高层办公建筑空调设计冷负荷与全年耗冷量模拟

高层办公建筑空调设计冷负荷与全年耗冷量模拟分析摘要：以不同的气候条件、不同的新风方式、分内外区与否为三类基本不同条件，用正交表安排剩余因素并用DOE-2软件进行模拟计算，得出高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量的统计估算指标：哈尔滨、北京、上海三城市的设计冷负荷统计估算值分别为138.3W/m2,143.9W/m2,161.4W/m2；焓控新风方式下全年耗冷量统计估算值分别为79.5kWh/(m2•a)，114.5kWh/(m2•a)，134.0kWh/(m2•a)。分内外区设置空调系统及采用焓控新风方式最为节能。关键词：高层办公建筑设计冷负荷全年耗冷量模拟分析新风方式内外区0引言现代高层办公楼在某些方面有许多不同于传统建筑的特点：窗面积与外墙面积的比值高；使用新型的墙体材料与玻璃；内部照明、设备的散热量大；一般有周边区与内区之分等。这些都影响着空调负荷的大小和特性。高层办公建筑最常见的平面布局为中央型核心式布局[1]（核心式是指把楼梯间、电梯间及前室、卫生间、开水间等这些交通枢纽和必要的公共服务房间集中到一起；中央型是指核心部位位于标准层的中部），本文运用建筑能耗分析软件DOE-2[2]对哈尔滨、北京、上海（可代表三个建筑热工分区）三城市的此类高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量进行模拟与分析。考虑到高层建筑的主体是标准层，本文近似建筑的各层功能与办公标准层相同。1模拟方案设计1.1基本条件城市不同（代表不同的建筑热工分区）、过渡季新风方式不同（对过渡季负荷产生重大影响），设计冷负荷与全年耗冷量的计算结果就会不同。故将以不同的城市、不同的过渡季新风方式为两类基本不同条件。为简化起见，只研究标准层形状为方形的情形，标准层方位取正S-N或正E-W。当标准层面积较大时，把标准层分为四周型外区与内区，内外区分用两套空调系统；当标准层面积较小时不分内外区、只用一套空调系统。是否分区也作为一类基本不同条件提出来。申1轰.2正交场表安排与水道平取值聚进由于正交试啦验方法好[3]欣具有优选安串排模拟、减工少模拟次数惊、简化分析葵过程、提高召分析可靠性绿等优点，本念文将用其来磁安排模拟试龙验。坊个在正交试验份中欲考察的粗因素称为因樱子；每个因上子在考察范荷围内分成若守干个等级，残将等级称为织水平，在正卖交表中用关“针1”候、贺“沙2”但等数字表示康。册汁剩下与负荷赠（直接地是着与逐时负荷绪）有关的因碗素共种11倘个：墙类型涝、窗类型、组室温、人员吐密度、灯光政散热、设备贡散热、新风钢指标、层高爹、窗墙比、缴标准层面积顺、进深（分文内外区时）冶。乔屈本文取各因雕子等水平数物2叹。因为不作低方差分析，蛙故不考虑交期互作用，各测单因子安排都可随机。正遭交试验安排钟及水平取值馅见表塑1瓜、表叙2迎。刘表1正交画模拟安排L跌12狼(2惕11宜)槽试验号晌墙类型谊窗类型可室内温度疗人员密度咐灯光散热寄设备散热尼新风指标鉴层高泻窗墙比滤标准层面积倘进深奖1坦2不3煌4视5骑6蜂7盲8屿9保10伙11典1旅1距1供1壮1舟1育1正1茫1司1足1拍1杯2走1久1三1沫1骂1叫2拾2能2良2灰2寸2台3剪1济1慢2踢2缸2垫1侨1茫1型2纸2妹2捏4螺1热2骡1尝2矿2拼1胖2邻2籍1菜1推2沿5骑1显2榨2示1火2钢2未1胆2晨1利2绍1胶6树1永2僵2诸2睛1雷2煤2滩1档2姐1诚1谨7贞2融1范2疏2爱1痕1丝2欠2摄1洪2迅1已8总2纸1盲2蕉1足2酸2碌2凑1尘1纽1及2极9咳2谣1郊1过2晴2朝2猴1茎2计2么1蜻1甲10竹2抢2罩2慰1死1贪1葡1貌2暮2播1灰2骄11临2撞2浸1请2结1掠2绳1童1箱1鸟2罗2椅12板2繁2乱1丙1野2蒸1靠2将1服2拔2最1跃注：分内外洋区（大标准拣层面积）时田完全套用本派表；不分内隆外区（小标轿准层面积）煌时无进深，升第11列置区空。筑表2正交菌模拟因子与寄其他因素取议值愤因子宽水平1疏水平2扩墙类型份

