空调设计冷负荷确定中存在问题的探讨

空调设计冷负荷确定中存在问题的探讨1引言随着对外开放政策的贯彻，国民经济得到迅猛的发展，人民生活水平逐年提高，宾馆、饭店、写字楼中建设规模大、暖通条件要求高的大型建筑物越来越多，空调设施特别是中央空调越来越普遍地应用于人们的生产和生活之中。空调等设备的使用，每时每刻都在消耗大量的能源，一般情况空调能耗约占总建筑物能源消耗的60%。所以，降低与控制建筑物中日常空调使用能耗水平，已是一个十分迫切的问题。在中央空调系统的设计中，空调冷负荷量在计算中的确定是关系到空调工程设备的投资费用和安装费用、空调占用建筑面积、空调运行费用以及能源消耗量等一系列指标的重大问题。国内外有识之士多有论文对此问题进行探讨，研究探索解决空调设计冷负荷量计算偏大的办法和节能设计方案。本人在空调设计方案评审中，遇到过不少对冷负荷的确定产生分歧的情况，在日常工程管理和设备维护中深刻地体会到空调设计冷负荷偏大不仅使系统很难在高效率下运行，还给建设单位造成设备初投资的浪费、能耗增大及运行成本增高。根据调查显示，目前国内的很多空调工程，制冷机组的装机负荷与实际运行负荷相比均不同程度的存在着偏大现象，甚至存在最大负荷时系统也只开启一半的冷水机组，这给使用单位选译备用机组时产生了误导。因此，设计冷负荷量的计算确定是否合适，对空调机组的使用、能源的利用起着重要的作用。下面我就产生问题的原因和计算中存在的一些问题与大家探讨。2空调设计冷负荷偏大的原因2.1采用一天中冷负荷峰值空调设计中冷负荷量采用一天冷负荷峰值，使空调投资与运行费用增大。杭州地区实际上出现最大设计冷负荷的时间每年只在10〜20h，绝大部分时间空调设备只在较小部分负荷条件下运行。根据对24座宾馆、饭店空调制冷量的装机容量与夏季实际开机容量的调查测试，资料表明，目前宾馆、饭店制冷机的设计最大负荷普遍选用过大，大约有67%的工程按94〜163W/m2指标选用制冷设备，而实际上83%的工程的实际开机容量的冷负荷指标只在58〜93W/m2之间（见表1）。ft1 2点痕宾洎.的晴的凋竟，浙辰mri曲Ji -5KI*U5 HkJ.7IE。-®>11631JS JHiDJJKJw 心SJJ.L.7占以政的比舸.r.ff心一 ——It.4整踪4=机群2n0稍的交ffi财3V337.5125 83fl的岫条备计百分b MJ.t=—◎—It.鲁2.2风系统设计中风量偏大在一些大风量的空调系统中，因设计计算时偏差大、没有对每个环路进行水力平衡、对于压差相差悬殊的环路所设置的平衡阀等所起平衡作用不够好、施工安装后调试不够完善、环路之间阻力不平衡等原因而引起热力工况失调，只能靠大冷量、大风量来弥补。另外，风系统划分不全面，不精确，例如晚上营业使用的舞厅、咖啡厅，就餐时间使用的中、西餐厅，多在白天使用的会议厅，它们的使用时间不同，空调场所负荷特点也不一样，这都易造成设计风量偏大。所以应根据这些空调房间的使用规律、负荷特点划分系统的服务范围和规模，并尽量使空调机组设置在靠近空调房间的地方。2.3新风处理量大重庆建筑工程学院曾对北京、上海、广州等地的5家宾馆、饭店的全年空调负荷进行计算，新风处理的冷负荷与围护结构传热负荷的比值在1-5.5倍之间，一般超过2倍，因此，空调负荷的大部分用来处理新风。若采用热回收装置，则可回收空调排风中的冷量，预冷新风，可减少空调负荷。