空调负荷计算..

1、第二章负荷计算一、计算的原理与方法2.1 室内外空气计算参数室外空气计算参数是指现行的采暖通风与空气调节设计规范(GB50019 2003)(简称规范)中所规定的的用于采暖通风与空调设计计算的室外气象参数。2.1.1.1 夏季空调室外计算干、湿球温度规范规定，夏季空调室外计算干球温度取夏季室外空气历年平均不保证50h的干球温度；夏季空调室外计算湿球温度取夏季室外空气历年平均不保证50h的湿球温度；2.1.1.2 夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度夏季空调室外计算逐时温度(t)，按下式确定：tTto，mtd( 2-1 )式中to,m 夏季空调室外计算日平均温度,规范规定取历年平均不保证 5天的

2、日平均温度，C;B室外空气温度逐时变化系数，按下表2-1确定;时刻123456789101112-0.35-0.38-0.42-0.45-0.47-0.41-0.28-0.12-0.030.160.290.4时刻1314151617181920212223240.480.520.510.430.390.280.140-0.1-0.17-0.23-0.26td 夏季空调室外计算平均较差，C,按下式计算:to , s to, m td 一(2-2 )0.52式中to,s 夏季空调室外计算干球温度，C。2.1.1.3冬季空调室外计算温度、相对湿度规范规定采用历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调

3、室外计算 温度；采用累年最冷月平均相对湿度作为冬季空调室外计算相对湿度。2.12 室内空气计算参数室内空气计算参数的选择主要取决于：建筑房间使用功能对舒适性的要求地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素根据规范规定，舒适性空调，室内计算参数如下：夏季：温度应采用2228 C相对湿度应采用40%65%风速不应大于0.3m/s冬季：温度应采用1824 C相对湿度应采用30%60%风速不应大于0.2m/s2.2夏季建筑围护结构的冷负荷采用非稳态使用冷负荷系数法计算空调，冷负荷系数法是建立在传递函数法 的基础上，是便于手算的一种简化计算方法。由于室内外温差和太阳辐射作用， 通过建筑围护结构传入室内的

4、热量形成的冷负荷就是夏季围护结构的冷负荷。方法如下：围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法221.1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙好玩屋面的逐时冷负荷可按下式计算：QcAKtc()tR(2-3 )式中Qc(t外墙屋面的逐时冷负荷，W ；A外墙或屋面的面积，m2;K外墙或屋面的传热系数，W/(m 2°C)；tR室内计算温度，C； tc(T外墙或屋面的逐时冷负荷计算温度C。必须指出：上式中的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区的气象参数 为依据计算的，因此对不同的设计地点，应对进行修tc( T值修正为tc( T+ Atd。 修正值Atd可由设计手册查得。当

5、外表面放热系数不等于18.6w/(卅C时，应将(tc(T+ Atd)乘以表2-2 中的修正值。外表面放热系数修正值k a 表2-2a14.216.318.620.923.325.627.930.2oW/( m2(12)(14)(16)(18)(20)(22)(24)(26)Ck a1.061.0310.980.970.950.940.93注：外表面放 热系数ao与室外风 速v ( m/s )有关，近似 ao=l0.46+3.95v(2-4 )当内表面放热系数变化时，可不加修正。考虑到城市大气污染和中、浅色的耐久性差，建议吸收系数一律用p =0.9. 即对tc( T不加修正。但可经久保持建筑围护

6、结构表面的中、浅色时，则 tc(T乘以 表2-3所列的吸收系数修正值k p。吸收系数修正k p表2-3颜色类别外墙屋面浅色0.940.88中色0.970.94综上所述，冷负荷计算式应为:Qc AK （tc（） td） k a kp tR（2-5 ）221.2 内围护结构冷负荷当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷 负荷可按公式（2-3 ）计算。当邻室有一定发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、 内窗、内门等内维护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作不随时间变化的稳 定传热，按下式计算：Qc（）心人心戸 ta tR）（2-6）式中Ki内维护结构（如内墙、楼板等）的传热系数

