1、办 公 楼 空 调 全 年 逐 时 动 态 负 荷 计 算 的 结 果 及 其 分 析 中国建筑科学研究院空气调节研究所 汪训昌 中国建筑科学研究院建筑物理研究所 林海燕 北京银谷大厦房地产开发有限公司 杨书渊 李 勇摘要 以 北京银谷大 厦办公楼为 例 ,介 绍了全年逐时动态负荷计算的结果 ,并对其进行了 详 细分析 ,为指导空 调系统的 分 系统设计 空调运行与能量管理提供定量的依据 。 通过本文和 以 前发表的 该 工程第一阶 段的计算结果 ,完整给出了对一栋办公楼进行空调全年逐时动态负 荷 计算的结果 。关键词 办公楼 空 调全年逐时 动态负荷计 算 层段 累计冷热 量 最大冷 热负荷
2、I nf o r m a t i o n p r o v i d e d a n d q u e s t i o n s a n s w e r e d b y a l l y e a rh o u rl y d y n a m i c l o a d c a l c u l a t i o n of a i r c o n d i t i o n i n g s y s t em sc a l c u l a t i o n r e s ul t s a n d a n a l y s i s f o r a n off i c e b u i l d i n gBy Wang Xuncha
3、ng , Lin Haiyan , Yang Shuyuan and Li YongA bs t r a c t Wi t h t he e xa mp l e of B eiji n g Yi n gu B uil di n g , gi ves all ye a r h ou rl y dy na mic l oa d c alc ul a t i o n r es ul ts a n d m a kes de t aile d a n al ysis , w hic h will p r o vi de qua n t i t a t i ve gui da nc e f o r s y
4、s t e m di visi o n , op e r a t i o n a n d e ne r gy m a na ge me nt of ai r c o n di t i o ni ng s ys t e ms . Th e a b o ve r es ul ts as w ell as t h e f i rs t s t a ge r es ul ts p r e vi o usl y p u blis he d a r e a c o mp le t e r es ul t of all ye a r h o ur l y d y n a mic l oa d c alc u
5、l a t i o n of t h e ai r c o n di t i o ni ng s ys t e m f o r a n of f ic e buil di n g .Ke yw o r ds b uil di ng , all ye a r h o url y d y n a mic ai r c o n di t i o ni n g l oa d c alc ul a t i o n , f l o o r s ec t i o n , a cc u m ul a t e d c o oli n g/ h e a t i n g qua nt i t y , m a xi
6、m u m c o oli n g/ he a t i n g l oa d Ins tit ut e of Air Conditioning , China Ac a d e my of Buil ding Re s e a rc h , Beijing , China0 引 言上 世纪 80 年代 ,改革开放在全国范围内首先 掀起了 建设旅游 旅 馆的高潮 ,由于 当时涉外宾 馆在 使用功 能与生活环境方面需要满足外国人的生活 要求 ,促使空 调成为了 旅游旅馆 建 设中一种必 备设 施 。 90 年 代 ,由于商品经济的发展与大量外国企 业的涌 入 ,又 出现了建 设与国际 水 平接轨的
