高层办公建筑空调设计冷负荷与全年耗冷量模拟分析(doc11)(1)48839.docx

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1、高层办公建建筑空调设设计冷负荷荷与全年耗耗冷量模拟拟分析摘要：以不不同的气候候条件、不不同的新风风方式、分分内外区与与否为三类类基本不同同条件，用用正交表安安排剩余因因素并用DDOE-22软件进行行模拟计算算，得出高高层办公建建筑空调系系统设计冷冷负荷与全全年耗冷量量的统计估估算指标：哈尔滨、北北京、上海海三城市的的设计冷负负荷统计估估算值分别别为1388.3W/m2, 143.9W/mm2, 1161.44W/m22；焓控新新风方式下下全年耗冷冷量统计估估算值分别别为79.5kWhh/(m22a)，114.5kWhh/(m22a)，134.0kWhh/(m22a)。分分内外区设设置空调系系统

2、及采用用焓控新风风方式最为为节能。 关键词：高高层办公建建筑 设计冷负负荷 全年耗冷冷量 模拟分析析 新风方式式 内外区 0 引言 现现代高层办办公楼在某某些方面有有许多不同同于传统建建筑的特点点：窗面积积与外墙面面积的比值值高；使用用新型的墙墙体材料与与玻璃；内内部照明、设设备的散热热量大；一一般有周边边区与内区区之分等。这这些都影响响着空调负负荷的大小小和特性。 高高层办公建建筑最常见见的平面布布局为中央央型核心式式布局11（核心心式是指把把楼梯间、电电梯间及前前室、卫生生间、开水水间等这些些交通枢纽纽和必要的的公共服务务房间集中中到一起；中央型是是指核心部部位位于标标准层的中中部），本本

3、文运用建建筑能耗分分析软件DDOE-222对对哈尔滨、北北京、上海海（可代表表三个建筑筑热工分区区）三城市市的此类高高层办公建建筑空调系系统设计冷冷负荷与全全年耗冷量量进行模拟拟与分析。考考虑到高层层建筑的主主体是标准准层，本文文近似建筑筑的各层功功能与办公公标准层相相同。1 模拟方方案设计 11.1 基基本条件 城城市不同（代代表不同的的建筑热工工分区）、过过渡季新风风方式不同同（对过渡渡季负荷产产生重大影影响），设设计冷负荷荷与全年耗耗冷量的计计算结果就就会不同。故故将以不同同的城市、不不同的过渡渡季新风方方式为两类类基本不同同条件。 为为简化起见见，只研究究标准层形形状为方形形的情形，标

4、标准层方位位取正S-N或正E-WW。当标准准层面积较较大时，把把标准层分分为四周型型外区与内内区，内外外区分用两两套空调系系统；当标标准层面积积较小时不不分内外区区、只用一一套空调系系统。是否否分区也作作为一类基基本不同条条件提出来来。 11.2 正正交表安排排与水平取取值 由由于正交试试验方法3具有有优选安排排模拟、减减少模拟次次数、简化化分析过程程、提高分分析可靠性性等优点，本本文将用其其来安排模模拟试验。 在在正交试验验中欲考察察的因素称称为因子；每个因子子在考察范范围内分成成若干个等等级，将等等级称为水水平，在正正交表中用用“1”、“2”等数字字表示。 剩剩下与负荷荷（直接地地是与逐时

5、时负荷）有有关的因素素共11个：墙墙类型、窗窗类型、室室温、人员员密度、灯灯光散热、设设备散热、新新风指标、层层高、窗墙墙比、标准准层面积、进进深（分内内外区时）。 本本文取各因因子等水平平数2。因为不不作方差分分析，故不不考虑交互互作用，各各单因子安安排可随机机。正交试试验安排及及水平取值值见表1、表2。表1 正交交模拟安排排L12(211)试验号墙类型窗类型室内温度人员密度灯光散热设备散热新风指标层高窗墙比标准层面积积进深1234567891011111111111111211111222222311222111222412122122112512212212121612221221211

