建筑物空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算方法探討
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梅海峰　曹家樅　林星春　朱冬林
(東華大學(xué))
摘　要　提出預(yù)測建筑物空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算方法,根據(jù)建筑物夏季某天(幾天) 的逐時(shí)冷負(fù)荷的測量結(jié)果,
可以確定與建筑熱工特性有關(guān)的參數(shù),結(jié)合上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)氣象年數(shù)據(jù)可預(yù)測建筑整個(gè)空調(diào)季的逐時(shí)冷負(fù)
荷。該方法是一種便于工程技術(shù)人員使用的逐時(shí)負(fù)荷簡易算法。利用該方法對上海地區(qū)某建筑物的空調(diào)
負(fù)荷進(jìn)行具體的計(jì)算分析。
關(guān)鍵詞　冰蓄冷　逐時(shí)負(fù)荷　熱工特性
Study of the hourly load calculation method for building
air2conditioning system
Mei Haifeng 　Cao J iacong 　Lin Xingchun 　Zhu Donglin
(Donghua University)
ABSTRACT 　An model of forecasting of the load of building air2condition was advanced. Based
on one day’s hourly load of a building in summer , parameter only related with building’s ther2
mal performance were obtained. According to the standard weather year’s data of Shanghai ,
the hourly air condition load of the building for certain season can be calculated. This method is
convenient for technicians to calculate hourly load. Taking one building in Shanghai region as
example , the detailed calculation and analysis have been processed.
KEY WORDS 　ice storage ; hourly load ; thermal performance
　　近年來電力能源的短缺使得冰蓄冷空調(diào)更顯
示出其強(qiáng)大的生命力,這是由于它特有的移峰能力
及顯著的經(jīng)濟(jì)性。但是目前卻沒有一套適合工程
技術(shù)人員對蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)的簡易而
且較為精確的方法。為了能夠進(jìn)行較為精確的能
耗及經(jīng)濟(jì)分析,冰蓄冷系統(tǒng)也要求進(jìn)行較為嚴(yán)格精
確的負(fù)荷計(jì)算,即逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算。進(jìn)行逐時(shí)負(fù)荷計(jì)
算的另外一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是便于系統(tǒng)運(yùn)行策略的優(yōu)
化和控制。當(dāng)前,制冷空調(diào)行業(yè)工程技術(shù)人員運(yùn)用
較為廣泛的負(fù)荷計(jì)算方法有計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算(如
DOE - 2 ,DesT 等) 和人工簡化計(jì)算法(如度日法、
當(dāng)量系數(shù)法、溫頻法等) 。在這兩種計(jì)算方法中,前
者較為精確,但不便于技術(shù)人員熟練掌握及操作;
而后者沒有涉及到逐時(shí)負(fù)荷的計(jì)算,不適用于冰蓄
冷空調(diào)系統(tǒng)[1 ] 。因此,筆者提出一種簡便的建筑
物逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算方法, 也適用于冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。
1 　空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷的推導(dǎo)
空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷主要由兩部分組成:通過圍護(hù)
結(jié)構(gòu)的得熱量而形成的冷負(fù)荷和室內(nèi)熱濕源的散
熱散濕形成的冷負(fù)荷,其中室內(nèi)熱濕源包括工藝設(shè)
備散熱散濕、照明散熱以及人體散熱散濕等。對于
一確定建筑物,可以認(rèn)為室內(nèi)熱濕源的散熱散濕形
成的冷負(fù)荷為一基本不變的部分;另外一部分冷負(fù)
荷為與室外計(jì)算參數(shù)相關(guān)的冷負(fù)荷,不過這一部分
中由相對濕度引起的冷負(fù)荷與室外計(jì)算溫度和太