7、商 场与 办公楼 的高潮 ,这些现 代化水准 商 场与办公楼 的主 要特征 之一都是需要设置全年运行的舒适性空调 系统 。 高水准的宾 馆 商场和办公 楼这三类民 用空调 建筑经 20 多年的建设 ,在全国各大 中 小城市 已 是到处可见 ,其建 设速度之快 ,规模 之大 ,范围之 广 可称世界第 一 。 但是这 种高速建设 与发展 ,客观 上 也使大家放 弃了曾经倡导的 “ 精心设计 ,精心施 工 ” 的 方 针 。 反映在空调设计中 ,不管工程规模如汪 训昌 ,男 ,1936 年 3 月生 ,研究生 ,研究员100013 北 京 市北 三 环东路 30 号( 010) 84274556 收
8、 何 ,复杂程度 如何 ,在施工图 设计阶段 ,采用负荷指 标来确 定每个工程的冷 热负荷 ,已普遍成为一种 合理与合法的设计行为 。 但是 ,不论是 80 年代末 中国建 筑科学研究院空气调节研究所对全国旅游 旅 馆所 作的能耗调查测试 ,还是 90 年代末清华大 学建筑 技术科学系对北京市公共建筑的能耗调查 测试 ,都证明 了由这种 负荷指标估 算的设计冷 负荷 所确定 的冷源安装 容量 ,均比实际 需要大了 1/ 3 左 右 。 因 此 ,自 上世纪 90 年代 以来 ,全国一些研 究单 位与高 校的专家教授一直在呼吁设计界应尽快改 变这种 状况 ,尽早采用全年的逐时 动态负荷计 算代
9、替 目前 这种简化的估算指标方法 。 这是为了对工 程业主 负责 ,也是为了节省宝贵的 能源 。随 着空调在民 用建筑中 的普及 ,全国能源 供应 形势的 严峻 ,尤其是夏季电力供应的紧缺 ,已迫切 需要建 筑设计与空调设计采取有效的节能措施 。 为此 ,2003 年 11 月 5 日颁布的 采暖通风与空气 调节设 计规范 ( GB 50019 2003 ) 中将第 6 . 2 . 1 ,6 . 2 . 15 条 款的空调 逐时冷负荷计算列为强制性条 文 。 建 设部在 2001 2003 年 期间 还先 后颁 布了 夏热 冬 冷 地 区 居 住 建 筑 节 能 设 计 标 准 (J GJ13
10、4 2001) 与 夏热冬 暖地区居住 建筑节能设 计标 准 (J GJ 75 2003 ) 等建筑节能标准 ,最近颁布了 公共建筑节能设计标准 ( GB 50189 2005) 。 上 述后三 项标准规 范 都涉及一 个核心问题 ,即要 求设 计单位 当所设计建筑的一系列与能耗有关的参数 不能满 足标准的刚 性规定时 ,必 须 采用全年逐 时动 态负荷 计算方法计算其空调 供暖的冷 热负荷和 全年能 耗 ,并 确保空调 供暖 能耗符合标 准的规定 。 这是一 个规范全国建筑节能设计行为和提高建筑 空调设计水平的重 大举措 和 良好开端 。众 所周知 ,空调建筑的冷 热负荷计算是一切 空 调工
11、 程设计的基本依据 。 如何通过改善建筑外 围护结 构的保温 隔 热遮阳性 能 ,最 大限度地降 低围 护结构 冬 夏 的传热负荷要靠它 ; 如何权衡外窗玻 璃的天 然照明效 果 与遮阳效 果要靠它 ;如何合 理确 定冷 热源 的 容量与台数配置 ,及如何通过优化控 制策略 实行经济运行要靠它 ; 如何正确 合理确定 空调方 式与空调 水 系统方案 要靠它 ;在推广蓄 冷空 调 燃气空 调 和能量回收系统时 ,如何评价其经济 效益 社会效益及环保效益也要靠它 。 总之 ,在建 筑工程 设计领域 ,推广全年空调逐时冷 热动态负荷 计算的必要 性很多 ,好处与效 益也很明显 。 但是 这 种计算方
12、法 的复杂性和难以入门阻碍了它的推 广 ,尤其 在我国目前 这种工程设 计管理体制 下更是 难 上加难 。 现 在 ,笔 者通过北京 银谷大厦这 一工程 实 例 ,来 向建筑设计 与空调设计 业内人士说 明采用 全 年逐时动态 负荷计算方 法的必要性 与种种好处 。 希 望有更多有 识的设计者与建筑业主加入这一行 列 ,以提 高我国建筑 与空调设计 的科学水平 。1 计算 工具和过程本文利用 DO E 2 程序对银谷 大厦的全年逐时 空 调冷 热负荷进行了模拟计算 。 DO E 2 是美国 L aw re nce Be r keley Natio nal L a bo rato r y 开 发