搅哈尔滨晚300mm朴厚页岩陶粒吗空心砌块，饿外贴120册厚实心砖，搬K计=0.83式W/(m丛2吩·季K)徐300mm颂厚页岩陶粒网空心砌块，刚K朵=1.03候W/(m螺2火·护K)宾北京择300mm侮厚页岩陶粒轧空心砌块，装K辜=1.03置W/(m证2下·仪K)着200mm防厚加气混凝评土，彻K配=1.36四W/(m冠2播·泡K)旬上海胞200mm扇厚KM非承生重空心砖，垦孔隙率>2皂5%，蓬K就=1.67胸W/(m垫2佛·谱K)夫240mm历厚KP承重迎多孔砖，孔来隙率<25蛛%,吨K疗=1.91辽W/(m浓2段·营K)而窗类型御

偷哈尔滨北京剂5F+12排A+5L,药K性=1.96飘W/(m路2果·废K),颜C绣s=0.6婶2草5F+12移A+5F,街K湿=3.09螺W/(m况2哀·叉K),殃C侧s=0.7瓶8巾上海功10mm镀碧膜热反射玻舱璃，臣K愿=5.45早W/(m砍2镇·科K)，叉C驳s=0.4赠9恋6mm透明移浮法玻璃，摆K片=5.78这W/(m架2确·毫K)，岂C词s=0.8妄9隆夏季设计室坟温(茎℃睛)惕24日27驱人员密度丈(p/m于2尾)恳0.25鞭0.125镰灯光散热爸(W/m杯2失)鞋20纵30面设备散热乡(W/m余2维)盲20慌40经新风指标伴(m父3告/p芒·孝h)泥17肉30能层高(m作)吊3.2任4野窗墙比(率%)饲0.3签0.6婶标准层面积谨(m舰2普)狮分内外区妨1400幻2000剂不分内外区法800统1400猎进深(m苹)仔4挥6秩其他因素泪取值采标准层长宽端比恼1:1息标准层方位乱N-S或W葱-E赶非空调面积商比泼占整个标准馅层面积的2庭5%，位于煤核心区兴窗内外遮阳抖无路冬季设计室榜温(县℃钉)玻20粘注：5F+书12A+5筐L表示双层办中空玻璃，堵外层是5m汁m厚浮法玻盛璃，内层是疲5mm低辐蒜射玻璃，中示间是12m境m的空气层招；疼C结s是玻璃的夜遮挡系数众表奋2袖中各因子（掉窗墙类型除摘外）两水平累取其常见取便值范围的两搭端值；窗墙迁类型取不同宇城市各自较笛常用、较具廊代表性的两未种，脊“默1”余水平较街“拍2”融水平节能。涌签由于已经有蜻了三类基本告不同条件：涛不同城市（三哈尔滨、北束京、上海）你、不同新风恋方式（定新开风、焓控新徐风、温控新脾风）、内外胞是否分区（银内区、外区帐）；又每次慧正交表需进陷行仁12早次模拟，故擦一共要进行招3×3×2辣×12=2君16削次模拟，得声出拥216罢组全年逐时括冷负荷供处饺理成设计冷吹负荷与全年泰耗冷量等。共1桂.3绿系统及相关贸参数的选定促侨本文的模拟骨与分析针对出普通集中式摔定风量一次给回风空调系坑统进行。对筛于高层办公言建筑这样的治舒适性空调垦，该系统一慰般采取变露屑点送风（保唉证室内干球进温度控制精别度而不保证债室内相对湿穿度）的方法扁来适应热湿亲负荷的变化乓。考虑到冷懂水机组的冷宽冻水的温度斑一般为番7/12彩℃及，简化地设纤定空调系统周最小允许送蛛风温度为塔14后℃惊。空调系统凳开机时间为走非节假日的遣8:00~柏18:00绝。柳2厉模拟结果报艳表某空调系统模套拟结果见表竖3灶至表亩5崖。表中还给筐出了参考用革理论峰值冷壁负荷。实际逝设计冷负荷阁首先按理论尚峰值冷负荷值的葵90%免取，若在此特条件下，全谅年不保证时驰数超过撒50档小时，则按牛全年不保证时50味小时取职[4]却。全年耗冷伍量是对应实驶际设计冷负锹荷的统计值赢，同时还统牙计出了空调鄙系统全年的温需供冷小时乱数。冰表3哈尔爬滨分内外区森/不分内外沟区空调系统叹模拟结果报试验号国全年耗冷量喜实际设计冷行负荷哲理论峰值冷它负荷鼠供冷时数远（kWh/浙·逝m鞭2禁·林a）失（W/m纱2羊）凡（W/m抄2等）扮（h/a）隙定新风社焓控新风户温控新风绒各种新风方拿式笑各种新风方嗽式午定新风轻焓控新风折温控新风柱1软104/1酷06挥69/74耀72/77同118.0占/124.煤5胞131.1楚/138.揪3惹2383报/1618构1197/枝1085烘1197/怖1085枯2己143/1狐50属102/1碰08谣106/1喘13尿181.1膊/188.触8羊201.2坛/209.恨8骗1815/墨1605阅1197/碰1087浸1197/洞1087改3池120/1绪17波60/64凡67/71拴99.6/袖105.2臭110.7唱/116.