6、721221122121821212221112921122212211102221111221211221212111221222112121221注：分内外外区（大标标准层面积积）时完全全套用本表表；不分内内外区（小小标准层面面积）时无无进深，第第11列置置空。表2 正交交模拟因子子与其他因因素取值因子水平1水平2墙类型哈尔滨300mmm厚页岩陶陶粒空心砌砌块，外贴贴120厚厚实心砖，K=0.83W/(m2K)300mmm厚页岩陶陶粒空心砌砌块，K=1.003W/(m2K)北京300mmm厚页岩陶陶粒空心砌砌块，K=1.003W/(m2K)200mmm厚加气混混凝土，KK=1.336W/(

7、m2K)上海200mmm厚KM非非承重空心心砖，孔隙隙率255%，K=1.667W/(m2K)240mmm厚KP承承重多孔砖砖，孔隙率率25%,K=1.991W/(m2K)窗类型哈尔滨北京京5F+122A+5LL,K=1.996W/(m2K), Cs=0.625F+122A+5FF,K=3.009W/(m2K), Cs=0.78上海10mm镀镀膜热反射射玻璃，KK=5.445W/(m2K)，Cs=0.496mm透明明浮法玻璃璃，K=5.778W/(m2K)，Cs=0.89夏季设计室室温 ()2427人员密度 (p/mm2)0.250.1255灯光散热 (W/mm2)2030设备散热 (W/mm

8、2)2040新风指标 (m3/ph)1730层高 (mm)3.24窗墙比 (%)0.30.6标准层面积积(m2)分内外区14002000不分内外区区8001400进深 (mm)46其他因素取 值标准层长宽宽比1:1标准层方位位N-S或WW-E非空调面积积比占整个标准准层面积的的25%，位位于核心区区窗内外遮阳阳无冬季设计室室温 ()20注：5F+12A+5L表示示双层中空空玻璃，外外层是5mmm厚浮法法玻璃，内内层是5mmm低辐射射玻璃，中中间是122mm的空空气层；CCs是玻璃璃的遮挡系系数表2中各因因子（窗墙墙类型除外外）两水平平取其常见见取值范围围的两端值值；窗墙类类型取不同同城市各自自

9、较常用、较较具代表性性的两种，“1”水平较“2”水平节能。 由由于已经有有了三类基基本不同条条件：不同同城市（哈哈尔滨、北北京、上海海）、不同同新风方式式（定新风风、焓控新新风、温控控新风）、内内外是否分分区（内区区、外区）；又每次正正交表需进进行12次模拟拟，故一共共要进行3332212=216次次模拟，得得出2166组全年逐逐时冷负荷荷供处理成成设计冷负负荷与全年年耗冷量等等。 11.3 系系统及相关关参数的选选定 本本文的模拟拟与分析针针对普通集集中式定风风量一次回回风空调系系统进行。对对于高层办办公建筑这这样的舒适适性空调，该该系统一般般采取变露露点送风（保保证室内干干球温度控控制精度

10、而而不保证室室内相对湿湿度）的方方法来适应应热湿负荷荷的变化。考考虑到冷水水机组的冷冷冻水的温温度一般为为7/122，简化地地设定空调调系统最小小允许送风风温度为114。空调系系统开机时时间为非节节假日的88:0018:000。2 模拟结结果报表空调系统模模拟结果见见表3至表5。表中还还给出了参参考用理论论峰值冷负负荷。实际际设计冷负负荷首先按按理论峰值值冷负荷的的90%取，若若在此条件件下，全年年不保证时时数超过550小时，则则按全年不不保证500小时取44。全年年耗冷量是是对应实际际设计冷负负荷的统计计值，同时时还统计出出了空调系系统全年的的需供冷小小时数。表3 哈尔尔滨分内外外区/不分分

11、内外区空空调系统模模拟结果试 验 号号全年耗冷量量实际设计冷冷负荷理论峰值冷冷负荷供冷时数（kWh/m2a）（W/m22）（W/m22）（h/a）定新风焓控新风温控新风各种新风方方式各种新风方方式定新风焓控新风温控新风1104/1106 69/74472/777118.00/1244.5131.11/1388.3 2383/161881197/108551197/108552143/1150 102/1108106/1113181.11/1888.8201.22/2099.81815/160551197/108771197/108773120/111760/64467/71199.6/105.

