空调负荷计算.docx

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空调负荷计算

第2章负荷计算

一、计算的原理与方法

2.1室内外空气计算参数

室外空气计算参数是指现行的《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019——2003）（简称《规范》）中所规定的的用于采暖通风与空调设计计算的室外气象参数。

《规范》规定，夏季空调室外计算干球温度取夏季室外空气历年平均不保证50h的干球温度；夏季空调室外计算湿球温度取夏季室外空气历年平均不保证50h的湿球温度；

夏季空调室外计算逐时温度（

），按下式确定：

（2-1）

式中to,m——夏季空调室外计算日平均温度，《规范》规定取历年平均不保证5天的日平均温度，℃；

β——室外空气温度逐时变化系数，按下表2-1确定；

时刻

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

β

-0.35

-0.38

-0.42

-0.45

-0.47

-0.41

-0.28

-0.12

-0.03

0.16

0.29

0.4

时刻

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

β

0.48

0.52

0.51

0.43

0.39

0.28

0.14

0

-0.1

-0.17

-0.23

-0.26

Δ

——夏季空调室外计算平均较差，℃，按下式计算：

（2-2）

式中to,s——夏季空调室外计算干球温度，℃。

《规范》规定采用历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外计算温度；采用累年最冷月平均相对湿度作为冬季空调室外计算相对湿度。

2.12室内空气计算参数

室内空气计算参数的选择主要取决于：

建筑房间使用功能对舒适性的要求

地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素

根据《规范》规定，舒适性空调，室内计算参数如下：

夏季：

温度应采用22~28℃

相对湿度应采用40%~65%

风速不应大于0.3m/s

冬季：

温度应采用18~24℃

相对湿度应采用30%~60%

风速不应大于0.2m/s

2.2夏季建筑围护结构的冷负荷

采用非稳态使用冷负荷系数法计算空调，冷负荷系数法是建立在传递函数法的基础上，是便于手算的一种简化计算方法。

由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑围护结构传入室内的热量形成的冷负荷就是夏季围护结构的冷负荷。

方法如下：

2.2.1围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法

在日射和室外气温综合作用下，外墙好玩屋面的逐时冷负荷可按下式计算：

（2-3）

式中

c（τ）——外墙屋面的逐时冷负荷，W；

A——外墙或屋面的面积，m2；

K——外墙或屋面的传热系数，W/（m2·℃）；

tR——室内计算温度，℃；

tc（τ）——外墙或屋面的逐时冷负荷计算温度℃。

必须指出：

上式中的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区的气象参数为依据计算的，

因此对不同的设计地点，应对进行修tc（τ）值修正为tc（τ）+Δtd。

修正值Δtd可由设计手册查得。

当外表面放热系数不等于18.6w/（㎡·℃）时，应将（tc（τ）+Δtd）乘以表2-2中的修正值。

外表面放热系数修正值kα表2-2

αow/（㎡·℃）

14.2

（12）

16.3

（14）

18.6

（16）

20.9

（18）

23.3

（20）

25.6

（22）

27.9

（24）

30.2

（26）

kα

1.06

1.03

1

0.98

0.97

0.95

0.94

0.93

注：

外表面放热系数αo与室外风速v（m/s）有关，近似αo=10.46+3.95v（2-4）

当内表面放热系数变化时，可不加修正。

考虑到城市大气污染和中、浅色的耐久性差，建议吸收系数一律用ρ=0.9.即对tc（τ）不加修正。

但可经久保持建筑围护结构表面的中、浅色时，则tc（τ）乘以表2-3所列的吸收系数修正值kρ。

吸收系数修正kρ表2-3

颜色

类别

外墙

屋面

浅色

0.94

0.88

中色

0.97

0.94

综上所述，冷负荷计算式应为：

（2-5）

当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按公式（2-3）计算。

当邻室有一定发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等内维护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作不随时间变化的稳定传热，按下式计算：

