用Excel计算空调冷负荷.pdf

用E x c e l 计算空调冷负荷 荣庆兴1 ，孟威2 计算机应用与I T 技术 ( 1 深圳奥意建筑工程设计有限公司，广东深圳5 18 0 3 1 ；2 天津= 十冶机装分公司天津3 0 0 3 5 0 ) 。 摘要：利用M i c r o s o f t E x c e l 软件在重复计算法方面的优势，介绍了z 传递函数法对空调负荷 进行计算的方法，最后利用该方法对武汉一栋两层办公楼的空调冷负荷进行了计算，结果显示利 用Z 传递函数法及M i c r o s o f tE x c e l 软件能方便、快捷、准确地对空调负荷进行计算。 关键词：空调冷负荷；计算；传递函数； M i c r o s o f tE x c e l 。- 中图分类号：T U 8 3 1 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 8 4 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 5 4 - 0 4 0 引言 空调冷负荷的计算是空调系统设计的基础，其计 算的准确与否直接影响到空调系统的效果、投资情况 及其运行管理费用，因此人们越来越关心冷负荷计算 的准确度。在实际工程中，建筑条件的不确定性使得冷 负荷的计算非常繁琐，在计算的过程中存在着大量的 重复计算。关于空调冷负荷的计算方法主要有谐波反 应法、冷负荷系数法和z 传递函数法。z 传递函数法是 把工程控制论中的方法应用到负荷的计算中来，它计 算冷负荷不考虑外扰是否是周期性变化的，用时间系 列来表示外扰变化，由于它避免了简化处理过程中的 各种近似和假设，所以较其它方法更加准确。M i c r o s o f t E x c e l 软件具有良好的计算功能，界面简单，操作方便， 且能根据实际的计算需要进行编程”1 。笔者在用z 传递 函数计算空调冷负荷的基础上，用E x c e l 软件进行空 调冷负荷的计算，实际使用效果良好。 1空调负荷的计算剐 1 1 得热量的计算 1 。1 1 通过外墙、屋顶的传导得热 通过外墙、屋顶传导得热的计算公式为： = Eb i 瓦( “) 一Ec ；死( “) 一E 应g “ i = 0l = 0i = 1 式中g 。在，l 时刻，外墙、屋顶传热得热量，W m 2 ； 口“在n i 时刻，外墙、屋顶传热得热量，w ，m 2 ； 瓦( “广在n i 时刻，室外空气综合温度，o C ； 6 f c ；，吐一围护结构z 传递函数的各系数； ( 一) 一在n i 时刻，室内空气温度，。 在n 时刻室外空气的综合温度计算公式为： 瓦n = T w , n 4 - 吐一堂 ( 2 ) 式中兀。一夏季设计日的逐时气温，； P 一建筑物同护结构外表面的太阳辐射吸收率； 厶一围护结构表面接受的总太阳辐射强度， W ，m 2 ： 一围护结构外表面的放热系数，W ( m 2 K ) ； 巩一围护结构外表面的长波辐射系数； R 一围护结构外表面向外界发射的长波辐射和 由天空及周围物体向围护结构外表面的长 波辐射之差，W m 2 。 咒。= 瓦一儡A T 式中瓦一夏季空调室外设计温度，o C ； 啦一以为基准的模比系数； r 一最热月室外日较差。 当室温恒定时，即死( 一) = c o n s t 时有： ( 1 )铲酗瓦t 矿r oe c t 一酗q “ ( 3 ) b ；、c ；、d i 作为传递函数系数系列，表征围护结构 5 4 卜皤 万方数据 计算机应用与r I 技术 的全部热工特性。可以通过解一定边界条件下的傅立 叶导热微分方程求得。我们在计算空调负荷时可以通 过查相应的手册得到。 1 1 2 通过窗户的得热 ( 1 ) 传热得热。通过窗户传热得热的计算公式为： q 。= K ( T o ( 。) 一死) ( 4 ) 式中q 。通过窗户的传热得热量，W m 2 ； K 忽略自身热阻时的玻璃传热系数，w ( m z K ) ； 瓦( 由一在r t 时刻，室外空气综合温度，； 瓦一室内设计温度，。 ( 2 ) 日射得热。通过窗户日射得热的计算公式为： q f _ G c n D i ( 5 ) 式中q f 通过窗户的日射得热量，w ，m 2 ； c 一窗玻璃的遮阳系数； c n 一窗内遮阳设施的遮阳系数； n 一日射得热因数，W m 2 。 1 2 冷负荷的计算 1 2 1 外墙、屋顶冷负荷的计算 外墙、屋顶冷负荷的计算公式为： C L q 。= V o q 。