吸4停2610/疮1942团1198/沉1053伐1198/条1053拳4非108/茧111称72/78矛76/83扒119.2怒/128.须8精132.4浓/143.监1慎2580/索1556易1198/悟1046喘1198/厌1046域5催154/1民41含80/83辨87/91闹142.2妈/146.丈2肚158.0而/162.海5耽2610/泳1742末1198/呜1067遗1198/璃1067纤6评131/1宝32酿74/81恨80/90动134.3纪/147.喇4猫149.2显/163.筑7园2610/塘1552皂1198/凤978酸1198/肿978钻7冈73/73肢48/50腰51/54拼94.6/袖98.4厚105.2批/109.吸3弟2095/委1460习1198/涨1008鉴1198/沙1008绢8故120/1头23谱82/84慌87/90武161.2此/167.锯0行179.1屿/185.排5削1866/洪1550沿1198/冠1074上1198/田1074元9部185/1害81阁97/10友6津104/1缠15悬137.6曲/151.潜3磁152.0孤/168.北1暑2610/砖2066蓝1197/池1067至1197/齐1067虑10退117/1顶28内73/81殃78/87断144.9晨/162.售0绢161.0蔑/180.俗0斗2220/冤1446疗1198/没941忠1198/皱941旁11丢135/1窗28导73/76榴78/81庄105.8菜/109.醒4维116.2躲/120.末5侍2610/接2056秤1197/厕1089谷1197/贩1089罚12冒124/1推31息92/98纯95/10冲2牛171.7全/180.街3水190.8背/200.六3死1689/开1531善1198/唐1069客1198/贯1069卫平均撕126/1艺27域77/82轮82/88卷134.2蓝/142.摊4忆148.9察/158.焰1捎2308/朽1677陈1198/打1047帽1198/逼1047池表4北京鱼分内外区/恒不分内外区婆空调系统模笔拟结果顿试验号优全年耗冷量殃实际设计冷鹿负荷茅理论峰值冷测负荷区供冷时数惊（kWh/仍·此m志2需·蜂a）熄（W/m摊2考）画（W/m较2蛛）拆（h/a）赔定新风枝焓控新风借温控新风握各种新风方替式蛾各种新风方胃式奶定新风静焓控新风骂温控新风炒1更140/1减41介101/1林07聋106/1谊12萌122.7咳/129.占8姐136.喉3/144榜.2敏2610/恋2023甲1506/忠1340收1506/奥1340许2省195/2搜04面148/1躺55伯153/1蠢61萄186.5燕/194.宫8蔑207.2标/216.户4项2503/懂2060泡1506/御1356宜1506/锋1356占3医149/1池53盘87/91烛98/10民3嫌103.1亏/108.浅7学113.2乏/119.壁1孔2610/府2382做1512/慕1291敲1512/唱1291提4柜141/1喜44朴103/1棍10念108/1象15亏123.9更/134.姑2筑137.6辫/149.渣1陡2610/纯1903清1510/请1286瞒1510/凡1286月5玩191/1忠87嚼119/1孔23垒132/1尚38害146.7状/151.蝇5吼163.0干/168.底2像2610/猪2251牛1512/离1299穷1512/申1299丑6述165/1胖70怪106/1推15合117/1炎27率137.3众/151.遭1规152.6减/167.榆9绸2610/塞1961捉1511/宴1219崭1511/南1219杰7练98/97赶71/74铸76/81趋99.6/礼104.5恶110.6三/116.愧1锻2596/何1689饶1512/调1207荐1512/桂1207飘8唱165/1垫66源123/1能27善134/1浮38米167.9服/175.奏1目186.5管/194.性6钥2537/匆1825现1512/去1286拌1512/灯1286清9钥221/2禁30杆132/1晨43换141/1蔑51悦143.5根/159.炕1非155.6节/172.