（2-6）

式中Ki——内维护结构（如内墙、楼板等）的传热系数，W/（m2·℃）；

Ai——内维护结构的面积。

m2；

to,m——夏季空调室外计算日平均温度，℃；

Δta——附加温升，可按表2-4选取。

附加温升表2-4

邻室散热量（W/m2）

Δta（℃）

很少（如办公室、走廊）

0~2

<23

3

23~116

5

>116

7

当邻室为空调房间时，通过内围护结构的冷负荷可忽略不计，因为温差小于3℃。

在室内外温度差作用下，通过外玻璃传热形成的冷负荷可按下式计算：

（2-7）

式中

c（τ）——外玻璃窗的逐时冷负荷，W；

Aw——窗口面积，m2；

Kw——外玻璃窗的传热系数，W/（m2·℃），可由设计手册查得；

tc（τ）——外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，℃可由设计手册查得。

必须指出：

式中Kw值要根据窗框等情况的不同加以修正，修正值cw可以在设计手册查得。

对tc（τ）的值要进行地点修正，修正值Δtd可以在设计手册查得。

因此，式（2-6）相应地变为：

（2-8）

对于舒适性空调，夏季通过地面传热形成的冷负荷所占的比例很小，可以忽略不计。

2.2.2透过玻璃窗的日射得热形成冷负荷的计算方法

1）日射得热因数

透过玻璃窗进入室内的日射得热分为两部分，即透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热qt和玻璃窗吸收太阳辐射后传入室内的热量qa，两者相加得

（2-9）

称Dj为日射得热因数。

经过大量统计计算工作，得出了适用于各地区的日射得热因素最大值Dj，max，可由设计手册查得。

考虑到非标准玻璃情况下，以及不同窗类型和遮阳设施对得热的影响，可对日射得热因数加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数Cc,s。

（2-10）

式中Cs——窗玻璃的遮阳系数，可由设计手册查得。

Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数，可由设计手册查得。

2）透过玻璃窗日射得热形成冷负荷计算方法

透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷

c（τ）按下式计算：

（2-11）

式中Aw——窗口面积，m2；

Ca——有效面积系数，可由设计手册查得；

CLQ——窗玻璃冷负荷系数，无因次，可查得。

必须指出：

CLQ值按南北区的划分而不同，建筑地点在北纬27°30′以南的地区为南区，以北的为北区。

2.3室内热源散热引起的冷负荷

室内热源散热主要指室内人体散热、照明散热和工艺设备散热三部分。

室内热源散热包括显热和潜热两部分。

潜热作为瞬时冷负荷，显热散热中以对流形式散出的热量成为瞬时冷负荷，而以辐射形式散出的热量则先被围护结构表面所吸收，然后再缓慢地散出，形成滞后的冷负荷。

所以，必须采用相应的冷负荷系数。

2.3.1人体散热形成的冷负荷

人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件等多种因素有关。

为了设计计算方便，以成年男子散热量为计算基础。

而对于不同功能的建筑物中有各类人员不同的组成进行修正，为此，引入群集系数ψ（人员的年龄构成、性别构成以及密集程度等情况的不同而考虑的折减系数），可由设计手册查得。

人体显热散热引起的冷负荷计算式为：

（2-12）

式中

c（τ）——人体显热散热形成的逐时冷负荷，W；

qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，可由设计手册查得；

n——室内的全部人数；

φ——群集系数；

CLQ——人体显热散热冷负荷系数，计算时应注意其值为人员进入热房间时算起到计算时刻的时间，可由设计手册查得。

人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：

（2-13）

式中

c——人体潜热散热形成的冷负荷，W；

q1——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，可查得；

n，φ——同式（2-11）。

2.3.2照明散热形成的冷负荷

当电压一定是时，室内照明散热是不随时间变化的稳定散热量，但照明散热仍以对流与辐射两种方式进行散热，因此，照明散热形成的冷负荷采用冷负荷系数法计算。

根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：

?

白炽灯：

（2-14）

荧光灯：

（2-15）

式中

c（τ）—灯具散热形成逐时的冷负荷，W；

N——-照明灯具所需功率，kW；?

n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内

时，取n1=1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取

n1=1.0；

n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可

利用自然通风散热与顶棚内时，取n2=0.5~0.6；而荧光灯罩

无通风孔时，取n2=0.6~0.8；

CLQ——照明散热冷负荷系数，计算时应注意其值为开灯时刻算起到计算时刻的时间，可由设计手册查得。

2.3.3设备散热形成的冷负荷

设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：

?