+ V l g ，卜l + y 2 9 神+ W IC L q ，1 ( 6 ) 式中C L q 。，C L q ，卜。1 l 和n 一1 时刻的通过外墙、屋顶得 热引起的冷负荷，w m 2 ； 铀g ，。，g 以n 时刻、n 一1 时刻、n 一2 时刻外墙及 屋顶的得热量，W m ：； “，y y ：，形。一外墙、屋顶的z 传递函数系数。 z 传递函数系数y 。、y 。、y ：、形。和得热量的性质， 室内各部分围护结构和家具的热容量以及室内气流流 动隋况有关，它们可以通过求解房间各围护结构所建 立起来的热平衡方程式得到。在实际工程中，我们可以 查表得到相应的系数值。 1 2 2 窗冷负荷的计算 ( 1 ) 传热得热引起的冷负荷计算公式为： C L q 。= V o q 。+ V lq 。，l + V 2 q c , ，卜2 + W iC L q 。，l ( 7 ) 式中C L q 。C L q 。川n ，时刻、n l 时刻通过窗户的传 热得热引起的冷负荷，w m ：； g 。q 。川，q 。胂1 时刻、n - 1 时刻、n - 2 时刻的传 热得热量，W m 2 ； y 。，y 。，y ：，肜。窗户的传热得热的z 传递函数 系数。 ( 2 ) 日射得热引起的冷负荷计算公式为： C L q f m = V o q f , 。+ V lq f , ，卜l + y 29 f 柚+ W 1C L q f ，l ( 8 ) 式中C L q h ，C L q f 。“几时刻、n 一1 时刻通过窗户的日 射得热引起的冷负荷，w m 2 ； g 伽q f n - ! , q f t 柚n 时刻、n l 时刻、，l 一2 时刻的日 射得热，W ，m 2 ； ，y 。，y ：，形。一窗户的日射得热的z 传递函数 系数。 1 2 3 照明、人体、设备得热引起的冷负荷的计算 冷负荷的计算和墙体，屋顶和窗户的计算方法相 同，所不同的是我们应该查取相应的得热性质的传递 函数系数。 2计算实例及空调负荷计算表格的制作 下面以一个实例来说明冷负荷计算表格的制作。 武汉地区有一栋两层办公楼，平面布置如图1 所示，外 墙为十六号，屋面为4 5 号，表面深色( p = 0 9 ) 楼板为 3 0 号。内墙为5 号，走廊不设空调，层高为3 4 m ，设 a b = 7 2 0 0 m m 3 6 0 0 m m ，窗户2 4 0 0 m m 2 2 0 0 m m ，采 用5 m m 普通玻璃，钢外窗，内设尼龙调白色窗帘，无遮 阳板。 室内人员、灯光和设备条件为：设每个房房间均为 三班工作制，早中班4 人，夜班( 从2 3 点至次日6 点) 2 人，均为男子轻劳动。室内装有2 支4 0 W 荧光灯及镇 流器和4 支 6 0 W 的白炽 灯，从晚上 2 0 ：0 0 至次 日早上8 ：0 0 连续开灯 1 2 h 。室内装 有一5 0 0 W 1 0 11 0 21 0 3 巴 1 0 41 0 51 ( 珩 廿 图1 办公楼平面布置图 的电热设备，在白天从8 ：0 0 1 4 ：0 0 连续使用6 h 。 2 1 基础数据的计算表格 基础数据的计算表格如图2 。 在基础数据的计算表中包括查得一些基本数据和 经过计算得到的逐时日气温、东南西北四面的综合温 度、内墙的得热、南北方向日射得热。对于需要计算的 数据，只需在B 列中输入计算公式，然后利用E x c e l 的 拖放功能进行计算。下面以南窗的日射得热的计算说 明之，首先用鼠标左键单击B 3 6 单元格，然后输入 “= ”，接着用鼠标单击B 2 8 单元格，再输入“，接着 用鼠标单击B 2 9 单元格，再输入“矿，最后用鼠标单击 B 3 2 单元格，按“E n t e r ”键结束。再计算第3 6 行其它单 元格就很方便了，只需用鼠标单击B 3 6 单元格，移动 十字光标到该单元格的右下方，当十字光标变黑后按 住鼠标左键不放，水平拖动到Y 3 6 即可。 斟1 3 3 m 器墨I I5 5 第3 l 卷 J J 万方数据 2 2 冷负荷和得热量的迭代表格 得热量迭代过程的表格如图3 ，图中各列所表示 的内容如下：A 一时刻，B 一室外综合温度，c 第一周 期( 第一次迭代的结果) 卜第二周期，E 一第i 周期， 计算机应用与I T 技术 F - 第四周期。由于篇幅的限制，在这里冷负荷的迭代 过程的表格就列出。需要指出的是，在求开始第一个时 刻的得热量q 。和C L q 。时，需假设这一时刻前的q 。或 C L q 。都等于零。