13、的建 筑 热过程模拟软件 , 该软件可以模拟建筑物全年8 760 h 逐 时的室温 系统的冷热负荷以及空调供 暖 能耗等 。 A S H RA E 在 2001 年曾经组织过一次 各 种建筑能耗 动态模拟软 件的评测比 较 ,结 果显示 DO E 2 的模拟结果 是可靠的 1 。DO E 2 是 早 年 开 发 的 软 件 , 不 具 备 计 算 机 Wi ndo w s 操作系 统 环 境 下 的 图 形 化 输 入 输 出 界 面 ,在本 文的计算中 ,利用自己开发的前后处理接 口 软件 ,在图形方式下对建筑物进行了详细的描 述 ,输入 各种计算参 数 ,直 接调用 DO E 2 模拟计算
14、 并 处理其输出 报告 ,得到许多详 细的数据和 有意义 的 结果 。 具体 的计算过 程 如下 。1 . 1 负 荷计算的层 段的划分与 分区 负荷计算的层段的划分与分区是正确处理好 全 年动态负 荷 计算的计算工作量与所要获得的数 据 准确度 适用性关 系的关键 。 它取决于设 计者对 全 楼各层 各朝向空调房间内 外负荷来源的正确 理 解与设定 ,同时又 依赖于设计 者的责任 感 与严谨 性 ,因为 楼层划分越 多 ,分 区越细 ,计算工作 量与耗 时 无疑就会越 多 。 笔者不 认为越多越 好 ,而 是需要 根 据不同工程 的建筑设计特点与使用功能来合理 划 分层段与分 区 ,要 掌握
15、好 “ 适度 ” 。 北京银 谷大厦 在 使用功能上 是一栋出租 办公楼 ,在建筑结 构上和空 调系统上有 以下特点 。a) 122 层的楼层建筑面积在南向呈弧形收 缩 ,13 层将全楼中心部划分为上 下两个中庭 ( 见 图 1) ,下 段 从 4 层起 ,每 3 层在南向分设一个空中 花 园 ,上 段从 14 层起 ,每 3 层在 北向分设一 个空中 花 园 ,故 在负荷计算 的层段划分 上共划为 10 段 :23 25 层 20 22 层 17 19 层 14 16 层 13 层 、图 1 银谷 大厦 纵向剖 面图1012 层 79 层 46 层 13 层及地下 13层 。b) 因为各层建
16、筑平面形状均为矩形 ,东 南 、 西 北朝向分明 , 内外分区明确 , 中庭空间也很明 确 ,故在 122 层平 面 分区上一般 每个层段划 分为4 个 外区 4 个内区 3 个中庭内区 。 图 2 ,3 给出了79 层段 的计算分 区与外围护 结构的简化 模型 。c) 因为全楼 各 层空调系统绝大部分采用了风1 20 为房 间编 号 括 号内 数字 1 9 为空 调系统 编号图 2 7 9 层段 的 计 算分 区图 3 7 9 层段全 年能 耗计 算外立 面简 化图机 盘管加新风 系统的水 空气系统 ,为了便于确定 每 个新风系统 处理新风的容量与全年负荷变化的 规 律 ,在 本次分区负荷计
17、算中假设其新风量均为 零 ,而另 行计算北京地区单位新风量处理的逐时 、 逐 日 逐月的冷 热负荷 ,再乘以各分区 各层段的 新 风量 ,加上各分区 各层 段的建筑内 外空调冷 热 负 荷 ,得到总的冷 热负荷 。1 . 2 各 种计算设定 条件 在本工程 的全年空调冷 热负荷计算中 ,对各层 段与各分区 的空调供冷 供暖的运行时间 ,室内 的 冬 夏 季温湿度 ,外围护结构的建筑热工参数都 作 了统一规定 ,详细列于文献 2 附件二的 4 张附 表 中 ,其 中附表 1 1 给出了 银谷大厦全年能耗计算 中 的节假日 设 定 ;附 表 1 2 给出了银谷大厦全年能 耗 计算中的内 负荷发生
18、率 的时间设定 ; 附表 1 3 给 出 了各种房间 内负荷计算中的各项设定 ; 附表 1 4 给 出了各层段 建筑外围护结构保温隔热遮阳性能 的 设定 。 鉴于 本文篇幅所 限 ,上 面 4 张附表 从略 。2 全楼 各层段各分 区计算数据 的归纳与整 理 3 由于在本 次全年逐时 动态总负荷 计算中 ,将整 栋办 公 楼划 分为 10 个 层段 , 每 个层 段又 划分 为911个分区 ,而且又将处理室外新风的空调负荷 单 独计算 ,所以从 计 算结果中 可 以获取大量 信息与 数 据 ,通 过各种不同 的分时 分类统计 ,可以 进行各 种 问题的分析 ,以指 导我们的 设 计与未来的 运
