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1、 常见空调系统全年（或季节）常见空调系统全年（或季节） 能耗分析方法简介能耗分析方法简介1.1.度日法度日法 度日法通常用来计算采暖期总的累计采暖耗能量计算采暖期总的累计采暖耗能量. 度日, 是指每日平均温度与规定的标准参考温度(或称温度基准)的离差. 因此, 某日的度日数, 就是该日平均温度与标准参考温度的实际离差. 即: (HDD) = TB T 式中式中(HDD) 某日度日数某日度日数( D. D) , 当当T TB 时时, 则则( HDD) = 0; TB 标准参考温度标准参考温度( ), 我国一般取我国一般取18; 国外取国外取18.318.3T T 某日平均温度某日平均温度( (
2、), ), 我国气象部门统一规定每天观测记录( 2, 8, 14和20时)室外空气温度, 故: 采暖期总度日数是采暖期每日度日数的总和采暖期总度日数是采暖期每日度日数的总和. 为了使统计出的度日数具为了使统计出的度日数具有足够的代表性有足够的代表性, 一般应统计十年以上的气象资料一般应统计十年以上的气象资料, 表表1是统计是统计15 17年气年气象数据后整理出的我国部分城市的度日数象数据后整理出的我国部分城市的度日数.采暖期总度日数采暖期总度日数n采暖期天数或计算天数，Ti第i 天的室外日平均温 度，。度日法采暖耗能量用下式计算度日法采暖耗能量用下式计算:式中Qs 采暖期耗能量, (KJ);q
3、 建筑物总的设计耗热量, (KJ/h);(HDD) 采暖期度日数, ( D. D );CD 修正系数, 考虑间歇采暖对连续采暖的修正, 可按表2取; tN -W 室内外设计温差, ( ) .表2 修正系数根据根据中国建筑热环境分析专用气象数中国建筑热环境分析专用气象数据集据集，可以找到供暖期室外日平均温，可以找到供暖期室外日平均温度和采暖度日数，从而可以计算出整个度和采暖度日数，从而可以计算出整个冬季总热量为冬季总热量为QsQs。同样还有空调度日数，指在供冷期内，室外逐日平均温度同样还有空调度日数，指在供冷期内，室外逐日平均温度高于室内温度基数的度数之和，即高于室内温度基数的度数之和，即: :
4、我国一般取我国一般取T TB B=26=26。T TB B 取值是一件比较复杂的事情取值是一件比较复杂的事情, ,因为因为并不是说室外气温低于并不是说室外气温低于TBTB便马上开启采暖便马上开启采暖, ,很多情况下室很多情况下室内发热量内发热量( (如照明、人体和设备如照明、人体和设备) )和日得热量足以抵消热损和日得热量足以抵消热损失失, ,而室内设定温度也不一定是而室内设定温度也不一定是18,18,因此为了计算精确，因此为了计算精确，还定义了以还定义了以平衡温度平衡温度T Tbalbal，对于某个室内设定温度，对于某个室内设定温度TiTi，当，当温度达到温度达到T Tbalbal时，得热时
5、，得热qgainqgain正好等于热损失。正好等于热损失。式中式中: K: Ktottot建筑的总热损失建筑的总热损失 系数，系数，W/W/。节能设计标准节能设计标准中，建筑物节能综合指标限值中中，建筑物节能综合指标限值中的耗冷量指标（的耗冷量指标（qc）和空调年耗电量（）和空调年耗电量（Ec）是根据）是根据建筑物所在地的制冷度日数（建筑物所在地的制冷度日数（CDD26）确定的。其）确定的。其值为一年中当某天的室外日平均温度高于值为一年中当某天的室外日平均温度高于26C时，时，将高于将高于26 的度数乘以的度数乘以1天，再将每一天的此乘积天，再将每一天的此乘积累加。其单位为累加。其单位为 d。