（2-16）

式中

c（τ）—设备和用具显热形成的冷负荷，W

——设备和用具的实际显热散热量，W；?

CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数，可由设计手册查得。

设备和用具的实际显热散热量按以下方法计算：

电动设备

当工艺设备及其电动机都放在室内时：

（2-17）

当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：

?

（2-18）

当工艺设备不在室内，而只有电动机在室内时：

?

（2-19）

?

式中N——电动设备的安装功率，kW；

η——电动机效率，可由产品样本查得；?

n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取

0.7~0.9；

n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设

计时最大实耗功率之比，对普通机床取0.5左右；

n3——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安

装功率之比，一般取0.5~0.8。

电热设备散热量

对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：

?

（2-20）

式中n4——考虑排风带走热量的系数，一般取0.5；

其他符号意义同前

办公及电器设备的散热量

当办公设备的类型和数量无法事先确定时，可按下式计算散热量

（2-21）

式中qf——电器设备的功率密度，W/㎡，可查相关手册得

A——空调区面积，㎡

2.4冬季建筑的热负荷

对于民用建筑，冬季热负荷包括两项：

围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量。

2.4.1围护结构的耗热量

《规范》规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。

围护结构的基本耗热量可按下式计算：

（2-22）

式中

——j部分维护结构的基本耗热量，W；

Aj——j部分围护结构的表面积，㎡；

Kj——j部分围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；

tR——冬季室内计算温度，℃；

to,w——空调室外计算温度，℃；

ɑ——围护结构的温差修正系数，可查得。

朝向修正率

不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和频率也不同。

因此，《规范》规定对不同的垂直外围护结构进行修正。

修正率如表2-5。

朝向修正率表2-5

朝向

修正值

北、东北、西北朝向

0～10%

东、西朝向

-5%

东南、西南朝向

-10%～-15%

南向

-15%～-30%

风力附加率

《规范》规定在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%～10%。

外门附加率

为加热开启外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按表2-6中查出的相应的附加率。

阳台门不考虑外门附加率。

外门附加率（%）表2-6

建筑物性质

附加率

公共建筑或生产厂的主要出入口

500%

民用建筑或工厂辅助建筑，当期楼层为n时

有两个门斗的三层外门

60n

有门斗的双层外门

80n

无门斗的单层外门

65n

高度附加率

当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%，但最大附加率不超过15%。

高度附加率应加在基本耗热量和其他附加耗热量的总和上。

2.4..2门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

有空调的房间内通常保持正压，因而在一般情况下，不计算门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。