19、行管 理 。全楼各层 段 各分区计算结果的数据 ,从最初 的 原始程序 计 算的数据 ,经中间摘录归纳 ,到最后 汇 总整理 ,形成了可供分析用的以下 25 张统计汇 总 表 。表 2 1a 为北 京地区办公楼每 m3 新风处理全 年能耗分析 ( t = 22 , = 40 %) ;表 2 1 b 为 北京地 区 办公楼每 m3 新风处理 全年能耗分析 ( t = 15 , = 30 %) ; 表 2 2a 为各层段新风处理逐月的累计 冷 热量 ( t = 22 , = 40 %) ; 表 2 2 b 为各层段新 风 处理逐月的累计冷 热量 ( t = 15 , = 30 %) ; 表 2 3
20、a 为各层段新风处理逐月的最高小时冷 热 负荷 ( t = 22 , = 40 %) ;表 2 3 b 为各层段 新风处 理 逐 月 的 最 高 小 时 冷 、 热 负 荷 ( t = 15 , = 30 %) ;表 4 1 为 7 9 层各供暖供冷系统的月 累 计冷热量与最大负荷汇总表 ; 表 4 2 为 13 层各 供 暖供冷系统 的月累计冷 热量与最 大 负荷汇总表 ;暖通空 调 HV 表 4 4 为 1 3 层各供暖供 冷系统 的月累计冷 热量与最 大负荷汇总 表 ;表 4 5a 为 2325 层 各供暖供 冷系统的月 累计冷热量 与最 大负荷 汇总表 (有阳光 顶) ;表 4 5 b
21、 为 2325 层各 供暖供 冷系统的月累计冷热量与最大负荷汇总表(无阳光顶) ;表 4 6 为 B1 B3 层各供暖供冷系统 的月累 计冷热量与最大负荷汇总表 ; 表 7 1a 为 3 个标准 层段传热与内热逐月最大负荷汇总表 ; 表7 1 b 为 3 个非 标准层段传热与内热逐月最大负荷 汇总表 ; 表 7 2a 为 3 个标准层段传热与内热逐月 累计供 热 供 冷量汇总 表 ;表 7 2 b 为 3 个非标准层 段传 热 与 内 热 逐 月 累 计 供 热 、 供 冷 量 汇 总 表 ; 表 7 3a 为各层段 全年逐月最大负荷汇总表 ( t = 22, = 40 %) ;表 7 3 b
22、 为各 层段全年逐月最大负荷 汇总表 ( t = 15 , = 30 %) ;表 7 4a 为各层段 全年 逐 月累 计供热供冷 量汇总表 ( t = 22 , = 40 %) ; 表 7 4 b 为各层段 全年逐月累 计供热供冷量汇总表( t = 15 , = 30 %) ;表 7 5a 为全 年累计供热供冷 量汇 总表 ( t = 22 , = 40 %) ;表 7 5 b 为全年 累计 供热 供 冷量汇总表 ( t = 15 , = 30 %) ;表7 6a 为 各层 段 冬 夏季最大热 冷负荷汇总表 ( t = 22 , = 40 %) ;表 7 6 b 为各层段冬 夏季最大热 冷负
23、荷汇 总 表 ( t = 15 , = 30 %) 。在 后面的计算 结果分析 中 ,笔 者将充分利 用这 些 统计 汇总表中的数据来说明问题 。 由于篇幅所 限 ,在下面的 分析中只 能按需要 列 出其中的几 张汇 总表 。3 计算结果 分析第二阶段的主要工作是针对整栋办公楼的全 年累计 供冷量 累计供热量与最大小时冷负荷 最 大小时 热负荷进行 计算与分 析 。根据北京银谷大厦的使用功能要求与建筑结 构设计 特点 ,在本次全年逐时动态负荷计算中 ,利 用所获 得数据与 信 息 ,主要可以 进 行以下几类 问题 的分析 。a) 根据整个大楼逐月与全年的最高冷 热负 荷数据 ,可以 校核与确定
24、该工程空调冷 热源设备 的设计 容量 ;b) 根据全楼各个内 外区冬 夏季热 冷负荷与累计冷 热 量的数据 ,对空调水系统的划分与空 调方式提出改进调 整建议 ;c) 根据全楼内 外区冬季白天都存在冷负荷 的 特点 ,降低新风送风状态参数 ,达到减少冬季新 风 处理热负荷 与供热量的 目的 ;d) 根据单 位新风量全 年处理的累计供冷供热 量 与最高小 时 冷 热负荷的资料 ,不但便于划分新 风 处理系统 和 准确选择新 风处理机组 ,而且 能准确 掌 握处理新风 全年所需的 冷 热 量 ,以 及采用空气空 气热回收装 置后所能获 得的节能效 果 ;e) 根据全楼 逐月累计冷 热量数据 ,可以