6、 度日数反映了各地区的寒冷与炎热情况度日数反映了各地区的寒冷与炎热情况, ,供热与过渡季节供热与过渡季节空调系统工况转换温度为空调系统工况转换温度为18,18,过渡季节与制冷工况的转过渡季节与制冷工况的转换温度为换温度为26 26 。公共建筑的围护结构负荷、新风负荷与室外气象参数有关公共建筑的围护结构负荷、新风负荷与室外气象参数有关, ,但室内热源引起的空调负荷仅与室内热源有关但室内热源引起的空调负荷仅与室内热源有关, ,并且占了并且占了相当大的比例相当大的比例, ,所以制冷季室内开空调的时间不仅仅受室所以制冷季室内开空调的时间不仅仅受室外气象参数外气象参数18, 2618, 26的制约的制约
7、, ,还受建筑功能制约。导致还受建筑功能制约。导致实际制冷空调能耗大于按度日数计算的空调能耗。实际制冷空调能耗大于按度日数计算的空调能耗。上表推荐的度日数与实际度日数有所区别。上表推荐的度日数与实际度日数有所区别。写字楼与办公楼春节期间不办公写字楼与办公楼春节期间不办公, ,室内热源可以抵消一部室内热源可以抵消一部分热负荷以及抑制能源使用分热负荷以及抑制能源使用, ,因此写字楼实际供热空调能因此写字楼实际供热空调能耗远远小于按度日数计算的空调能耗耗远远小于按度日数计算的空调能耗; ;度日法计算的制冷耗冷量小于实际耗冷量的主要原因是空度日法计算的制冷耗冷量小于实际耗冷量的主要原因是空调系统实际供
8、冷度日数远远大于推荐的度日数。调系统实际供冷度日数远远大于推荐的度日数。2.2.当量满负荷运行时间法当量满负荷运行时间法适用于空调或采暖设备的能耗计算适用于空调或采暖设备的能耗计算 当量满负荷运行时间(E ) : 全年空调冷负荷(或热负荷)的总和QR (或QH )与冷(或热)源最大出力qR (或qB )比值, 称为当量满负荷运行时间, 即:或式中 ER, ER 夏、冬季当量满负荷运行时间, ( h) ; QR, QH 全年空调冷热负荷, (K J/a) ; qR, qH 冷热源的最大出力, ( K J/h) ;负荷率( ) : 全年空调冷负荷(或热负荷)与冷(或热)源在累计运行时间内总的最大出
9、力之和的比例, 称为负荷率 , 即或或式中式中 TR, TH 夏冬季设备累计运行时间夏冬季设备累计运行时间, ( h) .故 R = ER /TR, H = EH /TH或ER = R *TR,EH =H*TH 当量满负荷运行时间当量满负荷运行时间与建筑物的功能、性质、空调系统采用的节能方与建筑物的功能、性质、空调系统采用的节能方式等因素有关。不同类型建筑物的当量满负荷运行时间见下表：式等因素有关。不同类型建筑物的当量满负荷运行时间见下表：在得到当量满负荷运行时间当量满负荷运行时间和负荷率负荷率这两个基本数据后就可以进行空调全年总耗能量的计算了.设备耗能量的计算见设备耗能量的计算见表表燃料消耗
10、量的计算见表燃料消耗量的计算见表注: qfHN 锅炉额定出力时的燃料耗量( m3 /h) ( t /h)耗水量的计算见表耗水量的计算见表3.3.负荷频率法，又为负荷频率法，又为BINBIN method method 这种方法是建立在空调负荷与室内外温差大致这种方法是建立在空调负荷与室内外温差大致成比例成比例这一这一假设基础上的假设基础上的. . 该方法根据计算地点室外空气干球温度出现的该方法根据计算地点室外空气干球温度出现的年频率数年频率数( (用于全年运行的空调系统用于全年运行的空调系统) )或季节频率数或季节频率数( (用于季节用于季节性空调系统性空调系统) )和空调系统的全年或季节运行