7、， W/（m 2C）；Ai内维护结构的面积。 m2;to,m 夏季空调室外计算日平均温度，C；Ata附加温升，可按表 2-4选取。附加温升表2-4令E室散热量（W/m 2）Ata（C）很少（如办公室、走廊）02<2323116>116当邻室为空调房间时，通过内围护结构的冷负荷可忽略不计，因为温差小于3 °C。221.3 外玻璃窗逐时传热形成的冷负荷在室内外温度差作用下，通过外玻璃传热形成的冷负荷可按下式计算：Qc( ) KwAw(tc( ) tR )( 2-7 )式中Q c(T外玻璃窗的逐时冷负荷， W ;Aw 窗口面积，m2 ;Kw外玻璃窗的传热系数，W/(m 2 C)

8、，可由设计手册查得；tc(T外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，C可由设计手册查得。 必须指出：式中Kw值要根据窗框等情况的不同加以修正，修正值cw可以在设计手册查得。对tc( T的值要进行地点修正，修正值厶td可以在设计手册查得。(2-8 )因此，式(2-6 )相应地变为:Q c( )cw K w Aw (tc( )tdt R )2.2.1.4地面传热形成的冷负荷对于舒适性空调，夏季通过地面传热形成的冷负荷所占的比例很小， 可以忽 略不计。2.2.2透过玻璃窗的日射得热形成冷负荷的计算方法1）日射得热因数透过玻璃窗进入室内的日射得热分为两部分， 即透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热qt和玻璃窗吸收

9、太阳辐射后传入室内的热量 qa，两者相加得Dj 5 qa（2-9）称Dj为日射得热因数。经过大量统计计算工作，得出了适用于各地区的日射得热因素最大值Dj，max， 可由设计手册查得。考虑到非标准玻璃情况下，以及不同窗类型和遮阳设施对得热的影响，可对日射得热因数加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数Cc,s。Cc,s CsCi（ 2-10）式中Cs窗玻璃的遮阳系数，可由设计手册查得。Ci窗内遮阳设施的遮阳系数，可由设计手册查得。2）透过玻璃窗日射得热形成冷负荷计算方法(2-11)透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷Q c（ t按下式计算:Qc( )CaAwCsCiD j maxC LQ式

10、中Aw窗口面积，m2;Ca有效面积系数，可由设计手册查得;Clq窗玻璃冷负荷系数，无因次，可查得。必须指出：Clq值按南北区的划分而不同，建筑地点在北纬27 °0 '以南的地 区为南区，以北的为北区。2.3室内热源散热引起的冷负荷室内热源散热主要指室内人体散热、 照明散热和工艺设备散热三部分。室内 热源散热包括显热和潜热两部分。潜热作为瞬时冷负荷，显热散热中以对流形式 散出的热量成为瞬时冷负荷，而以辐射形式散出的热量则先被围护结构表面所吸 收，然后再缓慢地散出，形成滞后的冷负荷。所以，必须采用相应的冷负荷系数。人体散热形成的冷负荷人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境

11、条件等多种因素有关。 为了设计计算方便，以成年男子散热量为计算基础。而对于不同功能的建筑物中 有各类人员不同的组成进行修正，为此，引入群集系数书（人员的年龄构成、性 别构成以及密集程度等情况的不同而考虑的折减系数），可由设计手册查得。人体显热散热引起的冷负荷计算式为：Qc（） q$n Clq（2-12 ）式中Qc（T人体显热散热形成的逐时冷负荷，W ;qs不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，可由设计手册查得；n室内的全部人数；©群集系数；CLQ 人体显热散热冷负荷系数，计算时应注意其值为人员进入热房 间时算起到计算时刻的时间，可由设计手册查得。人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：

12、Qc（） qin（2-13 ）式中Q c 人体潜热散热形成的冷负荷，W;qi 不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，可查得；n ,© 同式（2-11 ）。232 照明散热形成的冷负荷当电压一定是时，室内照明散热是不随时间变化的稳定散热量，但照明散热仍以对流与辐射两种方式进行散热，因此，照明散热形成的冷负荷采用冷负荷系 数法计算。根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：白炽灯：Qc（）IOOONClq（2-14 ）荧光灯：Qc（）1000nirizNCLQ（2-15 ）式中 Qc（ T 灯具散热形成逐时的冷负荷，W;n -照明灯具所需功率，kW ;n 1 镇流器消

13、耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1=1.2 ;当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1=1.0 ；n2灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板）， 可利用自然通风散热与顶棚内时，取n2=0.50.6 ;而荧光灯罩 无通风孔时，取n2=0.60.8 ;Clq 照明散热冷负荷系数，计算时应注意其值为开灯时刻算起 到计算时刻的时间，可由设计手册查得。设备散热形成的冷负荷设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：Qc()QsClq(2-16 )式中 Qc( T 设备和用具显热形成的冷负荷，WQs 设备和用具的实际显热散热量，W;Clq设备和用具显热散热冷负荷系数，可由设计手

