空調冷負荷計算軟件對比分析

莊偉晨 呂文隆

(浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300)

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空調冷負荷計算軟件對比分析

莊偉晨 呂文隆

(浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300)

介紹了鴻業計算軟件和天正計算軟件的計算模型和方法，并采用這兩種軟件，對某工程中單個房間和整棟建筑進行了負荷計算分析，結果表明，兩者總冷負荷計算結果基本一致，但個別項冷負荷相差較大，參數選取依據不同和理論模型差異是影響其結果的主要原因。

空調系統，冷負荷，計算軟件,計算模型

0 引言

隨著社會經濟發展和人民生活水平的逐漸提高，建筑空調特別是中央空調的使用日益普遍。通常情況下，空調能耗約占建筑物正常使用過程中總能耗的60%，占整個建筑能耗約30%。優化空調系統設計和使用對于降低我國社會能耗和完成“十三五”節能減排指標具有重要意義。孫德宇等[1]對傳遞函數法和諧波反應法進行了研究。孫春華等[2]研究了負荷峰值出現時間的規律。目前，文獻[3]～[5]有空調負荷計算步驟，但關于負荷計算軟件中參數選取以及軟件之間的差異并無具體說明，給工程技術人員特別是剛參加工作的大學生和研究生在工程設計中帶來一些困惑。

本文在對計算理論分析的基礎上，結合工程實例，分析了不同軟件計算結果的差異。

1 計算方法

1.1 冷負荷系數法

天正軟件采用冷負荷系數法進行建筑負荷計算，冷負荷系數法是建立在傳遞函數法的基礎上，是一種便于手算的工程簡化計算法。傳遞函數法使用離散函數表現室外氣象參數的變化，通過傳遞函數求解墻體的得熱量。

(1)

其中，Qn為n時刻的傳熱量，W；tz,n-i為n-i時刻的室外空氣綜合溫度，℃；tr為室內空氣設計干球溫度，℃；F均為計算墻體(包括屋面)的表面積，m2；bi，ci，di均為計算墻體的傳遞函數系數。

1.2 諧波反應法

鴻業軟件采用諧波反應法計算建筑冷(熱)負荷，假設室外氣象參數周期作用于建筑物圍護結構上，使用三角函數逼近室外氣象條件，進而求得傳入室內的得熱量。諧波反應法使用房間溫度衰減和延遲的概念計算空調冷負荷[7]。

(2)

其中，K為外墻(包括屋頂)傳熱系數，W/(m2·K)；θi為室外空氣綜合溫度與室內設計溫度的綜合溫度差，℃；αn為室內表面綜合換熱系數，W/(m2·K)；vi，εi分別為外墻內表面對于外部溫度擾量幅值的衰減倍數和波形的時間延遲；ωi，φi分別為i階擾量的角頻率和初相角。

上述兩種空調負荷計算方法均將傳熱過程視為非穩態過程，在原理上對得熱量和冷負荷進行區分；將研究的傳熱過程視為常系數線性熱力系統，系統特性不隨時間變化[8],故可以應用疊加原理進行建筑負荷計算。但由于兩種軟件計算理論不同，參數亦不同，導致兩者的計算結果有一定的差異。相比較而言，天正軟件因方法簡便易行、界面友好、操作簡單，在工程上應用較為普遍。

2 工程應用

2.1 工程概況

工程為臨安市某二層賓館，建筑面積418 m2，空調面積為160.1 m2。其中，一層客房5間，層高3.85 m，窗高2 m；二層客房4間，層高3.85 m，窗高2 m；單層鋼窗，無內外遮陽措施。

外墻做法由外至內分別為：3 mm厚高級真石漆，5 mm厚抗裂砂漿復合耐堿玻纖網，30厚無機輕集料保溫砂漿，基層墻體，30厚無機輕集料保溫砂漿。

屋頂做法由外至內分別為：40 mm厚C20細石混凝土，2 mm厚APF自粘卷材，20 mm厚1∶2.5水泥砂漿找平，30 mm厚擠塑聚苯板保溫層，1.2 mm厚FJS防水涂料，輕骨料混凝土2%找坡，隨搗隨抹光，最薄處30 mm，原建筑屋面板。