12、2110.77/1166.42610/194221198/105331198/105334108 /11172/78876/833119.22/1288.8132.44/1433.12580/155661198/104661198/104665154/114180/83387/911142.22/1466.2158.00/1622.52610/174221198/106771198/106776131/113274/81180/900134.33/1477.4149.22/1633.72610/155221198/9781198/978773/73348/50051/54494.6/98.44

13、105.22/1099.32095/146001198/100881198/100888120/112382/84487/900161.22/1677.0179.11/1855.51866/155001198/107441198/107449185/118197/1006104/1115137.66/1511.3152.00/1688.12610/206661197/106771197/1067710117/112873/81178/877144.99/1622.0161.00/1800.02220/144661198/9411198/94111135/112873/76678/811105.

14、88/1099.4116.22/1200.52610/205661197/108991197/1089912124/113192/98895/1002171.77/1800.3190.88/2000.31689/153111198/106991198/10699平均126/112777/82282/888134.22/1422.4148.99/1588.12308/167771198/104771198/10477表4 北京京分内外区区/不分内内外区空调调系统模拟拟结果试 验 号号全年耗冷量量实际设计冷冷负荷理论峰值冷冷负荷供冷时数（kWh/m2a）（W/m22）（W/m22）（h/a）定新风

15、焓控新风温控新风各种新风方方式各种新风方方式定新风焓控新风温控新风1140/1141101/1107106/1112122.77/1299.8136.33/1444.22610/201661506/134001506/134002195/2204148/1155153/1161186.55/1944.8207.22/2166.42503/206001506/135661506/135663149/115387/91198/1003103.11/1088.7113.22/1199.12610/238221512/129111512/129114141/1144103/1110108/111512

16、3.99/1344.2137.66/1499.12610/190331510/128661510/128665191/1187119/1123132/1138146.77/1511.5163.00/1688.22610/225111512/129991512/129996165/1170106/1115117/1127137.33/1511.1152.66/1677.92610/196111511/121991511/12199798/97771/74476/81199.6/104.5110.66/1166.12596/168991512/120771512/120778165/1166123

17、/1127134/1138167.99/1755.1186.55/1944.62537/182551512/128661512/128669221/2230132/1143141/1151143.55/1599.1155.66/1722.22610/236661506/130441506/1304410151/1162 106/1116113/1123150.66/1688.8167.33/1877.52609/170441511/114221511/1142211164/1164102/1106110/1112111.88/1155.8121.99/1277.22610/238111505/

18、132991505/1329912169/1179134/1143138/1146178.22/1888.2198.00/2099.12296/185551510/130881510/13088平均162/1166111/1118119/1126139.33/1488.5154.22/1644.32568/203331509/128111509/12811表5 上海海分内外区区/不分内内外区空调调系统模拟拟结果试 验 号号全年耗冷量量实际设计冷冷负荷理论峰值冷冷负荷供冷时数（kWh/m2a）（W/m22）（W/m22）（h/a）定新风焓控新风温控新风各种新风方方式各种新风方方式定新风焓控新风温

19、控新风1154/1145124/1126127/1129139.33/1477.5154.88/1633.92610/176441737/137991737/137992207/2201177/1179181/1183209.88/2222.4233.11/2477.12610/173111737/137441737/137443124/111090/899100/996107.88/1133.3115.88/1222.22610/165441738/121441738/121444154/1153127/1133131/1137142.88/1566.1158.77/1722.32610/1

20、76111738/133991738/133995208/1192148/1148163/1160164.88/1733.0180.33/1922.22610/200771738/135331738/135336169/1159127/1131138/1138153.77/1700.4168.55/1844.32610/166991738/121111738/121117107/99485/83391/877110.55/1188.2122.88/1311.32610/143331738/116111738/116118187/1178155/1154165/1162196.44/2044.2

