空调全年逐时动态负荷计算在实际运用中遇到的几个问题

1、空调全年逐时动态负荷计算在实际运用中遇到的几个问题的探讨中国建筑设计研究院 徐征本文利用DeST软件，参照曾经设计的一座办公楼的标准层设计了一个模型，对在空调设计冷负荷的确定和制冷设备方案的选择过程中遇到的问题做了探讨。2K，遮阳系数为0.35；非透光部分，内侧设有保温，传热系数为K=0.5W/m2K。办公建筑的夏季室内设计温度为24，相对湿度55%；人员密度0.125人/，新风量50m3/h，照明负荷为20W/，计算机等办公设备负荷为30W/。假定每年的5月1日到9月 30日为空调供冷季，每天的空调开启时间为7:0020:00，总工作时间为2142h。附图一附图二假设这个模拟建筑位于北京，用

2、DeST软件计算后，得到整个供冷季的每个区的、每层、和全楼的逐时空调冷负荷。不用质疑，每个朝向每个区出现最大冷负荷的时刻是不一致的。按照规范要求空调区的夏季冷负荷应按各项逐时冷负荷的综合最大值确定。在不计算新风负荷的情况下，对计算结果排序，看到标准层的最大冷负荷出现在6月27日16时，为193.79KW。如果将标准层设为一个空调系统，就可以将193.79KW做为余热，这一时刻的湿负荷做为余湿，按照北京夏季室外设计工况，计算出此层的空调设备的耗冷量；假设此建筑的每层的建筑功能、使用情况均相同，那么标准层的空调设备的耗冷量乘以层数就可以计算出全楼的耗冷量，据此可以选出冷水机组和水泵等设备。常识上北

3、京最大耗冷量出现的时间应该在7月，是软件计算有误吗？DeST软件的计算结果应该没有错误，出现问题的原因是计算过程中忽略了一个很重要的因素：新风负荷。假设标准层的新风量在整个空调供冷季都不变，室内设计参数也不变，因此新风负荷的大小就由室外空气焓的大小决定。室外空气焓随空气温度和含湿量逐时变化的，新风负荷也就是逐时变化的。考虑新风因素后，用DeST软件计算的逐时空调冷负荷，经过排序后看到标准层最大总冷负荷出现在7月12日14时，为349.83KW(见表一)。但是这个数值能否做为空调设计冷负荷还是有问题。从表二中可以看到不同的负荷出现的时间时不一样的，冷负荷大于300KW出现的时间只有9 h，占总开

4、机时间的0.4%。由此可见将最大冷负荷做为设计冷负荷，虽然也是综合最大值，也能使空调设备有99.6%的时间工作在85.7%的设备容量以下。从经济角度上来说这显然是不合理的。表一：空调最大冷负荷（前10个）日期时刻干球温度()含湿量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷负荷总计(KW)总冷量(KW)7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 7月12日16 29.71 23.62290.35 330.58 6611.64 7月11日11 32.21 22.25689.49 322.65 6453.03 7月12日15 30.02 22.43487.64 319.

5、11 6382.20 7月11日9 29.69 22.65087.85 310.44 6208.74 7月12日11 29.69 21.90085.93 308.97 6179.43 6月28日11 30.48 20.78483.91 304.18 6083.70 7月31日15 28.80 22.64186.89 303.31 6066.10 7月11日10 30.98 20.93184.81 301.55 6030.97 7月12日13 30.43 21.09284.65 296.10 5921.91 表二：冷量范围KW工作时长h33.695024501006671001506871502

6、0037720025028725030091300349.839这使人想到了“不保证”这个概念。DeST软件的气象参数是模拟的，但保留了“不保证50h ”的气象参数，能否将这50h 的负荷去掉，剩下的最大负荷做为设计负荷？从表三到表五中可以看到，这样做也不是很妥当。北京的夏季空调室外计算干球温度为33.2，湿球温度为26.4,对应的焓为82.3kj/kg。按照规范夏季空调室外计算干球温度应采用历年不保证50h的干球温度，湿球温度应采用历年不保证50h的湿球温度。将冷负荷按干球温度排序，大于33.2的有69h。这69h里没有349.83KW，因为其出现时刻的干球温度为30.18。同时还发现在De

7、ST软件的气象参数里33.2和湿球温度26.4并不对应，无法在i-d上找到这个点。如果借用湿球温度26.4表三：最高干球温度（前10个）日期时刻干球温度()含湿量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷负荷总计(KW)总冷量(KW)5月16日14 37.03 9.49661.79 222.76 4455.10 7月6日14 36.98 17.27181.70 279.33 5586.52 7月6日13 36.69 16.25578.79 259.56 5191.25 5月16日15 36.65 8.28058.27 224.66 4493.29 7月6日15 36.64 14.04673.07 24

8、6.89 4937.86 5月16日13 36.43 8.77959.33 208.43 4168.54 6月27日14 36.21 10.36063.16 228.60 4571.93 7月6日16 35.96 11.09564.79 214.74 4294.71 6月27日15 35.95 9.21259.95 225.69 4513.85 7月6日12 35.76 13.83171.61 145.86 2917.23 表四：最高室外焓（前10个）日期时刻干球温度()含湿量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷负荷总计(KW)总冷量(KW)7月11日20 29.37 26.12096.38 1