25、进一 步 准确推算该 工程的逐月 供热 供冷的电能 消耗与 天 然气消耗 ,从而准确计算出逐月的能耗费用 ,对 照 该工程逐月 的实际能耗 费用 ,以便寻找节 能潜力 和 采取有效的 节能措施 ;f ) 根据全楼的 逐时冷 热负荷数据 ,可以准确 统 计出全年 的 冷负荷与热负荷分布的累计时间规 律 ,从而 可以制订出全楼全年冷 热源设备优化控 制 的策略 。3 . 1 对 于空调冷 热源设 备设计容量 的校核 银谷大厦原设计夏季空调冷负荷指标取 100W/ m2 ,空 调总设计冷负荷为 8 100 k W , 选用了 2 台 2 990 k W 制 冷量和 1 台 2 280 k W 制冷量
26、的离 心 式冷水 机组 , 冷源 设备 的 总 制 冷 能 力 为 8 260 k W ;冬季空调热负荷指标取 80 W/ m2 , 空调总设 计热负荷为 6 480 k W ,选用了 5 台 1 400 k W 额定 制 热量的 燃气 供热 锅炉 , 其 总 制 热 能 力 为 7 000 k W 。表 1 (原表 7 3 b) 为各层段 全年逐月最大冷 热 负 荷汇总表 ( 冬季送风 t = 15 , = 30 %) 。从表 中 可以看出 , 全楼夏季空调最大计算总冷负荷为6999 k W ,是原设计总冷负荷 8 100 k W 的 86 % , 是 现有制冷设 备制冷能力 8260 k
27、W 的 85 % ,现有 制 冷设备的安装容量富余了 15 % ; 全楼冬季空调 最 大计算总热负荷为 5 684 k W ,是原设计总热负 荷 6480 k W 的 87 . 7 % ,是现有燃 气供热锅炉总制 热 能力 7 000 k W 的 81 . 2 % ,现有 燃气供热锅炉的 安 装容量富余 了 18 . 8 % 。表 2 ( 原表 7 6 b) 为各层段冬 夏季最大热 冷 负 荷汇总表 。 从 表 中 可 以 看 出 ,对 于 各 项 负 荷 指 标 , 其 全楼冬季最高小时热负荷指标为 73 . 8 W/ m2 , 为 原设计负荷指标的 92 . 3 % ; 夏季最高小时冷负
28、荷 指标为 95 W/ m2 ,为原 设计冷负 荷指标的 95 % ; 冬季最高小时冷负荷指标为 26 W/ m2 , 是夏季的48 专业论 坛 暖 通空调 HV 而夏季只运行供冷 两管制 。c) 对于服务 于 内外区新风处理空调箱的水系 统 ,建议在系 统划分上采用冬 夏供热与供冷可变 换的两 管制 。d) 对于服务于定风量组合式空调箱的水系 统 ,建议采用 四管制 ,在冬季除对新风预加热处理 外 ,同时对室 内回风进行冷却降温处理 ,以满足公 共场所 冬季冷负 荷 的需要 ;而夏 季 只运行供冷 两管 制系统 。3 . 3 关于新 风处理状 态点 ,冬季送凉风 的建议 在风机盘管加 新风的
29、空 调方式中 ,新风处 理一般从室 外温度加热加湿到室内的设计温度与相对 湿度 ,即 22 和 40 % 。 室内的传热与内热负荷全 由风机 盘管来承担 。 通过对本工程全年的逐时动 态负荷 计算 ,已获得充 分的数据证 明该工程东 南 、 西 北四方向 的外区 ,在冬季的白天具有明显的冷 负荷 ,需要供 冷 。在 周边外区的空调房间 ,对新风处理需供热 , 对风机 盘管又要 同 时供冷 ,显然 是 一种冷热抵 消的 不经济 和不节能 的 做法 。 因 此 ,在 不影响室内 热舒 适的前 提下 ,设想了一 种新风处 理 系统在冬季 由送 等温等 湿风改为 送 凉风的方 案 ,即 将新风处理 的
30、送 风 状态 点由 22 和 40 %相对湿度 调整到 15 和30 %相 对湿度 。 这种调整既可以节省新风加热加 湿的热 量 ,同 时又可抵 消一部分 周 边区阳光与 内热源 所产生的热 量 ,从 而降低了外 区的冬季空 调冷负 荷 。为了定量 说明这种调 整方案的节 能效益 ,计算 了 22 和 40 %相对湿 度与 15 和 30 %相 对湿度 两 种新风处 理 状态点方案的逐月与全年的总累计 冷 热量 与最高小时 冷 热 负荷 ,其计算结果 分别统 计 整理成表 7 3a ,7 3 b ,7 4a ,7 4 b 。 表 6 为从这 4 张 表中摘录出 的对比数据 。表 6 两种新风处