21、218.22/2266.92610/169331738/131991738/131999192/1171139/1143148/1149148.55/1633.8157.11/1722.72610/181331737/131331737/1313310155/1157125/1131132/1137167.55/1888.2184.22/2044.72610/147661738/111441738/1114411171/1165123/1125131/1132123.00/1288.8131.11/1377.12610/226991737/144881737/1448812204/220417

22、4/1180177/1183204.77/2200.0227.44/2444.52607/181001737/139551737/13955平均169/1161133/1135140/1141155.77/1677.2171.00/1833.32610/175771738/130221738/13022表3表55中的模拟拟结果可供供统计分析析，同时，还还可供工程程设计参考考之用。将各城市分分内外区与与否对应的的两个多算算例的平均均“设计冷负负荷”再作平均均，所得数数值就是某某城市的设设计冷负荷荷的统计估估算值，哈哈尔滨、北北京、上海海三城市分分别为1338.3WW/m2，143.9W/mm2，

23、161.4W/mm2。焓控控新风方式式下全年耗耗冷量统计计估算值分分别为799.5kWWh/(mm2a)，114.5kWhh/(m22a)，134.0kWhh/(m22a)。 需需要指出的的是：全年年耗冷量、设设计冷负荷荷、峰值冷冷负荷这三三个指标是是按单位空空调面积给给出的，若若要改用单单位建筑面面积给出，由由于本文设设定的非空空调面积比比为25%，则以上上三个指标标都要乘以以系数0.75。 表表中给出的的各项指标标是在理想想的设定下下得出的，实实际运行管管理中较少少符合这种种理想设定定。具体应应用时要根根据专业知知识对报表表的有关指指标酌情作作一些变动动。如模拟拟计算时，设设定人员密密度、

24、照明明散热量、设设备散热量量在工作时时间内不随随时间变化化、保持稳稳定，实际际使用中是是有较大变变动的；模模拟计算时时设定1000%使用用空调面积积，实际上上空调空间间的使用率率（或出租租率）不可可能一直维维持在1000%；模模拟计算时时设定工作作时间内空空调系统总总是开机，总总是保证设设定的最小小新风量，实实际使用中中业主很可可能为了减减少运行费费用而少开开机、关小小新风阀。考考虑到空调调空间的出出租率、空空调系统的的开机率这这两个影响响较大的因因素，一般般来说模拟拟指标要作作相应处理理后应用。3 模拟结结果分析 本本文的正交交试验设计计中，对于于分内外区区与不分内内外区两种种情况，除除了建

25、筑面面积不一致致外，相同同试验号的的其他共有有因素的取取值完全一一致，故我我们可对是是否分内外外区的影响响进行分析析。同理我我们也将对对地区、新新风方式对对模拟结果果的影响进进行分析。 剩剩下的影响响负荷的111个因素素是作为因因子安排在在正交表中中的；这些些因素各自自的影响程程度可通过过设计更多多次数的、且且考虑交互互作用的正正交表来模模拟计算，最最后对模拟拟结果进行行正交方差差分析考察察得出；限限于篇幅，本本文不作研研究。 33.1 分分内外区的的影响 由由模拟结果果可知，各各城市分内内外区时的的供冷时数数都大于不不分内外区区的数值，这这是因为分分内外区设设置空调系系统时，当当外区在过过渡

26、季已不不需供冷时时，内区一一般仍需较较长时间的的小负荷供供冷。 各各城市不分分内外区的的设计冷负负荷（或峰峰值冷负荷荷）都大于于分内外区区的数值，这这是因为标标准层面积积较小的建建筑不分内内外区，因因此围护结结构负荷占占总负荷的的比例较大大。 各各城市是否否分内外区区时的全年年耗冷量大大小没有规规律。从耗耗冷量最小小的焓控新新风方式来来看，分内内外区时的的全年耗冷冷量总体上上要少一些些。 33.2 气气候条件的的影响 由由于气候条条件的不同同，3城市在相相同试验条条件下得到到的结果也也不同，计计算其之比比（不同城城市的供冷冷时数之比比意义不大大，不考虑虑），再把把12个试验验的模拟结结果之比作