陽輻射關(guān)聯(lián)較弱,在計(jì)算中可不單獨(dú)列出進(jìn)行計(jì)
算。所以空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷可以通過下式進(jìn)行計(jì)算:
Q = Q1 + Q2 = KFΔ T + Q2
第6 卷　第6 期　
2 0 0 6 年1 2 月　
　　　　　　　制冷與空調(diào)
　　　　　REFRIGERATION AND AIR - CONDITIONING
　　　　　　　　　　　
23226
X 收稿日期:2006204224
通訊作者:梅海峰,Email :mhf . 2001 @163. com
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其中: Q 為空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷( kW) ; Q1 為通過圍護(hù)
結(jié)構(gòu)得熱量形成的冷負(fù)荷(kW) ; Q2 為通過室內(nèi)熱
濕源散熱散濕形成的冷負(fù)荷(kW) ; K 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)
傳熱系數(shù)(W/ (m2 ·℃) ) ; F 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積
(m2) ;Δ T 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱溫差( ℃) 。
對上述公式各參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行擴(kuò)展,首先可以以北
京時(shí)間正午十二時(shí)為坐標(biāo)原點(diǎn),時(shí)刻作為橫坐標(biāo),
太陽高度角的余弦值作為縱坐標(biāo),太陽高度角變化
速度滿足ω=
2π
T
=
2π
24
=
π
12
,這樣在標(biāo)準(zhǔn)情況下,零
點(diǎn)的太陽高度角余弦值為cos [
π
12 ×( 0 - 12) ]
= - 1 ,早上六點(diǎn)的太陽高度角余弦值為cos[
π
12 ×
(6 - 12) ] = 0 ,正午十二點(diǎn)的太陽高度角的余弦值
為cos[
π
12 ×(12 - 12) ] = 1 。依此類推,下午十八點(diǎn)
和晚上二十四點(diǎn)的太陽高度角的余弦值分別為0
和- 1 ,可見某地太陽高度呈現(xiàn)正弦或者余弦規(guī)律
變換,這樣可以將太陽高度角因素和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滯
后因子考慮進(jìn)傳熱系數(shù)K ,即傳熱系數(shù)成余弦周
期性變化,因此,
K = K(τ,φ) = KOcos[ω(τ - 12) - φ] 。
　　實(shí)際上北京時(shí)間位于120°,上海時(shí)間121°,地
球每小時(shí)自轉(zhuǎn)過15°,所以對時(shí)刻進(jìn)行修正,上式
變?yōu)?
K = K(τ,φ) = KOcos[ω(τ - 12 +
1
15
) - φ]
　　實(shí)際上日照時(shí)間并不是嚴(yán)格等于12 小時(shí),應(yīng)
將時(shí)刻修正到日照時(shí)間為12 小時(shí)的當(dāng)量時(shí)刻。設(shè)
日出時(shí)刻為τr ,日落時(shí)刻為τf ,則(τ- 12) 可修正
為:
(τ - 12) × 6
1
2
(τf - τr )
=
12
τf
- τr
×(τ - 12)
此時(shí)可得到:
K = K(τ,φ) = KOcos[ω(τ - 12 +
1
15
) - φ]
= KOcos[
π
τf
- τr
(τ -
179
15
) - φ] 　　
另外將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的衰減因子考慮進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱
溫差中,所以可將圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱溫差修正為:
Δ T = Δ Tinst (1 - e- a)
　　綜上所述,考慮到因?yàn)榭照{(diào)季節(jié)傳熱溫差和室
內(nèi)熱源散熱所形成的冷負(fù)荷恒大于等于零,所以系
統(tǒng)的冷負(fù)荷可以由下式計(jì)算得到:
Q = Q1 + Q2 = KFΔ T + Q2
= A cos
π
τf
- τr
(τ -
179
15
) - φ ×
　　Δ Tinst (1 - e- a) + Q2
其中A = K0 F ,Δ Tinst = tw - 26 , tw 為室外溫度
( ℃) 。
2 　實(shí)例應(yīng)用
在應(yīng)用中,對逐日負(fù)荷進(jìn)行估算無異于軟件計(jì)
算。故實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)對空調(diào)時(shí)
間進(jìn)行相應(yīng)的分段,估算出氣象參數(shù)相近的時(shí)間段
的逐時(shí)負(fù)荷,并加以利用。
下面對上海地區(qū)某建筑的冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行分
析,取該建筑物某一天的空調(diào)冷負(fù)..