2.4盲目追求“透”、“亮”，加大了外窗面积透过外窗玻璃的太阳辐射热是造成室内空调冷负荷的主要组成部分，而单位冷量的冷价约为单位热量热价的5~10倍，所以，减少太阳辐射的透过率是降低空调冷负荷、节约能源的有效措施。外墙窗墙面积比的提高，不仅增加了太阳辐射热，而且增加了玻璃外窗的空气渗透，对冷负荷和实际能耗产生显著的影响。从降低空气渗透和减少辐射热出发，可采用提高外墙气密性如采用外墙铝合金窗、塑钢窗，根据建筑物太阳辐射角和朝向设置不同类型、大小的遮阳档板等措施，控制合理的窗墙面积比显得尤为重要，一般控制在0.4左右为宜。2.5制冷系统缺乏虫网调峰手段一般制冷系统用电时都无法调峰，如在制冷系统设计时配套冰蓄冷装置用于削减峰值负荷，则可降低装机容量、提高设备运行效率。冰蓄冷空调可使制冷机组装机容量下降30%，利用峰谷电价差还可降低运行费用。2.6装有大容量强光灯在宾馆饭店内的某些公共场所，装有大容量强光灯，嵌入顶棚内。这些灯具有20%-40%的发热量直接散向室内，其余的热量散入顶棚内，提高了顶棚的空气温度，再通过顶棚面进入空调环境，又成为空调冷负荷。灯具和其他设备增加了空调负荷。在空调设计中，可采用自然通风或机械排风的方法，配上合适的可通风排热的灯具和其他设备，把其发生的热量有组织地排出室外，从而达到减少空调冷负荷的目的。2.7计算管子厚度的方法不一样用防结露法计算出管子保温厚度比用经济厚度法计算的管子薄。但从冷量损失相比较，管子采用经济保冷厚度可比防结露保冷厚度减少冷量损失40%-50%。为此，本着节能的观点，供冷水管与供冷风管应按经济厚度法计算管子的保冷厚度，这可减少空调冷负荷。3设计计算中解决的办法3.1采用外围护结构冷负荷的逐时计算围护结构冷负荷是空调房间总冷负荷中必不可少的一部分，不同的建筑物因使用性质不同其所占总冷负荷的百分比不同。空调房间从外围护结构获取的热量即空调房间外围护结构的冷负荷，包括围护结构的温差传热冷负荷和外门窗的日射辐射冷负荷。在计算各房间冷负荷时，应注意将房间各朝向的负荷按逐时求和，而在计算各房间冷负荷之和时，应注意将每个房间的逐时冷负荷进行累加，从而得出一天内最大负荷值。而少数设计人员为图省事，不论在计算房间负荷时还是在负荷累加时，均不按逐时取值，而按各朝向冷负荷的最大值之和确定房间负荷，再按各房间的最大负荷进行累加确定总负荷，这样虽然省事但结果却不正确，房间东西南北各朝向房间冷负荷并非出现在同一时刻，比如东向围护面的最大值出现在上午，而西向围护面的最大值出现在下午，只有做好围护结构冷负荷的逐时计算，才能够了解房间或建筑物负荷的动态变化，才能保证负荷计算与实际情况的一致性。表2为应用某空调负荷计算软件进行的空调围护结构冷负荷的计算结果，计算房间几何尺寸如图1，计算条件如下：计算地点为杭州市，室内设计干球温度25oC，相对湿度为60%，外墙250mm加气砼，K=0.95W/m2K，外窗单框双玻塑钢窗，K=3.5W/m2K，假设房间位于中间层即无上下传热，相邻房间均为空调房间，层高3.6m，窗高2.00m，无内外遮阳措施。田彳房间尺寸聂2室调冷辑罚计算蜻*础l'<(8细哄11』州1削册财1浏曹IINhlIIIJ47.<l“收N啊l.N说睇折M43475,2"*HI41州sIlf*J伸一ii-r间峰网|和ENl明10L心将说曲W?E”5"K5HI.5血岛冷如监HMHI1157g稣(151亦M4I从表中可见东向房间的最大冷负荷出现在上午9:00，为1061W；西向冷负荷出现在下午17:00，为1157W；两个房间逐时冷负荷之和的最大值即用以选择冷水机组的冷负荷出现在17:00左右，为1799W，而不是按各自房间的最大负荷之和1061+1157=2218(W)。