9、05.60 2112.02 7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 7月11日19 30.75 24.26493.09 110.56 2211.17 7月11日18 31.97 23.18491.61 122.23 2444.68 7月29日14 31.74 23.13491.24 144.55 2890.92 7月11日12 33.27 22.31690.76 181.54 3630.79 7月12日16 29.71 23.62290.35 330.58 6611.64 7月15日13 30.12 23.44590.33 146.05 2921.07

10、 7月11日11 32.21 22.25689.49 322.65 6453.03 7月14日16 32.05 22.12788.99 145.24 2904.81 表五：日期时刻干球温度()含湿量（g/Kg)室外焓(kj/kg)冷负荷总计(KW)总冷量(KW)备注7月12日14 30.18 25.68396.12 349.83 6996.70 最大冷负荷5月16日14 37.03 9.49661.79 222.76 4455.10 最高干球温度：6月4日12 33.24 8.97156.55 131.54 2630.74 33.2附近7月8日15 33.15 16.61876.04 134.

11、78 2695.62 33.2附近：7月11日20 29.37 26.12096.38 105.60 2112.02 最高室外焓：8月4日10 28.36 21.04082.34 301.55 6030.97 82.3kj/kg附近7月13日16 30.81 20.12382.57 279.31 5586.12 82.3kj/kg附近7月11日1633.7118.10780.44288.235764.64小于82.3kj/kg范围的最大冷负荷根据表二，按负荷的分布确定空调设计负荷更为实际一些，将大于300KW的9 h做为不保证的时间，标准层的设计冷负荷暂定为296.1KW,全楼总设计负荷为59

12、22KW（1684RT）。空调设计负荷确定后就可以进一步确定冷源设计方案，本项目拟选用离心式冷水机组，定流量运行，根据负荷变化调整运行台数。按照规范不宜小于两台的要求，设计了四种台数方案，见表六。表六：方案一方案二方案三方案四冷水机组870 RT600RT450RT700RT350RT单台制冷量KW/台3058.92109.6287.72461.21230.6单台耗电量KW/台539.3361.8238.5423.9225.5台数23421总容量KW6117.86328.86328.86153容量附加系数1.041.071.071.04冷水泵电量KW/台7545375530冷却泵电量KW/台7

13、555377537冷却塔电量KW/台18.5151118.57.5冷水机组用电量 KWh942283848525966392928208水泵、冷却塔总用电量 KWh484269438150413355435748总用电量 KWh1426552128667513797471363956方案之间总用电量的比例1.1111.071.06按规范要求电动压缩式机组的总装机容量，应按前面的夏季设计冷负荷确定，不另作附加。冷水机组实际选型时，由于规格限制，机组的总装机容量均要略大于设计冷负荷。表六中的容量附加系数就是这个问题的反应，是实际存在的。判定某个方案的优劣的因素除了考虑设备投资、机房空间等以外，其运

14、行用电量是一项很重要的参数。不仅要比较冷水机组的用电量，与其关联的水泵、冷却塔等设备的用电量也应综合考虑。表六显示，选用 3台600RT冷水机组的方案二的总用电量最低，方案一的总用电量最高。虽然方案三的冷水机组的用电量最高，但是由于水泵和冷却塔的总用电量最低，使其总用电量次于方案一。一般认为在部分负荷情况下，冷水机组大小搭配比较节能，表六却显示方案四的总用电量只比方案三略小。还发现方案二与方案一比较，容量附加系数略大，但是总用电量却低了11%。表七：方案一方案二方案三方案四冷水机组870 RT600RT450RT700RT350RT台数23421100%18h27h36h18h9h总计2906

15、h3980h5069h2592h807h表七列出了各方案冷水机组在部分负荷时的工作时长。厂家提供的参数表明冷水机组的耗电量随负荷率的降低而降低，而COP值在70%左右最高。方案三的工作时长总计为5069h,这是其总用电量最高的主要原因。方案一的42.2%的时间工作在5067%的负荷范围内，33.9%的时间在6783%的范围，其它三个方案在6783%的范围内的工作时间分别为42.9%、45.5%、44.6%，这是方案一冷水机组的总用电量较高的主要原因。方案二方案四在83100%的范围内的工作时间分别为27.5%、34.6%、47.4%，方案四的最长。方案四能耗较高的原因就在于小冷机使大冷机在90

16、%的时间工作在67%以上的负荷范围里。只有方案二在COP值最高点附近的三个负荷范围内的工作时长分别为28.2%、42.9%、27.5%，分配比较合理，因此空调总用电量最低。小结：从空调设计冷负荷的确定到制冷设备方案的最终选择，遇到了很多问题，DeST软件的计算可以帮助找到初步的答案：1在计算空调设计冷负荷的过程中，不只要计算围护结构、人员、灯光、设备等的逐时冷负荷，必须要计算新风的逐时冷负荷，新风工况不是唯一的。然而这些负荷的综合最大值还不是空调设计负荷。2夏季室外计算温度不适合做为判定空调设计负荷的标准。3空调设计负荷是选定冷水机组的参考值。整个供冷季空调设计总用电量是冷水机组方案的确定的重要指标。空调设计负荷应对应于冷水机组COP值最高时的冷量，并且不同负荷范围的工作时长应在COP值最高点附近合理分布，使得供冷季空调设计总用电量最低。4这些只是从一个侧面分析问题，