27、作平均（不不同于对表表3表5中列出的的“平均”项再作有有关比值处处理，下同同），所得得的结果具具有统计性性、代表性性，可使设设计人员对对城市（可可代表不同同建筑热工工分区）间间差异有一一个宏观上上的数量概概念，见表表6。表6 不同同城市空调调系统模拟拟结果平均均比值全年耗冷量量之比设计冷负荷荷之比峰值冷负荷荷之比定新风焓控新风温控新风各种新风方方式各种新风方方式分内外区北京/哈尔尔滨129%145%145%104%104%上海/哈尔尔滨136%173%172%116%114%不分内外区区北京/哈尔尔滨132%144%143%104%104%上海/哈尔尔滨128%165%161%117%116%

28、3.3 新新风方式的的影响 由由模拟结果果可知，各各种新风方方式下的设设计冷负荷荷或峰值冷冷负荷是完完全相同的的。这是因因为新风方方式不同主主要影响过过渡季负荷荷，而设计计冷负荷或或峰值冷负负荷一般都都发生在最最热月。焓焓控和温控控两种新风风方式下的的全年供冷冷时数几乎乎完全相同同，而且这这两种新风风方式下的的供冷时数数都比定新新风方式下下的供冷时时数少得多多。 与与气候条件件的影响一一样，可求求出不同新新风方式下下模拟结果果平均比值值，见表77。表7 不同同新风方式式下模拟结结果平均比比值城市分内外区空空调系统不分内外区区空调系统统全年耗冷量量之比供冷时数之之比全年耗冷量量之比供冷时数之之比

29、焓/定温/定焓/定温/定焓/定温/定焓/定温/定哈尔滨61.7%65.6%53.2%53.2%64.9%69.7%63.2%63.2%北京68.6%73.5%58.9%58.9%70.9%75.9%63.7%63.6%上海78.4%82.9%66.6%66.6%84.1%87.8%74.6%74.5%注：“焓”、“温”、“定”分别指“焓控新风风”、“温控新风风”、“定新风”考考察表7，可可以进一步步得出以下下结论：定新风方方式下的全全年耗冷量量最大，而而焓控新风风要略小于于温控新风风，说明焓焓控新风方方式最为节节能。 与不分内内外区相比比，分内外外区的空调调系统在过过渡季大量量使用新风风更能减

30、少少耗冷量与与供冷时数数。 采用焓控控新风与温温控新风时时，哈尔滨滨空调系统统全年耗冷冷量、供冷冷时数减小小得最多，而而上海则最最少。4 结论 本本文对高层层办公建筑筑空调设计计冷负荷与与全年耗冷冷量等进行行了模拟分分析，得到到了如下结结论。 哈尔滨、北北京、上海海三城市的的设计冷负负荷统计估估算值分别别为1388.3W/m2, 143.9W/mm2, 1161.44W/m22；焓控新新风方式下下全年耗冷冷量统计估估算值分别别为79.5kWhh/(m22a)，114.5kWhh/(m22a)，134.0kWhh/(m22a)。 分内外区区与采用不不同的新风风控制方式式对设计冷冷负荷与全全年耗冷量量的影响是是： （a）分内外外区时供冷冷时数大于于不分内外外区时的，设设计冷负荷荷小于不分分内外区时时的； （b）定新风风方式下全全年耗冷量量比全新风风方式（焓焓控、温控控）时大很很多；焓控控新风方式式最为节能能； （c）分内外外区的空调调系统在过过渡季大量量使用新风风较不分内内外区系统统更能减少少耗冷量与与供冷时数数； （d）与采用用定新风相相比，采用用焓控新风风与温控新新风时，在在哈尔滨、北北京、上海海三城市中中，哈尔滨滨空调系统统全年耗冷冷量、供冷冷时数减小小得最多，而而上海则最最少。