假设用后者，无形之中将围护结构的冷负荷增大了23%。当然，末端设备如风机盘管的选型还是应以各自房间的最大负荷作为依据。空调房间设计冷负荷的逐时计算是一个相对来说较为烦琐的过程，在设计行业市场化的今天，空调设计人员应对完成的设计及时做好总结，比如对各种体形的建筑物分类归档其最大负荷之和及逐时负荷之和，并建立其大致的关联，为以后的设计提供方便。3.2考虑相同用途房间的同时使用系数目前各种空调设计的参考资料中很少有对各空调房间的同时使用系数进行专门论证的，但笔者认为这的的确确又是影响设计制冷机组选型偏大的一个原因。特别如旅游旅馆类建筑，其客房的入住率极少能够达到100%，一般能够达到60%-70%就已经不错了，有些甚至不到30%，如果按入住率100%进行选型的话，必然会出现绝大部分时间机组冷量绰绰有余。根据我国近几年的国情，旅游旺季大多出现在“五一”和“十一”假日期间，而此时在我国绝大多数地区并非是最热季。可见即使在上述旺季出现入住率100%，而制冷机组还会出现富裕量。3.3对不同用途的房间或建筑物考虑负荷参差率当前我国已建、在建的建筑中较大型的综合性建筑占有相当比例，该类建筑功能多样化，面积一般都较大，一个建筑物中往往具有商场、宾馆、酒店、保龄球及歌舞娱乐等多种功能。其各功能部分的使用时间往往相差很大，如餐饮部分一般在中午和傍晚的用餐时间即中午11:00和晚上18:00左右投入使用；保龄球和歌舞娱乐大多在晚上20:00以后；商场一般从早9:00到晚20:00；而客房在白天工作时间大多无人。对于该类建筑物或区域供冷类工程，设计人员应根据各种不同用途房或建筑物的使用性质进行认真的负荷分析，确定其不同的使用时间，对其总负荷按逐时进行归类。当然，进行详细的负荷计算所需的工作量是相当巨大的，但设计人员应在较为全面和科学的分析之上，对来自各部分的负荷有一个全面的认识，进而得出各部分负荷出现的负荷参差率。该负荷参差率应从实际运行工程中统计得出，有些资料推荐可以在总负荷的基础上乘以0.8。3.4采用变流量系统在空调系统的设计上，应优先采用变流量系统。采用VAV变风量系统或者变频控制水流量系统都能减少空调系统的运行能耗，也即能减少制冷机组的装机容量。只有在变流量系统中，制冷机组的容量才能按系统的小时最大冷负荷配置。对定流量系统来说，如果按系统的小时最大冷负荷选择机组容量，就会引起系统水力工况和热力工况的失调。虽然制冷机组提供了足够的制冷量，仍会引起部分末端设备供冷量不足，使这部分区域的空调设计参数达不到设计要求，影响空调设计的效果。3.5综合考虑系统形式和控制方式的不同因系统不同，控制方式不同，必然出现过冷过热的情况，这时，各房间的逐时负荷（因没有考虑运行的差异）不等于制冷机组总负荷，总负荷还与空调机组（或风机盘管）的处理过程相关。严格地计算，应根据系统形式、控制方式、处理过程，将房间要求的供冷量转化为空调处理机给的需冷量，还需考虑各空调处理机组系统的同时使用系数和管道输送等损失，然后计算制冷机组的冷量。但这样计算必须要系统和房间联动，计算复杂。所以，目前，基本是按系统分别计算各系统的最大冷负荷，再考虑系统之间的同时使用系数求和。在计算各系统的冷负荷时，要考虑系统