2.5湿负荷

湿负荷是指空调房间的湿源向室内的散湿量，也就是为维持室内含湿量恒定需从房间除去的湿量。

因为一般的民用建筑中只有人体散湿，所以一般只计算人体散湿量作为湿负荷。

人体散湿量可按下式计算：

（2-23）

式中

——人体散湿量，kg/s；

g——成年男子的小时散湿量，g/h，可查得。

n,φ——同式（2-11）

2.6新风负荷

空调系统中引入新风是保障良好室内品质的关键。

在夏季室外空气焓值和气温高于室内时，空调系统为处理新风势必消耗冷量。

而冬季室外气温比室内低且含湿量也低时，空调系统为加热、加湿新风势必消耗能量。

据调查，空调工程中处理新风的能耗要占到总能耗的25%~30%，对于高级丙谷胺和办公建筑可高达40%。

可见，空调处理新风所消耗的能量是十分可观的。

所以，在满足空气品质的前提下，尽量选用较小的新风量。

否则，空调制冷系统与设备的容量将增大。

夏季，空调新风冷负荷按下式计算：

（2-24）

式中

——夏季新风冷负荷，kW；

——新风量，kg/s；

ho——室外空气的焓值，kJ/kg；

hR——室内空气的焓值，kJ/kg。

冬季，空调新风热负荷按下式计算：

（2-25）

式中

——空调新风热负荷，kW；

cp——空气的定压比热，kJ/（kg·℃）,取1.005kJ/（kg·℃）；

to——冬季空调室外空气计算温度，℃；

tR——冬季空调室内空气计算温度，℃。

二、计算实例

以办公室101为例进行计算，过程如下：

已知条件：

a.西外墙：

传热系数K=1.97W/（㎡.℃），

型墙，A=22.8㎡

b.南外窗：

传热系数K=3W/（㎡.℃），A=3.6㎡

c.南外墙：

传热系数K=1.97W/（㎡.℃），A=10.8㎡

d.室内人员：

6人

e.照明：

225.72W

f.设备：

410.4W

1.夏季室内的冷负荷

解：

按已知条件，分项计算如下：

西外墙冷负荷

由表查得冷负荷计算温度逐时值，即可按式（2-5）算出西外墙逐时冷负荷，计算结果列于表2-7中。

西外墙冷负荷表2-7

时间

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

tc

36.4

35.4

34.4

33.5

32.8

32.4

32.1

32.1

32.3

32.8

33.7

△td

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

2.1

ka

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

kp

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

tR

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

K

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

A

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

22.8

Qc

425.18

383.81

342.43

305.19

276.23

259.68

247.26

247.26

255.54

276.23

313.47

注：

淮安夏季平均风速为2.6m/s，按式（2-4），αo=10.46+3.95×2.6=20.73W/（㎡。

K），查表2-2，kα取0.98

南外墙冷负荷

由表查得冷负荷计算温度逐时值，即可按式（2-5）算出南外墙逐时冷负荷，计算结果列于表2-8中。

南外墙冷负荷表2-8

时间

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

tc

33

32.2

31.5

30.9

30.5

30.4

30.6

31.3

32.3

33.5

34.9

△td

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

ka

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

0.98

kp

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

tR

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

K

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

1.97

A

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

10.8

Qc

113.21

97.53

83.81

72.05

64.21

62.25

66.17

79.89

99.49

123.01

150.44

南外窗瞬时传热冷负荷

由表可查得玻璃窗冷负荷计算温度tc（τ）和各修正系数，按式（2-8）计算，结果列入表2-9中。

南外窗瞬时传热冷负荷表2-9

时间

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

tc

26

26.9

27.9

29

29.9

30.8

31.5

31.9

32.2

32.2

32

△td

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

tR

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

26

Kw

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

Cw

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Aw

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

Qc

32.40

42.12

52.92

64.80

74.52

84.24

91.80

96.12

99.36

99.36

97.20

透过南玻璃窗日射得热引起的冷负荷

由表可查出各修正系数，因为淮安（33.5°N）属于北区，可由表查出北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值CLQ,和Dj，max。

按式（2-11）可得出结果列于表2-10中。

南窗透入日射得热引起的冷负荷表2-10

时间

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

CLQ

0.18

0.26

0.4

0.58

0.72

0.84

0.8

0.62

0.45

0.32

0.24

Dj，max

251

251

251

251

251

251

251

251

251

251

251

Cs

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

0.86

Ci

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

Ca

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

Aw

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

3.6

Qc

52.45

75.77

116.56

169.02

209.82

244.79

233.13

180.67

131.13

93.25

69.94

地面冷负荷

因为下面是不装空调的地下室，所以地面的冷负荷要按内围护结构来计算，查表得地面的传热系数K=1.01W/（㎡.℃），则按式（2-6）计算

。

人员散热引起的冷负荷

当室温为26℃时，可由表查得每人散发的显热和潜热量以及办公室的群集系数，由表查得人体显热散热冷负荷系数逐时值（注意：

8:

00为人员进入室内的第一小时）按式（2-12）计算人体显热散热逐时冷负荷，按式（2-13）计算人体潜热引起的冷负荷，将两者结果相加即为人员散热引起的总的冷负荷，计算结果列于表2-11。

人员散热引起的冷负荷表2-11

时间

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

CLQ

0

0.51

0.61

0.67

0.72

0.76

0.8

0.82

0.84

0.38

0.3

qs

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

60.5

n

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

ψ

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

0.93

ql

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

73.3

Q总

409.01

581.18

614.94

635.20

652.08

665.58

679.09

685.84

692.59

537.30

510.29

照明散热引起的冷负荷

由于明装荧光灯，镇流器在室内，故镇流器消耗功率系数n1取1.2，灯罩隔热系数n2取0.6。

由表查得照明散热冷负荷系数，按式（2-15）计算，计算结果列入表2-12中。

照明散热形成的冷负荷表2-12

时间

7

8

9

10