31、理状态点方案对比数据1 月 2 月 3 月 4 月 10 月 11 月 12 月 全年最大热负荷 / kW t = 22 , 7 425 6 515 4 404 3 407 89 5 655 5 675 7 425 = 40 %t = 15 , 5 684 4 725 2 815 1 773 89 3 129 3 873 5 648 = 30 %降低量 1 741 1 790 1 589 1 634 0 2 526 1 802 1 777累计供热量 / ( MWh) t = 22 , 1 212 733 739 356 0. 79 724 1 089 4 852 = 40 %t = 15 ,
32、730397 277 59 0. 79 278 552 2 294 = 30 %降低量 482 336 462 297 0 446 537 2 558表 6 表明 ,将新风处理到 15 和 30 %相对湿 度 状态点 ,在冬季采 用向室内送 凉风的方案 可以明 显 降低冬季的供热负荷和减小供热量 。 该方案可 比 送等温等湿新风减小全年供热量 52 . 7 % , 降低 最 高小时热负 荷 24 % 。3 . 4 对 于新风处理 负荷与节能 潜力的分析 随着人们对于室内空气质量重要性认识的提 高 ,加强 室内通风换气 ,提高新风量标准已成为业 内 人士的一种 共识 。 但是 ,新风 量标准的提
33、 高必然 会 导致空调冷 热负 荷的增加 和 全年运行能 耗的增 加 ,造成 冷 热 源设备与空 气处理设备 容量的扩大 , 直 接导致工程投资的升高 。 这又是一般房地产开发 商和业主所 不愿意的 。 北京银谷大厦设计正处于 2003 年全国发生SA R S 疫情的前后 ,故业主与设计单位对加强通风 换 气较为重视 ,在本设计中采用 40 m3 / (人 h) 的 新 风量标准 , 这在当时的办公楼设计中是不多见 的 。 采用了这 种新风量 标 准后 ,对全楼的最 高小时 冷 热负 荷和全年空调累计冷 热量究竟有多大影 响 确是业内人士关心的问题 。 正由于在本工程中 进 行了全年逐 时动态
34、负荷 计算 ,笔者可以准 确回答 这 个问题 。为了便于 分析这个问 题 ,在 计算中将新 风处理 负 荷与累计冷热量消耗和每个房间 、 每个分区 、 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.暖通空 调 HV 夏季最 大小 时冷负荷 从 目前的 7 521 k W 降至 4 482 k W ; 对于 累 计供热供冷量 ,若以平均效率为 70 % 来估 算 ,全楼冬季累计供热量从目前的 2 239 4 730M Wh 降低到 6721 419 M Wh ; 全楼夏季累计供 冷量将 从目前的 1
35、807 M Wh 降 至 542 M Wh 。3 . 5 全年逐 月供热供 冷能耗分析表 8 为银谷大厦全年逐月供热供冷能耗计算 结果 。 其中只包括 空调供 热 供冷的能源 消耗 ,不包 括照明 办公设备 电梯与生活热水的全年能耗 。图 4 全 年空 调冷 负荷的 时间 分布从 图 4 看 出 ,该 栋办公楼的 75 %100 %最大 冷负荷运行时间为 224 h ,50 %75 %最大冷负荷 运 行时间为 661 h ,25 %50 %最大冷负荷运行时 间 为 1 006 h , 0 25 % 最 大 冷 负 荷 运 行 时 间 为1 657 h ,总计 3 548 h 。 这四个区段的运
36、行时间基 本 上随冷负荷 降低呈反向 倍比递增 。此外 ,从该楼全 年冷负荷逐 时变化的动 态曲线(因为该 曲线需在计算机上显示 ,在本文中难以表 达 ,故只 好省略) 还可看出 ,其 75 %100 %最大冷 负 荷大 致出 现在 7 8 月的 中下 午时 段 ; 55 % 75 %最大冷负 荷大致出现 在 78 月的上午 与傍晚 及 6 月的中下 午 ;40 % 55 %最 大冷负荷大 致出现 在 5 月的中下午和 6 , 9 月的上午与傍晚 ; 30 %40 %最大冷负 荷大致出现在 4 月的中下午 9 月的 白 天和傍晚及 5 月的上午 与傍晚 ;20 %30 %最大 冷 负荷大致出
37、现在 3 ,10 月的中 下午及 4 ,5 ,9 月的 上 午与傍晚 ;10 %20 %最大冷 负荷大 致 出 现在 1 , 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.52 专业论 坛 暖 通空调 HV 2) 供热输送电耗取 制 热量的 16 435 倍 ;3) 负值为累计供热量 。2 月 的中下午及 3 ,10 月的上午与傍晚 ; 010 %最 大冷负 荷大致出现 在 1 ,2 ,12 月的 上午与傍晚 。该工程实际 选用了 2 台 2 990 k W 冷量和 1 台2 280 k W 冷量