11、工况计算出不同室和空调系统的全年或季节运行工况计算出不同室外空气状态下的加热量和冷却量外空气状态下的加热量和冷却量。假设某个时刻的建筑冷负荷。假设某个时刻的建筑冷负荷Q Q 与室外空气温度与室外空气温度t t 存在下列关系：存在下列关系： Q=Kt+CQ=Kt+C式中：式中：Q Q 为某时刻的建筑冷负荷，为某时刻的建筑冷负荷，W/m2W/m2； K K 为常数，即建筑冷负荷与室外干球温度线性关系的斜率；为常数，即建筑冷负荷与室外干球温度线性关系的斜率； C C 为常数；为常数； t t 为室外干球温度，为室外干球温度，。Q2=Kt2+CQ1=Kt1+C 当假设室外干球温度为当假设室外干球温度为
12、t t1 1时，建筑冷负荷为时，建筑冷负荷为Q Q1 1；室外干球温；室外干球温度为度为t t2 2时，建筑冷负荷为时，建筑冷负荷为Q Q2 2。可得方程组：。可得方程组： 由上述方程组可解出常数由上述方程组可解出常数K 和和C ，并带，并带入式中，得出建筑冷负荷与室外干球温度的入式中，得出建筑冷负荷与室外干球温度的线性函数线性函数. 该方法根据计算地点室外空气干球温度出现的年频率数(用于全年运行的空调系统)或季节频率数(用于季节性空调系统)和空调系统的全年或季节运行工况计算出不同室外空气状态下的加热量和冷却量. 季节冷负荷或热负荷的计算公式如下:Q = K ( tWX - tN ) fX 式
13、中Q 建筑物季节冷负荷或热负荷(K J) ; K 建筑物综合传热系数(KJ/h ) ; tWX 某一时刻室外空气的干球温度( ) ; tN 室内设计状态的干球温度( ) ; fX 某一室外空气干球温度值的年某一室外空气干球温度值的年(或季节或季节)小时频率值小时频率值( h).假设室外温度为假设室外温度为t t1 1时，不需要开启空调系统，则此时建筑冷负时，不需要开启空调系统，则此时建筑冷负荷荷Q Q1 1取取0 0，则上式可简化为，则上式可简化为Q = Q2t1 -tt1-t2上海地区的上海地区的BINBIN参数参数上海地区的上海地区的BINBIN参数（一班制参数（一班制8:0018:008
14、:0018:00）某建筑为商住楼，室内环境要求较为严格。假设机组某建筑为商住楼，室内环境要求较为严格。假设机组2424小时连续正常小时连续正常运行。某地区冬季供热室外计算温度为运行。某地区冬季供热室外计算温度为-11-11，此时建筑物热负荷，此时建筑物热负荷Q Qh h=360.9kW=360.9kW。当室外温度低于。当室外温度低于1515时开始供热。假定热负荷与室外温时开始供热。假定热负荷与室外温度成线性关系，则室外温度为度成线性关系，则室外温度为tt时建筑物热负荷的计算公式如下：时建筑物热负荷的计算公式如下：以以t=-1t=-1为例，按上式计算，则为例，按上式计算，则Q Qh-1h-1=2
15、20.09 kW=220.09 kW。将。将Q Qh-1h-1乘以乘以t=-1t=-1出出现的小时数现的小时数T T-1-1=555 h=555 h，可得，可得t=-1t=-1时供热季总热负荷：时供热季总热负荷： Q-1 Q-1= =Q Qh-1h-1T-1T-1=220.08555=220.08555123261.5kWh123261.5kWh以此类推，可得到每一温度下的供热季负荷，将其累加即可得供热季以此类推，可得到每一温度下的供热季负荷，将其累加即可得供热季年总热负荷年总热负荷Q Qhtht=699286.94 kWh=699286.94 kWh冬季工况总负荷冬季工况总负荷该地区夏季制冷
16、室外计算温度为该地区夏季制冷室外计算温度为33.433.4，对于选定建筑，对于选定建筑，其冷负荷为其冷负荷为Q Qr r=481.2 kW=481.2 kW，当室外温度高于，当室外温度高于2222时开始供时开始供冷，冷负荷与室外温度成线性关系，则室外温度为冷，冷负荷与室外温度成线性关系，则室外温度为tt时时建筑物冷负荷的计算公式如下：建筑物冷负荷的计算公式如下：以以t=31t=31为例，当为例，当t=31t=31时，按上式计算，时，按上式计算，Q Qr31r31=379.89 =379.89 kWkW，将，将Q Qr31r31乘以乘以t=31t=31时出现的小时数时出现的小时数T T3131=