14、册查得。设备和用具的实际显热散热量按以下方法计算： 电动设备当工艺设备及其电动机都放在室内时：Qs 1000nnsN/(2-17 )当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：Qs 1000ngnsN(2-18 )当工艺设备不在室内，而只有电动机在室内时：1Qs 1000nin2n3N(2-19 )式中N电动设备的安装功率，kW ;n电动机效率，可由产品样本查得；m利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可 取0.70.9 ;n2电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器 设计时最大实耗功率之比，对普通机床取 0.5左右； n3同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率

15、与总 安装功率之比，一般取0.50.8。 电热设备散热量对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：Qs 1000门小:门彳!4N（2-20）式中n4考虑排风带走热量的系数，一般取 0.5 ；其他符号意义同前 办公及电器设备的散热量当办公设备的类型和数量无法事先确定时，可按下式计算散热量Qs qfA（2-21 ）式中qf电器设备的功率密度，W/ m2，可查相关手册得A空调区面积，m22.4冬季建筑的热负荷对于民用建筑，冬季热负荷包括两项：围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入 室内的冷空气耗热量。围护结构的耗热量规范规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。2.4.1.1 围护结构的基本耗

16、热量(2-22围护结构的基本耗热量可按下式计算：Q jAj K j (tRto,w)a）式中 Qjj部分维护结构的基本耗热量， W ;Ajj部分围护结构的表面积，m2;Kj j部分围护结构的传热系数， W/（m 2C）； tR冬季室内计算温度，C；to,w 空调室外计算温度，C；a围护结构的温差修正系数，可查得。241.2 围护结构附加耗热量 朝向修正率不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向， 风的速度和频率也不同。因此，规范规定对不同的垂直外围护结构进行修正 修正率如表2-5 。朝向修正率 表2-5朝向修正值北、东北、西北朝向0 10%东、西朝向-5%东南、西南朝向

17、-10% -15%南向-15% -30% 风力附加率规范规定在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%10% 外门附加率为加热开启外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按表2-6中查出的相应的附加率。阳台门不考虑外门附加 率。夕卜门附加率（%） 表2-6建筑物性质附加率公共建筑或生产厂的主要出入口500%民用建筑或工厂辅助建筑，当期楼层为 n时有两个门斗的三层外门60n有门斗的双层外门80n无门斗的单层外门65n 高度附加率当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过 4m时，每增加1m，附加 率

18、为2%，但最大附加率不超过15%。高度附加率应加在基本耗热量和其他附加 耗热量的总和上。24.2门窗缝隙渗入冷空气的耗热量有空调的房间内通常保持正压，因而在一般情况下，不计算门窗缝隙渗入室 内的冷空气的耗热量。2.5湿负荷湿负荷是指空调房间的湿源向室内的散湿量， 也就是为维持室内含湿量恒定 需从房间除去的湿量。因为一般的民用建筑中只有人体散湿， 所以一般只计算人 体散湿量作为湿负荷。人体散湿量可按下式计算：mw 0.278n g 10 6（2-23）式中mw人体散湿量，kg/s ;g成年男子的小时散湿量，g/h，可查得。n, 同式（2-11）2.6新风负荷空调系统中引入新风是保障良好室内品质的

19、关键。在夏季室外空气焓值和气温高于室内时，空调系统为处理新风势必消耗冷量。而冬季室外气温比室内低且含湿量也低时，空调系统为加热、加湿新风势必消耗能量。据调查，空调工程中 处理新风的能耗要占到总能耗的25%30%，对于高级丙谷胺和办公建筑可高达40%。可见，空调处理新风所消耗的能量是十分可观的。所以，在满足空气 品质的前提下，尽量选用较小的新风量。否则，空调制冷系统与设备的容量将增 大。夏季，空调新风冷负荷按下式计算：Qc,o Mo（ho hR）（ 2-24）式中Qc,。夏季新风冷负荷，kW ；M。新风量，kg/s ；ho室外空气的焓值，kJ/kg ；hR室内空气的焓值，kJ/kg。冬季，空调新

