；模拟计算时设定100%使用空调面积，实际上空调空间的使用率不可能一直维持在100%；模拟计算时设定工作时间内空调系统总是开机，总是保证设定的最小新风量，实际使用中业主很可能为了减少
16、运行费用而少开机、关小新风阀。考虑到空调空间的出租率、空调系统的开机率这两个影响较大的因素，一般来说模拟指标要作相应处理后应用。3模拟结果分析本文的正交试验设计中，对于分内外区与不分内外区两种情况，除了建筑面积不一致外，相同试验号的其他共有因素的取值完全一致，故我们可对是否分内外区的影响进行分析。同理我们也将对地区、新风方式对模拟结果的影响进行分析。剩下的影响负荷的11个因素是作为因子安排在正交表中的；这些因素各自的影响程度可通过设计更多次数的、且考虑交互作用的正交表来模拟计算，最后对模拟结果进行正交方差分析考察得出；限于篇幅，本文不作研究。分内外区的影响由模拟结果可知，各城市分内外区时的供冷时数都大于不分内外区的数值，这是因为分内外区设置空调系统时，当外区在过渡季已不需供冷时，内区一般仍需较长时间的