17、228h=228h，可得，可得t= t= 3131时的总冷负荷：时的总冷负荷： Q Q3131= =Q Qr31r31T T3131= =379.89228379.8922886615.95kWh86615.95kWh 可得制冷季总冷负荷可得制冷季总冷负荷Q Qrtrt=482212.75kWh=482212.75kWh夏季工况总负荷夏季工况总负荷BINBIN法能耗模拟数学模型法能耗模拟数学模型 在改进的在改进的BINBIN法中，空调负荷由太阳辐射负荷、传导负荷、内部负荷和法中，空调负荷由太阳辐射负荷、传导负荷、内部负荷和新风负荷四部分组成。为简化计算新风负荷四部分组成。为简化计算, ,假设围
18、护结构负荷（日射得热和温差传假设围护结构负荷（日射得热和温差传热）和新风负荷与室外干球温度存在线性关系。热）和新风负荷与室外干球温度存在线性关系。 1 1 太阳辐射负荷太阳辐射负荷 式中：式中：SCLSCL平均日射负荷，平均日射负荷，7 7月份和月份和1 1月份分别记作月份分别记作SCLSCL7 7和和SCLSCL1 1，W/m2W/m2；n n建筑物朝向数；建筑物朝向数；MSHGFMSHGFi i朝向朝向i i的最大日射得热系数，的最大日射得热系数，W/m2W/m2；AGAGi i朝向朝向i i的窗子总面积，的窗子总面积，m2m2；SCSCi i朝向朝向i i的遮阳系数；的遮阳系数；CLFT
19、CLFTi i朝向朝向i i的的2424小时日射冷负荷系数之和；小时日射冷负荷系数之和；FPSFPS月平均日照率；月平均日照率；t t空调系统运行小时数，空调系统运行小时数，h h；A Af f建筑物空调面积，建筑物空调面积，m2m2。SCLSCL与室外干球温度与室外干球温度T T之间存在如下之间存在如下线性关系线性关系：式中：式中：T Tpcpc高峰冷负荷温度，高峰冷负荷温度，；T Tphph高峰热负荷温度，高峰热负荷温度，； 2 2 传导负荷传导负荷传导负荷由两部分组成：传导负荷由两部分组成： (a)(a)通过屋面、墙体、玻璃窗由温差引起的稳定传热部分，可根据式进行通过屋面、墙体、玻璃窗由
20、温差引起的稳定传热部分，可根据式进行计算：计算： 式中：式中：TCLTCL、THLTHL分别为夏季、冬季由温差引起的传导负荷，分别为夏季、冬季由温差引起的传导负荷，W/m2W/m2；n n建筑物热传导表面数；建筑物热传导表面数；A Ai i第第i i个表面的面积，个表面的面积，m2m2；K Ki i第第i i个表面的传热系数，个表面的传热系数，W/m2W/m2；T T室外干球温度，室外干球温度，；T Ti i室内设定温度，室内设定温度，。(b)(b)通过屋面、墙体由日射引起的不稳定传热部分，可根据式进行计算：通过屋面、墙体由日射引起的不稳定传热部分，可根据式进行计算： 式中：式中：TSCLTS
21、CL日射形成的传导负荷，日射形成的传导负荷，7 7月份和月份和1 1月份分别记作月份分别记作TSCLTSCL7 7和和TSCLTSCL1 1，W/m2W/m2； CLTDSCLTDS日射形成的墙体冷负荷温差，日射形成的墙体冷负荷温差，；KCKC墙体外表面颜色修正系数；墙体外表面颜色修正系数；TSCLTSCL与室外干球温度与室外干球温度T T之间存在如下之间存在如下线性关系：线性关系： 3 3 内部负荷内部负荷内部负荷根据式进行计算：内部负荷根据式进行计算：式中：式中：CLICLI内部负荷，内部负荷，W/m2W/m2；AUAU同时使用系数；同时使用系数；CLICLImaxmax照明、发热设备的最