20、风热负荷按下式计算：Qh,o MoCp（tR to）（2-25）式中Qh,o空调新风热负荷，kW ；Cp空气的定压比热，kJ/(kg 取 1.005kJ/(kg (；to 冬季空调室外空气计算温度，C；tR冬季空调室内空气计算温度，C。二、计算实例以办公室101为例进行计算，过程如下：已知条件：a. 西外墙：传热系数 K=1.97W/( m2C)，III 型墙，A=22.8 m2b. 南外窗：传热系数 K=3W/( m .C)，A=3.6 mc. 南外墙：传热系数 K=1.97W/( m .C)，A=10.8 md. 室内人员：6人e. 照明：225.72Wf. 设备：410.4W1夏季室内的

21、冷负荷解：按已知条件，分项计算如下：西外墙冷负荷由表查得冷负荷计算温度逐时值，即可按式(2-5 )算出西外墙逐时冷负荷，计 算结果列于表2-7中。西外墙冷负荷表2-7时间7891011121314151617tc36.435.434.433.532.832.432.132.132.332.833.7d2.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.1ka0.980.980.980.980.980.980.980.980.980.980.98kp0.940.940.940.940.940.940.940.940.940.940.94tR2626262626262626262626

22、K1.971.971.971.971.971.971.971.971.971.971.97A22.822.822.822.822.822.822.822.822.822.822.8425.1383.8342.4305.1276.2259.6247.2247.2255.5276.2313.4Qc81393866437注：淮安夏季平均风速为2.6m/s ,按式（2-4）, ao=10.46+3.95 X2.6=20.73W/（怦。K）,查表 2-2 , k a 取 0.98南外墙冷负荷由表查得冷负荷计算温度逐时值，即可按式（2-5 ）算出南外墙逐时冷负荷，计算结果列于表2-8中。南外墙冷负荷表2-

23、8时间7891011121314151617tc3332.231.530.930.530.430.631.332.333.534.9d11111111111ka0.980.980.980.980.980.980.980.980.980.980.98kp0.940.940.940.940.940.940.940.940.940.940.94tR2626262626262626262626K1.971.971.971.971.971.971.971.971.971.971.97A10.810.810.810.810.810.810.810.810.810.810.872.064.262.266.1

24、79.899.4123.0150.4Qc113.2197.5383.8151579914南外窗瞬时传热冷负荷由表可查得玻璃窗冷负荷计算温度tc（T和各修正系数，按式（2-8 ）计算，结果列入表2-9中。南外窗瞬时传热冷负荷表2-9时间7891011121314151617tc2626.927.92929.930.831.531.932.232.232d33333333333tR2626262626262626262626Kw33333333333Cw11111111111Aw3.63.63.63.63.63.63.63.63.63.63.664.874.584.291.896.199.399.

25、397.2Qc32.4042.1252.9202402660透过南玻璃窗日射得热引起的冷负荷由表可查出各修正系数，因为淮安（33.5 °N ）属于北区，可由表查出北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值 CLQ,和Dj，max。按式（2-11 ）可得出结果列于表2-10中。南窗透入日射得热引起的冷负荷表2-10时间7891011121314151617CLQ 0.180.260.40.580.720.840.80.620.450.320.24Dj，251251251251251251251251251251251maxCs 0.860.860.860.860.860.860.860.86

26、0.860.860.86Ci 0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5Ca 0.750.750.750.750.750.750.750.750.750.750.75Aw 3.63.63.63.63.63.63.63.63.63.63.652.475.7116.5169.0209.8244.7233.1180.6131.193.269.9Qc57622937354地面冷负荷因为下面是不装空调的地下室，所以地面的冷负荷要按内围护结构来计算，查表得地面的传热系数K=1.01W/（ m2C ），贝U按式（2-6 ）计算Qc（）151.29W。人员散热引起的冷负荷当室温为26

27、C时，可由表查得每人散发的显热和潜热量以及办公室的群集系数， 由表查得人体显热散热冷负荷系数逐时值（注意：8:00为人员进入室内的第一小时）按式（2-12 ）计算人体显热散热逐时冷负荷，按式（2-13 ）计算人体潜 热引起的冷负荷，将两者结果相加即为人员散热引起的总的冷负荷，计算结果列 于表2-11。人员散热引起的冷负荷表2-11时间7891011121314151617CLQ00.510.610.670.720.760.80.820.840.380.3qs60.560.560.560.560.560.560.560.560.560.560.5n666666666660.930.930.930