38、的离心式冷 水机组 。 按 照图 4 所示 的该 工 程全年冷负 荷的时 间 分布 ,对不同的负 荷区 段让 3 台离心式冷水机组作如表 9 所示的组合运 行 。从 表 9 中可以看出 , 冷水机组在 60 % 80 %负 荷率下运行的时间为 : 224 h + 661 h + 588 h +776 h + 682 h = 2 931 h ;在 49 %50 %负荷 率下运 行 时间为 :366 h + 383 h = 749 h ;在 92 %负荷率下 运 行时间仅为 113 h ; 可以采用天 然制冷而避免在 低 负荷率下运行时间为 : 292 h + 218 h = 510 h ; 有
39、冷 负荷而不需 供冷时间为 398 h 。因此 ,在这 3 548 h 全年有冷负荷的供冷时间 里 , 实际 上有 25 % 时间可以不 开冷水机组 。 在需 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.暖通空 调 HV &A C 2 00 5 年第 35 卷第 10 期 专业论 坛 53 表 9 3 台冷水机组不同组合运行参数负荷 区段 /%运行 小时 数 / h 最 大 / 最 小 负荷 / k W各区 段平 均负荷 / k W 运行 台数 运 行机 组所 处的 部 分负荷 / %75 100
40、 81 + 73 + 40 + 17 + 13 = 224 6 274/ 5 019 5 019 , 5 337 , 5 660 , 5 981 , 6 274 2 大 1 小 61 7650 75 149 + 177 + 145 + 121 + 69 = 661 4 690/ 3 412 3 412 , 3 728 , 4 042 , 4 363 , 4 690 2 大 57 7845 65 117 + 149 + 177 + 145 = 588 4 042/ 2 749 3 069 , 3 412 , 3 728 , 4 042 1 大 1 小 58 7740 45 113 2 749 2
41、 749 1 大 9225 40 316 + 255 + 205 = 776 2 430/ 1 771 1 771 , 2 106 , 2 430 1 大 59 8120 25 366 1 456 1 456 1 大 4920 30 366 + 316 = 682 1 771/ 1 456 1 456 , 1 771 1 小 64 7815 20 383 1 139 1 139 1 小 5010 15 292 814 814 天然 制冷 若开 1 台小 机组 ,则为 36 5 10 218 489 489 天然 制冷 若开 1 台小 机组 ,则为 21 0 5 398 平均值 67 67 不
42、需 作 任 何 供冷 要开 冷 水机组的 2 650 h 的 时间里 , 只有 113 h 需 在 92 %负荷率下运行 ,占开机运行时间的 4 . 3 % , 而其余 95 . 7 %的时 间均在 50 %80 %负荷率 下的 高效率区内运行 。在 该工程的实际运行中 ,在夏季与春 秋过渡 季 ,通过台数 控制与大 小搭配完 全 可以使每台 冷水 机组均 处于 50 %80 %的部分负荷区内运行 。 在5 % 20 %的负荷区段已处于冬季寒冷时段 ,可以 采用天 然制冷 (f ree cooli ng) 方式来供冷 ,以避 免冷 水机组 在 20 % 40 % 的低效率部分负荷区运行 。 在
43、 05 %的负荷区段 ,在时间上虽也有 398 h ,但 其全楼 平均负荷 只 有 67 k W ,完 全 可以不作任 何供 冷来维 持楼内的 舒 适度 。用 同样方法 , 统计归纳了全年空调热负荷时 间 ,其分布如图 5 所示 。 全年最大小时热负荷为4 637 k W ,全年 累 计空调供热 时间是 3 427 h 。图 5 全 年空 调热 负荷 时 间分 布单 就空调供热 的需要 ,不考虑 生活热水供 热而 言 ,从图 5 中可以看出 ,在 75 %100 %的热负荷 范围内 ,只需 运行 3 台燃气锅炉 ,共运行 170 h 即(2 + 1 + 6 + 7 + 30 + 25 + 42
