广州大学城建筑冷负荷特点分析.doc

广州大学城建筑冷负荷特点分析张磊 孟庆林（广州华南理工大学建筑节能与DeST研究中心）摘要：广州大学城建筑类型复杂多样，主要有教学楼、图书馆、食堂、宿舍等建筑类型，这些建筑类型室内人员、灯光和设备热扰变化具有不同的时间性和规律性，从而造成各类建筑全天冷负荷变化各具特点，本文分析了大学城各类建筑冷负荷特性，并采用能耗模拟软件进行了验证，可以为大学城区域供冷方案的确定和实施提供理论支持。关键词：冷负荷 室内热扰 区域供冷 模拟计算1. 广州大学城概况广州大学城位于广州市番禹区小谷围岛及其南岸地区，总规划用地43.3平方公里，规划总人口3540万人，人口构成为：学生为1820万人；教师员工为1.52万人；职工约为5万人；其他人员78万人。大学城内教学区主要建筑类型及其面积指标如下表所示：表1 建筑类型及面积建筑类型教学楼实验室图书馆宿舍学术中心行政办公体育馆食堂生活服务建筑面积（万M2）99.6382.3932.11143.348.327.776.320.75524.64空调面积（万M2）59.849.422.524.46.220.84.410.413.3装中央空调比例（%）8010010020100100100100902. 建筑冷负荷特点广州大学城教学区建筑类型较复杂，包括教学楼、实验室、图书馆、学术中心、行政办公、学生宿舍、食堂等类型，不同建筑类型的人员、设备、灯光负荷值和作息时间差异较大，大学城内主要人流是学生、教师和部分服务人员，这些人员是移动的空调负荷群，且时间性、规律性比较明显，例如：在上午（8：0012：00）和下午（14：0018：00）工作时间内，宿舍、食堂人员密度较少，空调负荷较低，可以少开机，甚至不开机，而在教学楼、图书馆、实验室等类建筑中，人员密度较大，灯光、设备负荷也相应增加，空调负荷较大，并在下午出现空调负荷峰值；而在中饭（12：0013：00）和晚饭（18：0019：00）时间，学生和教师主要集中在食堂和宿舍，造成这两类建筑冷负荷增加并出现最大值，而此时，其他建筑空调负荷则相对较低。正是这种一定量的人员在不同时间段，在不同建筑中的分配，造成了不同建筑类型最大冷负荷出现时间上的差别，这个差别可以用同时使用系数来体现，同时使用系数的定义为：各类建筑全天逐时冷负荷相加的最大值与每个单个建筑这一天内的最大冷负荷相加的比值。同时使用系数反映了各类建筑全天冷负荷最大值出现时间上的差别，同时使用系数越小，说明不同建筑类型同一天内最大冷负荷出现的时间差别越大，反之，则差别越小，如果同时使用系数等于1，则说明最大冷负荷在同一时刻出现。获得合理可靠的同时使用系数，可以得出空调系统准确的总装机容量，以及相应的电气增容、配套设备、空调及变配电用房的面积，避免装机容量大于实际需求而造成浪费。为了验证上述大学城内各类建筑负荷特性的分析，并确定同时使用系数，采用DeST能耗模拟软件计算了上述大学城内建筑类型的全年逐时冷负荷。3. 建筑能耗模拟计算在模拟过程中，考虑到人员、设备、灯光等室内热扰是影响大学城内各建筑冷负荷变化的主要因素，需要解决的主要问题是这些内扰对建筑冷负荷的影响，而围护结构的动态热性能并不是考虑的重点，以及在大学城规划阶段缺少详细的建筑外形和尺寸资料，因此在建模过程中，忽略了建筑尺寸和体形的影响，采用最基础的，最简单的模型，如下图所示：图1 建筑模型建筑外窗对建筑空调负荷的影响较大，为了能真实反映建筑冷负荷的变化规律，对不同建筑类型设定了不同的窗墙比和窗玻璃材料，如下表所示：表2 