园2碎2610/帆2366拔1506/橡1304塑1506/樱1304娇10脉151/1户62充106/1瓣16械113/1候23慎150.6隆/168.富8缺167.3讲/187.瓜5忙2609/咬1704速1511/寒1142断1511/砍1142蚁11抵164/1颈64呈102/1吧06光110/1欺12葬111.8刊/115.边8伞121.9吐/127.找2话2610/矛2381肝1505/胸1329碑1505/极1329努12浑169/1只79集134/1轧43秋138/1俘46样178.2高/188.背2库198.0纳/209.华1挽2296/钟1855达1510/眨1308铺1510/材1308希平均手162/1均66脏111/1叙18扁119/1玉26布139.3蜻/148.隆5歌154.2搏/164.字3偏2568/钱2033涌1509/休1281教1509/蜜1281苦表5上海差分内外区/雕不分内外区柱空调系统模速拟结果叙试验号惕全年耗冷量劲实际设计冷渗负荷逆理论胜峰值冷负荷溜供冷时数冶（kWh/畜·顾m涌2辣·皆a）熟（W/m面2郊）挨（W/m含2益）辟（h/a）么定新风犹焓控新风兽温控新风享各种新风方盐式毫各种新风方垫式呆定新风堂焓控新风勇温控新风取1洁154/1酷45脚124/1茶26疮127/1为29衡139.3炮/147.摧5牺154.8较/163.猜9择2610/主1764叠1737/参1379荡1737/枯1379资2微207/2平01贝177/1旦79杏181/1弱83境209.8冰/222.川4烫233.1最/247.书1迫2610/款1731通1737/拨1374普1737/召1374恳3拼124/1泳10庸90/89鸭100/9率6窄107.8房/113.庄3艘115.8吴/122.凉2冻2610/津1654劝1738/辈1214挎1738/响1214慨4葱154/1复53从127/1秋33蠢131/1枣37左142.8闯/156.鸦1裁158.7极/172.普3表2610/消1761棚1738/旧1339寻1738/仍1339枕5蚁208/1回92乱148/1鹊48垂163/1起60美164.8撞/173.辣0匙180.3感/192.度2催2610/新2007倾1738/游1353冰1738/丹1353败6章169/1汉59诚127/1龟31根138/1宁38翅153.7雷/170.始4牲168.5栏/184.烦3碗2610/渗1669忧1738/光1211座1738/呼1211差7验107/9蜡4油85/83匀91/87巡110.5读/118.嫩2筹122.8述/131.共3副2610/傅1433铁1738/太1161付1738/验1161哭8劝187/1嗓78调155/1宿54促165/1师62击196.4即/204.奔2渡218.2母/226.厅9监2610/惊1693糕1738/畏1319钉1738/类1319培9掠192/1桶71寄139/1抬43要148/1漠49搁148.5避/163.代8矮157.1织/172.横7董2610/节1813泥1737/觉1313辞1737/君1313搬10交155/1葵57惯125/1玉31疾132/1跟37索167.5完/188.丘2第184.2卧/204.沃7旺2610/信1476备1738/覆1114昼1738/榨1114纱11进171/1塌65弯123/1凤25斩131/1盐32乏123.0尖/128.逢8池131.1扶/137.尺1匆2610/庄2269哄1737/恳1448恋1737/逃1448瘦12边204/2草04众174/1剩80梳177/1追83敲204.7李/220.织0肢227.4旧/244.炸5蓄2607/息1810匹1737/糟1395猜1737/兼1395朗平均炊169/1选61竿133/1园35杏140/1仆41仿155.7务/167.迫2锡171.0羡/183.倡3蛋2610/贱1757冬1738/避1302斤1738/那1302窝表3~表5宏中的模拟结灾果可供统计像分析，同时悬，还可供工这程设计参考似之用。勉将各城市分牌内外区与否高对应的两个东多算例的平机均申“盼设计冷负荷肢”围再作平均，乒所得数值就层是某城市的真设计冷负荷耽的统计估算躁值，哈尔滨扁、北京、上咱海三城市分稳别为大138.3台W/m2端，舟143.9花W/m2吴，差161.4颤W/m2秒。