空调负荷计算

一、空调负荷计算空调负荷计算是空调工程设计的基础。

它决定设备容量的选定，官网系统的规模以及工程总造价等。

设计冷负荷是选择设备的主要依据,所以正确地计算建筑冷负荷对整个系统的设计十分重要。

然而,目前国内的空调设计造成大量的设备闲置,对此设计冷负荷取值过大是其中主要原因。

传统的教科书及设计手册中给出的空调负荷计算方法,不论是求围护结构的墙壁或门窗负荷,其计算结果均是针对某一具体房间而言,而空调系统设备容量依据的是整个建筑的冷负荷。

由于各房间朝向、位置、功能及其内部热源等情况的不同造成的最大冷负荷出现的时间并不相同,因此建筑冷负荷的最大值应为每个房间逐时负荷叠加的最大值。

据调查,我国部分设计人员在计算建筑冷负荷时,只是简单地将每个房间的最大冷负荷进行叠加,这种错误计算方法在很多单位都存在。

令人遗憾的是,一些暖通空调设计计算软件也存在着如此方法上的错误,使设计人员犯了错误还不知道,实在是害人不浅。

所以我们必须对此给予足够的重视,使设计负荷的确定更加合理正确《设计深度规定》对暖通空调设计计算书应包括的内容作了详细的规定。

然而相当一部分工程设计没有设计计算书；有些虽有计算书，但内容残缺不全；有的供暖设计，仅有耗热量计算，而无水力平衡计算和散热器选择计算；有的空调设计，不管房间大小、朝向、层次、所处位置(中间或端头)均按同一指标来估算夏季空调冷负荷与冬季空调热负荷，并以此来配置空调设备，这是很不妥当的。

1、空调负荷计算方法发展建筑物负荷计算起始于19 世纪初,近100 年来,空调负荷计算方法得到了广泛的重视,从Mackey 等提出的拟定常传热稳态计算法,到Mitalas、Step heson等提出的房间反应系数法、Z 传递函数法以及冷负荷系数法,又到Spitler 等提出的最新负荷计算理论———辐射时间序列法. 负荷计算主要经历了稳定计算法时期,周期作用下的不稳定计算法时期和动态负荷计算时期,负荷计算是空调设计的基础,在暖通空调系统的设计工作中具有非常重要的地位,它直接影响建筑物空调系统划分、制冷设备选择、自动控制方案的确定、以及技术经济分析等技术决策问题. 由于建筑物空调负荷形成的复杂性,迄今为止,仍有许多方面值得我们重视. 本文结合负荷计算的理论基础,主要介绍了国内外在负荷计算方面的研究进展。