在计算的时候同样可以用到E x c e l 的 图2 基础数据的计算表 万方数据 计算机应用与I r I 技术 图4 冷负荷汇总计算爱 拖放功能进行快速的重复计算。 2 3 冷负荷计算汇总表 各个房间的冷负荷计算表如图4 。 其中第1 一第1 0 项都是单位面积的，在计算每个 房间的逐时冷负荷时，只需在第一列输入计算公式，然 后利用E x c e l 的重复计算功能，只需点着第一个单元 格拖动到最后一个单元格，所有2 4 h 的冷负荷值都求 出来了。而且我们在计算第一个单元格的时候也是很 方便地输入相应的计算公式的。 3结语 空调冷负荷计算重复工作量比较大，而E x c e l 软 件在重复计算方 面非常有优势， 利用E x c e l 图表 计算空调冷负 荷，可以清楚的 看到每一个房间 冷负荷的构成， 方便检查和修 改，而且这些表 格的重复使用性 很好。当建筑条 件改变时，我们 的基础数据的表 格仍然具有很高 的利用价值，只 需做少量的修 改。同时，随着人 们对空调节能的 关注程度不断的 提高，要求对空 调负荷的计算准确度也在加大。z 传递函数区分了得 热量和冷负荷的不同，且避免了冷负荷系数法等算法 中的一些假设和近似处理，提高了计算的准确度。 参考文献： 华君，刘建华，等用E x c e l 计算供暖热负荷【J 】暖通空调，2 0 0 3 ，( 1 ) ： 7 l 7 2 【2 1 2 钱以明高层建筑空调与节能f M l 上海：同济大学出版社，1 9 9 0 【3 】陈沛霖，曹叔维，郭建雄空气调节负荷计算理论和方法【M 1 上海：同 济大学出版社，1 9 7 8 【4 】曹叔维房间热过程和空调负荷【M 】上海：上海科学技术文献出版 社，1 9 9 0 收稿日期：2 0 1 0 - 1 1 2 4 修回日期：2 0 1 0 0 1 - 0 7 A p p l i c a t i o no fM i c r o s o f tE x c e li nA i rC o n d i t i o n i n gC o o l i n gL o a dC a l c u l a t i o n R O N GQ i n g - x i n 9 1 ，M E N GW e i 2 ( 1 S h e n Z h e n A + E D e s i g nC o ，L t d ，S h e n z h e n5 1 8 0 3 1 ，C h i n a ；2 T i a n j i n M c c 2 0 M a c h i n e r y I n s t a u c n e n t E n g i n e e r i n g B r a n c hC o m p a n y ，T i a n j i n3 0 0 3 5 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T a k i n gt h ea d v a n t a g eo fM i c r o s o f tE x c e li nr e p e a t e dc o m p u t a t i o n ，i t su s i n gi na i rc o n d i t i o n i n g Sc o o l i n g l o a dc a l c u l a t i o nb yt h eZt r a n s f e rf u n c t i o nm e t h o d sw a si n t r o d u c e d T h e nat w o - s t o r e yo f f i c eb u i l d i n gi nW u h a nW a st a k e n a sa ne x a m p l e ，i t sa i r - c o n d i t i o n i n gc o o l i n gl o a dw a f tc a l c u l a t e di nt h i sw a y ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ，w i t hZt r a n s f e rf u n c t i o n m e t h o da n dt h eM i c r o s o f tE x c e ls o f t w a r e ，c a l c u l a t i o no ft h ea i rc o n d i t i o n i n gc o o l i n gl o a dw a sc o n v