28、.930.930.930.930.930.930.930.93qi73.373.373.373.373.373.373.373.373.373.373.3409.0581.1614.9635.2652.0665.5679.0685.8692.5537.3510.2Q明散热引起的冷负荷由于明装荧光灯，镇流器在室内，故镇流器消耗功率系数ni取1.2，灯罩隔热系 数n2取0.6。由表查得照明散热冷负荷系数，按式（2-15 ）计算，计算结果列 入表2-12中。照明散热形成的冷负荷表2-12时间7891011121314151617CLQ0.380.710.80.850.880

29、.910.920.930.940.590.26n11.21.21.21.21.21.21.21.21.21.21.2n20.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.6225.7225.7225.7225.7225.7225.7225.7225.7225.7225.7225.7N22222222222Q61.76115.3130.0138.1143.0147.8149.5151.1152.795.8942.2591429247设备散热形成的冷负荷因为在办公室中主要是办公设备，所以按式（2-21 ）计算出设备的实际散热量， 再由表查出设备显热散热冷负荷系数 Clq,再按式（2-

30、16 ）计算出设备散热形成 的冷负荷，计算结果列于表2-13中。设备散热形成的冷负荷表2-13时间7891011121314151617CLQ0.770.90.930.950.960.970.970.980.980.220.09q410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4316.0369.3381.6389.8393.9398.0398.0402.1402.1Q90.2936.94167889999由于室内压力大于大气压力，所以不考虑由室外空气渗透所引起的冷负荷。将上述各项计算结果列于表2-14中，并逐时相加，来求得办公室10

31、1的冷负荷 值。各项逐时冷负荷汇总表表2-14时间7891011121314151617西外墙425.18383.81342.43305.19276.23259.68247.26247.26255.54276.23313.47南外墙113.2197.5383.8172.0564.2162.2566.1779.8999.49123.01150.44南外窗32.4042.1252.9264.8074.5284.2491.8096.1299.3699.3697.20传热南外窗透入日 52.4575.77116.56169.02209.82244.79233.13180.67131.1393.2569

32、.94射得热地面151.29151.29151.29151.29151.29151.29151.29151.29151.29151.29151.29人员409.01581.18614.94635.20652.08665.58679.09685.84692.59537.30510.29照明61.76115.39130.01138.14143.02147.89149.52151.14152.7795.8942.25设备316.01369.36381.67389.88393.98398.09398.09402.19402.1990.2936.94总计1561.311816.441873.641925

33、.571965.142013.802016.341994.411984.361466.611371.82由表2-14可以看出，办公室 101最大冷负荷值出现在13:00时，其值为2016.34W。2.冬季热负荷围护结构的耗热量由已知条件可按式（2-22 ）计算出基本耗热量，温差修正系数可由表查得，附加耗热量也可按表查得，计算结果列入表2-15中。围护结构耗热量计算表 表2-15室内室外编号及房间热温度温度修正热量负荷传热系数朝向to,mTa风力面积AKQc修正高度Q名称(C(Ca附加() W/(W)率附加（W）)(%)温差基本耗围护结构计算计算名称（卅C）(%)耗热量修正1011131.8西外

34、墙22.81.97-5%1930.8南外墙10.81.9720-5.2536.16-20%南外窗3.6272.16-20%地面 20.521.010.4208.91注：因为有地下室,所以地面按内围护结构计算冷风渗透耗热量计算因为空调房间内保持正压，所以冷风渗透耗热量可忽略不计。因此办公室101的热负荷为1930.85W。3.湿负荷因为办公室里一般只有人体散湿量，所以由已知条件知，办公室101里有6个人，g和书可由表查得，g=109g/h,书=0.93 则按式（2-23）计算，mw0.278n g 10 6 =0.278 X6 X0.93 X109 X10-6=1.69 X10_4kg/s。其余

35、的房间用同样的方法计算可得出，现将整个建筑的负荷汇总。冷负荷汇总（W）表 2-16时间78910111213141516173477428324788652345标准实用585059435755552444013.3949一楼7.13.35.214.826.041.708.219.064.98995.814553570366139862996341644166636764676652527.4671二楼4.85.85.189.230.648.875.278.302.68164.344226526785745960176164635365716624658352776.4700三楼2.00.55.931.785.052.255.645.308.11266.475262661727157273727444758778868040806363562.5651四楼9.37.15.069.034.93