1.1 稳定计算法时期19 世纪40 年代以前,空调技术处在发展初期,人们对冷热负荷的认识比较简单,建筑材料也较笨重,一般楼层不高,计算工具也不发达. 由于这些原因,这时各国的计算方法多采用定常(亦称稳定) 计算方法,只需知道建筑物围护结构的表面积、传热系数、以及室内外设计温度即可求得得热量,并且稳定计算法时期认为建筑物的得热量即为空调系统冷负荷,根本没有考虑建筑物衰减、延迟的影响.1. 2 周期热作用下的不稳定计算法时期19 世纪40 年代后,空调技术逐渐进入成熟时期空调房间冷负荷计算发展到利用周期性不稳定传热进行时期. 1946 年,美国Mackey 和Wright 两人发表了《周期热流一组合的墙或屋顶》一文,提出了一种拟定常传热计算法,这就是当量温差( ETD) 法的起源. 该方法将周期性变化外扰作用下的围护结构的传热处理成用于计算稳定传热相同形式的公式来计算. 该研究成果被美国暖通工程师学会所承认,成了之后20 年美国冷热负荷计算方法的基础,并为ASHRAE 手册所采用,并且影响到欧洲及世界其他国家. 直至今日,我国的一些计算方法仍以此为基础.前苏联的热工学派弗拉索夫等学者在长期研究的基础上,在20 世纪40～50 年代提出了一种谐波法. 该法就是将太阳辐射及室外温度等作为以余弦函数形式表示的周期作用的外扰,由一维傅立叶方程出发,建立定解问题. 用调和分析的方法,由傅立叶级数表示,以求出各个不同时刻墙体的得热量. 谐波法的简化算法就是当量温差法. 1944 年,日本前田敏男开始用二阶偏微方程研究墙体导热问题,也提出了类似的计算概念[4 ] .这些计算方法均只考虑围护结构本身的不稳定传热,考虑墙体热传递过程中的衰减和时间上的延迟,但并未考虑整体房间的不稳定热作用过程,具体说就是没有区别房间得热量、冷负荷和除热量3 个不同概念,而把进入房间的瞬时得热当作瞬时负荷,致使空调系统设备容量偏大.1.3 动态负荷计算时期20 世纪60 年代初,美国Carrier 公司在多年研究基础上,提出了蓄热负荷系数(SLF)法.此法考虑了由窗进入房间的太阳辐射被围护结构及家具吸收后重新放出的影响,以蓄热负荷系数的方式给出. 设计使用上比较方便. 此法的影响较大,为欧洲和日本所重视,并在1972 年传入我国.依据工程控制论的扰量和离散化处理想,1967年加拿大国立研究所Step heson 和Mitalas 提出了反应系数(Response Factor)法,1971 年, Step heson和Mitalas 又用Z 传递函数改进了反应系数[8 ,9 ] . 并提出了适合于手算的冷负荷系数法并被1972 年ASHRAE 基础手册采用.1997年Spitler 等提出了辐射时间序列法———Radiant Time Series met hod. 简RTS ，该方法将墙体、屋顶、窗等得热量和冷负荷区别开来,引入辐射系数,并给出了该方面定量的计算方法. 该方法是对前述的当量温差法、传递函数法、冷负荷系数法的有效发展,适于计算机计算. Spitler 、Fisher 、Ipseng 等对于该方法的周期性响应系数、计算方法等都有深刻的研究。

负荷计算方法发展图2.空调负荷计算方法简单介绍空调动态负荷的计算显得比较繁琐，即便是采用一些简化手段，计算工作量也是比较大的。

估算最简便，捷径行路，人之通性，慢慢的被它取而代之了。

但是估算的根据并不坚定，偏于保守是不可避免的，总是顾虑怕估算的小了，这也是可以理解的。

目前空调负荷的计算还是以估算为主。

2.1整体逐时负荷算出整个建筑逐时负荷的最大值。

跟据这个最大值选择机组。

把整体客房建筑看成一个孤立整体，用整体的围护结构等计算用总的客房数，总的客人数。

2.2单独计算再累加先将每个房间单独计算，再将每一个房间加起来。

是根据每一个房间的逐时负荷的最大值，在把每个房间的逐时负荷的最大值加起来。

显而易见第二种肯定比第一种的大。

2.3估算目前的估算方法主要有两种，一种是出版的各种书籍的推荐值，对于一般空调房间时适合的，但是对于特殊的房间是不符合的。

第二种方法是各设计单位自行设定的。

从理论上讲第一种方法最正确，最大的逐时负荷就是整个建筑的空调负荷，最大的逐时负荷当然不是每一个房间的最大的逐时负荷，所以第一种方法肯定是比第二种方法要小。

但是如果选择第二种方法的话，比较有保障，能够保证空调机组的效果。

但是当我们在查看图纸时，一般相同面积和条件的空调房间的末端设备都是相同的。

不论房间朝向和围护结构的材料。

从这点可知，我们在选择空调系统时，一般是采用估算法。

但是即使是估算法也要注意与实际想符合，要根据实际的经验以及不同建筑的各自不同的情况。

3.空调负荷计算的基本概念3.1得热量得热量是指进入房间的瞬时得热量注：得热并不等于冷负荷3.2冷负荷冷负荷是指为了维护室内室温而在任一瞬间应从室内除去的热量，也称空载负荷（1）先贮存后逐时放出的显热≠冷负荷，（2）能全部以对流方式传给室内空气的瞬时显热得热=瞬时冷负荷；（3）瞬时潜热=瞬时冷负荷。