22、大负荷和房间内最大人数时的人体散热，照明、发热设备的最大负荷和房间内最大人数时的人体散热，W W。4 4 新风负荷新风负荷新风负荷包括显热负荷和潜热负荷，分别根据下式进行计新风负荷包括显热负荷和潜热负荷，分别根据下式进行计算：算： 式中：式中：V V新风量，新风量，m3/hm3/h；d d室外空气含湿量，室外空气含湿量，g/kgg/kg；didi室内设计室内设计要求的空气含湿量，要求的空气含湿量，g/kgg/kg。 对温频（）法的改进对温频（）法的改进日射负荷包括透过玻璃窗的日射负荷和通过屋面、外墙的日射负荷包括透过玻璃窗的日射负荷和通过屋面、外墙的不稳定传热负荷，其中，透过玻璃窗的日射负荷占
23、的比重不稳定传热负荷，其中，透过玻璃窗的日射负荷占的比重最大。原有温频（）法假设透过玻璃窗的日射负荷最大。原有温频（）法假设透过玻璃窗的日射负荷与室外干球温度有着一定的线性关系，这样处理与实际情与室外干球温度有着一定的线性关系，这样处理与实际情况不符。况不符。根据现根据现 有的计算透过玻璃窗的日射负荷的研究方法对其有的计算透过玻璃窗的日射负荷的研究方法对其进行改进，改进的方法不改变原温频（）法的思路。进行改进，改进的方法不改变原温频（）法的思路。单位空调面积日射负荷为单位空调面积日射负荷为: : C CL L(T(Ti i)=F*Cz*C)=F*Cz*Cf f(T(Ti i)/Ar)/Ar (
24、W/m2(W/m2空调面积空调面积) ) 式中，式中，ArAr空调面积；空调面积；FF玻璃窗面积；玻璃窗面积；CzCz玻璃窗综合遮挡系数；玻璃窗综合遮挡系数； C Cf f(T(Ti i)T)Ti i温度下的日射负荷因数。温度下的日射负荷因数。计算出各温度下负荷之后计算出各温度下负荷之后, ,乘以相应的乘以相应的频数频数t ti i得该温度下的得该温度下的能耗能耗: C: CL L(T(Ti i)t)ti i (Wh/m2(Wh/m2空调面积空调面积) ) 。玻璃窗逐时日射负荷因数玻璃窗逐时日射负荷因数C Cf f 表表示意义是单位玻璃窗净面积示意义是单位玻璃窗净面积, , 标准玻璃情况下的日
25、射负荷。标准玻璃情况下的日射负荷。对某一朝向对某一朝向, ,用最大日射得热用最大日射得热因数因数D DJ Jmaxmax乘以该朝向乘以该朝向逐时冷负逐时冷负荷系数荷系数得透过玻璃窗逐时日射得透过玻璃窗逐时日射负荷因数负荷因数C Cf f 。有逐时温度的情况下有逐时温度的情况下, , 逐时温逐时温度和逐时日射负荷在时间上是度和逐时日射负荷在时间上是对应的对应的, , 这样就得到了逐时温这样就得到了逐时温度度T Ti i与透过玻璃窗逐时日射负与透过玻璃窗逐时日射负荷因数荷因数C Cf f(T(Ti i) )关系。关系。为得到负荷计算可以使用的为得到负荷计算可以使用的T Ti iC Cf f(T(T
26、i i) )透过玻璃窗逐时日透过玻璃窗逐时日射因数的一般统计关系射因数的一般统计关系, , 将一将一定温度范围内温度对应的日射定温度范围内温度对应的日射负荷因数取平均负荷因数取平均, ,所取温度范所取温度范围的中点温度对应这一平均值。围的中点温度对应这一平均值。逐时日射负荷因数逐时日射负荷因数 C Cf f的确定的确定计算步骤：计算步骤：1 1）按上述计算出负荷）按上述计算出负荷2 2）确定冷（热）机组在此工况下的运行机制（台数控制）确定冷（热）机组在此工况下的运行机制（台数控制等）等）3 3）据机组在不同负荷率下的输入功率（性能表或性能曲）据机组在不同负荷率下的输入功率（性能表或性能曲线）计算出冷（热）机组及附属设备的能耗线）计算出冷（热）机组及附属设备的能耗4 4）将此能耗与该工况下的温度频率度（）将此能耗与该工况下的温度频率度（BINBIN数）相乘再累数）相乘再累加计算出冷（热）源设备供冷热季总能耗。加计算出冷（热）源设备供冷热季总能耗。空调系统能耗的分析与比较