焓控新风装方式下全年仿耗冷量统计初估算值分别槽为掌79.5k绵Wh/(m扮2·a)赛，错114.5停kWh/(辽m2·a)恼，仓134.0译kWh/(驳m2·a)溜。矮色需要指出的胸是：全年耗秩冷量、设计爪冷负荷、峰充值冷负荷这侨三个指标是廊按单位空调称面积给出的氏，若要改用堤单位建筑面酱积给出，由找于本文设定荣的非空调面土积比为日25%捆，则以上三灯个指标都要检乘以系数和0.75呀。总膏表中给出的播各项指标是耀在理想的设画定下得出的皱，实际运行闭管理中较少伶符合这种理把想设定。具续体应用时要鹅根据专业知策识对报表的塑有关指标酌躬情作一些变罩动。如模拟嘴计算时，设缓定人员密度略、照明散热纹量、设备散扬热量在工作碗时间内不随垦时间变化、村保持稳定，痕实际使用中辞是有较大变航动的；模拟凉计算时设定上100%歪使用空调面兄积，实际上滤空调空间的册使用率（或酒出租率）不脑可能一直维必持在洁100%职；模拟计算购时设定工作穿时间内空调突系统总是开按机，总是保虏证设定的最储小新风量，该实际使用中珠业主很可能需为了减少运敏行费用而少孤开机、关小像新风阀。考酸虑到空调空岭间的出租率渔、空调系统萌的开机率这静两个影响较眼大的因素，准一般来说模厚拟指标要作席相应处理后岸应用。烈3每模拟结果分布析轨泛本文的正交惰试验设计中廊，对于分内峡外区与不分递内外区两种犁情况，除了奖建筑面积不滑一致外，相苏同试验号的拆其他共有因峡素的取值完肚全一致，故忙我们可对是曾否分内外区见的影响进行仪分析。同理棍我们也将对键地区、新风相方式对模拟库结果的影响强进行分析。瞒捆剩下的影响膨负荷的惹11链个因素是作愉为因子安排嚼在正交表中哀的；这些因起素各自的影楚响程度可通悠过设计更多碗次数的、且掌考虑交互作乡用的正交表尿来模拟计算惑，最后对模催拟结果进行弟正交方差分乞析考察得出腊；限于篇幅好，本文不作蓬研究。叙3单.1幕分内外区的联影响吩催由模拟结果介可知，各城吗市分内外区链时的供冷时联数都大于不孔分内外区的秀数值，这是视因为分内外啄区设置空调妖系统时，当话外区在过渡丧季已不需供仅冷时，内区冶一般仍需较杏长时间的小虽负荷供冷。圆僻各城市不分弦内外区的设群计冷负荷（珠或峰值冷负纱荷）都大于予分内外区的膜数值，这是拳因为标准层浩面积较小的收建筑不分内撕外区，因此颠围护结构负狠荷占总负荷南的比例较大萝。幻漂各城市是否伸分内外区时则的全年耗冷迁量大小没有治规律。从耗挪冷量最小的胡焓控新风方赞式来看，分飞内外区时的院全年耗冷量泪总体上要少落一些。掠3腐.2颂气候条件的露影响服度由于气候条睬件的不同，吨3笼城市在相同绒试验条件下丧得到的结果妈也不同，计置算其之比（佩不同城市的终供冷时数之膜比意义不大档，不考虑）移，再把漆12赏个试验的模堡拟结果之比鸟作平均（不小同于对表丽3~删表雹5选中列出的断“五平均伞”甩项再作有关港比值处理，怨下同），所师得的结果具躁有统计性、昂代表性，可泳使设计人员郊对城市（可脂代表不同建贝筑热工分区洽）间差异有测一个宏观上遥的数量概念沫，见表叼6晨。宗表6不同仙城市空调系爪统模拟结果恭平均比值毛

储全年耗冷量退之比边设计冷负荷轨之比秩峰值冷负荷雪之比额定新风展焓控新风根温控新风汤各种新风方幸式专各种新风方扒式淹分内外区师北京/哈尔遍滨剃129%寿145%倒145%堤104%歉104%致上海/哈尔扬滨邻136%称173%闪172%烘116%原114%颂不分内外区骑北京/哈尔离滨最132%霞144%铅143%次104%屡104%沈上海/哈尔贤滨客128%锤165%丙161%络117%雄116%姑3.3疼新风方式的亡影响械咽由模拟结果餐可知，各种零新风方式下敬的设计冷负南荷或峰值冷济负荷是完全香相同的。这纹是因为新风你方式不同主倦要影响过渡锻季负荷，而咽设计冷负荷筛或峰值冷负聚荷一般都发犯生在最热月剪。焓控和温笛控两种新风暂方式下的全盲年供冷时数登几乎完全相线同，而且这傲两种新风方赴式下的供冷舅时数都比定嘴新风方式下触的供冷时数裤少得多。神暴与气候条件萝的影响一样睛，可求出不狭同新风方式舌下模拟结果赔平均比值，推见表蔑7农。怎表7不同插新风方式下刊模拟结果