44、 + 57) h ,其中只有 2 h达 不到 4 594 k W 供 热 负 荷 的 要 求 。在 30 % 75 %的热负荷范围内 ,只需运行 2 台燃气锅炉 ,共 运 行 656 h 即 (94 + 117 + 113 + 116 + 109 + 107) h 。 在 5 %30 %的热负荷 范围内 ,只需运行 1 台燃气 锅 炉 ,共 运行 538 h (105 + 114 + 87 + 119 + 113) h 。 在 05 %的热负荷 范围内 ,虽占有 2 063 h ,但其平 均 热负荷只有 10 k W ,根本不需 要投入燃气 锅炉运 行 。4 几点 看法4 . 1 本 文与文献
45、 3 的论述都充分说明了不管工 程 处于方案 设 计或初步 设 计阶段 ,还是处于 施工图 设 计阶段 ,甚至对于工程的运行管理与能源管理 , 空 调的全年 动 态逐时计算方法都是一种强有力的 计 算手段 ,可为工 程 设计与决 策 提供可靠的 定量依 据 。4 . 2 空 调全年逐时动态负荷计算的目的与功能 , 绝 不仅仅是为了计算冬夏设计日的最大热 冷负 荷 ,设计 者设计的 任 务与责任 也 决不仅仅为 了确定 空 调冷 热源和末端设备容量而计算负荷 ,而是为 了 在满足规 定 的热舒适 与 室内空气质 量的前提下 , 选 择合理的 空 调方案 ,确定最 经 济的空调方 式与系 统 ,达
46、到 全年最省能 的运行目的 。 其中最关 键的工 作 是必须进 行 正确的全 年 逐时冷 热负荷计 算 。4 . 3 选 择正确可靠 的计算程序 与气象资料 是当前 推 行全年空调逐时动态负荷计算的首要问题 。 目 前 市场上把一 些只能计 算 设计日 24 h 负荷的程序 作 为全年逐时 动态负荷程 序在推销 ,希望引 起有关 主 管部门的 注 意 ,研 究解决办法 。(下转第 103 页 ) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.暖通空 调 HV &A C 2 00 5 年第 35 卷第
47、 10 期 工程实 例 103 表 2 成像间测试结果设 计值 代 表性测 试点1 2 3 4 5 6 7 8 9温度 / 23 1 23 . 3 23 . 5 23 . 5 23 . 7 22 . 7 22 . 7 23 . 4 23 . 3 23 . 3相对 湿度 / % 55 3 55 . 6 54 . 9 55 . 2 55 . 2 56 56 56 53 . 3 53 . 3洁净 度 ( N7 级 ) ( 粒 / m3 ) 0 . 5 m 350 000 7 774 26 148 14 488 4 593 7 067 13 780 1 060 4 240 2 4735 m 2 930
48、 706 716 0 720 1 060 1 766 0 706 0压差 / Pa 20 20 . 3 20 . 5 20 . 2 20 . 1 20 . 3 20 . 3 20 20 . 2 20 . 1从 全部的测试 结果来看 ,所有 房间的参数 都符 合要求 ,说明 该设计满 足了甲方 提 出的条件 。4 总结4 . 1 在设计中要注意节能 。 a ) 由于此类工厂在 生产过 程中工艺设 备存在大 量的热排风 ,大量 的排 风必然 对应大量的 新风 。 在 冬季 ,如果将这些 热排 风直接 排至室外 ,而新 风又另外 需 要加热来提 高温 度 ,既增加了运行费用 ,又浪费了能源 。 在设计中 采用了 新风换气机 , 将新风和热排风进行能量交 换 ,回收排风 中热量 ,加热新 风 ,大 大降低了冬 季空 调 系统 运行费用 。 虽然设计新风换气机增加了初 投资 ,但通 过 计算分析 ,增加 的成本在 23 年 内就 能回收 回来 。 b) 净化空调系 统风机使用了变频风 机 ,由于系 统 初始运行阻力低 ,风机电机频率一般 为 3545 Hz ,这样 大大节约了 电能 。 c) 回收 市政 管网 蒸 汽凝结水 ,用于纯水站纯水加热 ,节约了能 源 ,降低了 运 行成本 。4 . 2 在 设 计中 要尽 量降 低投 资