（4）冷负荷并不等于系统的除热量，还应包括预冷负荷。

3.3除热除热量指当空调系统间歇进行时，由于室温偏离设定值而在室内空气与围护结构之间产生的热交换和上述室内冷负荷之和。

除热量也并不等于系统的需热量（也就是需冷量），还应包括设备负荷。

3.4需热需热是指供给空调设备的冷热量。

连续进行系统需热=空调负荷＋设备负荷间歇进行系统需热=除热量＋设备负荷4、空调负荷计算的组成4.1空调房间的冷负荷包括(1)、由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷；(2)、人体散热、散湿形成的冷负荷；(3)、灯光照明散热形成的冷负荷；(4)、其他设备散热形成的冷负荷；(5)、渗透空气所形成的冷负荷（6）新风量负荷4.2冷负荷计算(1)围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法a、外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷b、内围护结构冷负荷内围护结构是指内隔墙及内楼板，它们的冷负荷也是通过温差传热(即与邻室的温差)而产生的，这部分可视为稳定传热，不随时间而变化。

c、外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷。

d、透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法e、室内设备散热形成的冷负荷f、人体显热散热形成的冷负荷g、人体潜热散热形成的冷负荷h、新风负荷5空调负荷计算的注意事项5.1空调室外空气计算参数的取值空调室外空气的计算参数室外空气计算参数的取值大小将直接影响室内空气状态和空调费用。

因此，在空调设计中，暖通空调工程师要严格按照规范选用室外空气计算参数作为建筑物围护结构的温差传热量和新风负荷的计算依据。

在选用时应该明确下列要求：(1)设计规范中规定的室外计算参数是按全年少数时间不保证室内温湿度标准而制定的，因此，若室内温湿度必须保证时，应另行规定。

(2)空调系统冬季的加热、加湿所耗费用远小于夏季的冷却去湿所耗费用。

为了便于计算，冬季可按稳定传热方法计算传热量，而不考虑室外气温的波动。

5.2室内温湿度的优化组合通过以上分析可以很清楚地看到：室内空气温度对人的热舒适感影响很大，但对空调能耗的影响很小。

而相对湿度对人的舒适感影响很小，但是对空调的能耗影响很大。

综上所诉，在确定室内设计参数时，为了保证较高的热舒适度，室内设计温度应取低一点，而在一定温度范围内，通过提高室内设计相对湿度的途径减少空调能耗。

5.3负荷计算的放大系数变频多联机系统使用灵活，计算负荷时应考虑间歇使用和户间传热的影响，室内负荷宜取1.1一1.3的放大系数，这与水系统计算负荷有区别。

多联机室内、外机系统装机容量应适当有余量，与室内机工作温度范围有直接关系；选择室内外机应注意管长、温度修正。

冬季还应注意温度修正系数。

6本空调系统设计的负荷计算6.1原始资料6.1.1气象参数6.1.1.1地理位置: 南京市北纬32 00'东经118 48'海拔8.9M6.1.1.2室外设计计算参数:夏季空调室外计算干球温度 35 C夏季空调室外计算日平均温度 31.4 C夏季空调计算湿球温度 28.3 C夏季空调室外平均风速 2.6M/S 风向 SE夏季大气压 100.40kPa冬季空调室外计算干球温度 -6 C冬季最冷月室外计算相对湿度 73%冬季空调室外平均风速 2.6M/S 风向NE冬季大气压 102.52kPa6.1.2建筑概况及工况设定6.1.2.1本建筑有节能要求，并且是选用环保冷媒R410a注意根据此建筑的要求，例如：是否有使用节能保温材料的要求。