窗墙比和窗玻璃材料建筑形式南北窗墙比东西窗墙比窗材料公共教学0.50.33mm单片白波（K=5.9，SC=0.95）实验楼0.50.33mm单片白波（K=5.9，SC=0.75）图书馆0.60.53mm单片白波（K=5.9，SC=0.6）学术中心0.50.353mm单片白波（K=5.9，SC=0.75）行政管理0.50.353mm单片白波（K=5.9，SC=0.75）体育馆0.30.33mm单片白波（K=5.9，SC=1）学生公寓0.40.13mm单片白波（K=5.9，SC=0.75）食堂餐厅0.450.23mm单片白波（K=5.9，SC=0.95）生活服务0.40.23mm单片白波（K=5.9，SC=0.95）按下表所示设定人员、灯光、设备热扰的值：表3 人员、灯光和设备热扰设定建筑形式人员密度人员显热人员散湿灯光负荷设备负荷人/m2W/人kg/人.hWm2Wm2公共教学0.5580.0753020实验楼0.2510.1943230图书馆0.125630.0683020学术中心0.33510.194305行政管理0.2610.1093010体育馆0.35610.1092010学生公寓0.125570.1152010食堂餐厅0.7510.194200生活服务0.4580.1842010初步估计大学城将有2030万大学生和科研人员入住，这些人员在一天中的不同时刻，在大学城各个建筑中分配，通过对大学城内各类建筑使用习惯的调查，按下表设定作息时间： 表4 人员、灯光和设备作息设定建筑形式7:008:008:0011:0011:0012:0012:0013:0013:0014:00公共教学5%90%90%0%0%实验楼0%30%30%0%0%图书馆0%30%30%0%0%学术中心0%70%70%0%0%行政管理0%100%100%0%0%体育馆0%0%0%30%30%学生公寓30%20%20%50%100%食堂餐厅80%0%100%80%0%生活服务0%80%90%90%90%14:0017:0017:0018:0018:0019:0019:0022:0022:007:00公共教学50%5%5%60%0%实验楼80%0%0%60%0%图书馆100%0%0%100%0%学术中心70%70%0%0%0%行政管理100%100%0%0%0%体育馆100%100%100%60%0%学生公寓40%10%40%30%100%食堂餐厅0%100%80%25%0%生活服务90%90%90%50%0% 在实际过程中，大学城的人员在不同建筑中的流动将有很大的不确定性，上述这种建模和参数设定方法，只是为了定性的分析大学城内建筑冷负荷的特点及其变化趋势，为区域供冷方案的选择提供参考。4. 结果分析及结论采用DeST软件，按上述参数设定，计算了大学城教学区9种建筑类型511月份的全天逐时冷负荷，并在排除50个小时不保证点的基础上，找到了各类建筑最大冷负荷出现的日期及时刻，如图2所示：图2 教学区各类建筑9月7日全天逐时冷负荷 各类建筑最大值如下表所示：表5 教学区冷负荷统计建筑类型教学楼实验楼图书馆宿舍学术中心行政办公体育馆食堂生活服务总计逐时最大值(W/ m2)243 150 128 119 186 176 219 333 241 1796 而各类建筑逐时累计最大值出现在下午14：0015：00时间段，其值为1284W/m2，根据上述同时使用系数的定义，可以得到大学城教学区单位面积冷负荷同时使用系数为0.71，根据表1提供的建筑面积指标，得到空调面积上的同时使用系数为0.83。 根据全年冷负荷变化情况，统计了各类建筑不同负荷率下运行小时数，如下表所示：表6 教学区各类建筑负荷率统计注：表中括号内数字为不同负荷率下运行小时数占全年总运行时间的比例（%）通过对大学城建筑冷负荷特征的分析和模拟软件的计算结果可以看出，由于学生和教师这个庞大的移动空调负荷群在各类建筑之间的流动，造成大学城建筑冷负荷最大值出现时间上的差异，如果对每种建筑类型单独设置中央空调，则空调机组的制冷量需按照相应建筑最大冷负荷值选取，但从表6所示数据来看，各类建筑的满负荷运行的小时数只占总运行时间的很少一部分，这样制冷机组全年大部分时间在部分负荷下运行，从而造成了