2.2 計算參數

輸入參數如表1所示。

表1 輸入參數

由表1可以看出，天正軟件和鴻業軟件的輸入參數并不完全統一，這是其計算模型不同的緣故。但兩者都是經過暖通空調編制組規整的，其計算結果具有較好的一致性。

2.3 計算算例

本文分別選取單體房間和整棟建筑作為算例，分析各分項冷負荷和不同時刻冷負荷的變化情況。

單體房間算例取標準間，如圖1所示。房間高度3.6 m，面積14.28 m2；北向外窗4.2 m2，單層鋼窗，窗高2 m。工程建筑平面如圖2所示。

3 結果分析

3.1 單體房間

由圖2可知，天正軟件和鴻業軟件計算的建筑總冷負荷相對誤差約1%。空調系統中新風冷負荷占比較大。房間冷負荷中圍護結構的冷負荷比例較大，約為40%。在各項冷負荷計算中，除了空氣滲透和外墻兩項計算結果相差較大外，其他均相差不大。其原因是兩種軟件選取的換氣次數不同的緣故。從圖3可以看出，兩種計算軟件計算的外墻冷負荷相差較大，其原因是兩者理論模型不同，以及圍護結構修正系數不同使得圍護結構蓄熱性能不同，從而導致最大負荷的時刻不同。

3.2 整棟建筑

表2 冷負荷結果匯總

由表2可知，鴻業軟件和天正軟件計算整棟建筑的全熱冷負荷相對誤差約8.54%，新風冷負荷的相對誤差約11.47%。全熱冷負荷和新風冷負荷差異的原因是墻體的蓄熱作用引起的溫度衰減和延遲使得最大時刻不同而導致結果差異。

由圖4可以看出，鴻業軟件和天正軟件計算的建筑物總冷負荷相差不大，最大相對誤差為7.9%，這是由于盡管兩者計算理論不同，但其都是經過暖通空調編制組規整的，故其計算結果具有較好的一致性[8]。圖5表明，鴻業軟件和天正軟件計算的最大冷負荷時間分別為上午8:00和下午13:00。鴻業軟件最大負荷出現在上午是因為作息時間表，8：00以后室內無人員，故冷負荷開始減少。而天正出現在下午的原因是室外最高溫度是下午2：00左右，室外溫度高使得房間得熱量增大，從而房間冷負荷增大。

4 結語

通過上述分析，可以得出如下結論：

1)對于單個房間，房間的空調負荷基本一致，但是外墻和空氣滲透的冷負荷兩種軟件計算結果相差較大。

2)對于整個建筑而言，鴻業和天正軟件各時刻的計算冷負荷存在較大差異，但最大冷負荷在各自最大時刻時基本一致，其原因是理論模型的差異和圍護結構的蓄熱性能影響。

3) 在建筑冷負荷計算時，新風負荷占總冷負荷的比例較大，本項目新風負荷占建筑總冷負荷的31.9%。過大的新風量會導致設備選型偏大，從而增加成本。因此，合理的新風量至關重要。

[1] 孫德宇,徐 偉,鄒 瑜，等.空調冷負荷計算方法及軟件比對及改進研究[J].暖通空調,2012,42(7):54-60.

[2] 孫春華,金鳳云.兩種空調冷負荷計算方法工程實際應用及分析[J].河北工業大學學報,2011,40(2):67-71.

[3] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2008.

[4] 趙榮義.簡明空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[5] 馬最良.民用建筑空調設計[M].北京:化學工業出版社,2009.

[6] 單寄平.空調負荷實用計算方法[M].北京:中國建筑工業出版社,1989.

[7] 孫延勛.建筑物設計冷負荷計算方法(諧波反應法)編制說明材料系列[R].1982.

[8] GB 50736—2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

Comparative analysis of air conditioning cooling load calculation software

Zhuang Weichen Lv Wenlong

(SchoolofLandscapeArchitecture,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an311300,China)

The thesis introduces calculation models and calculation methods of Hongye calculation software and Tianzheng calculation software, calculates and analyzes the load of single room and the whole building by applying the above-mentioned calculation software. Results show that: the total cooling-load calculation results are in accordance, while respective cooling load is different. Different selecting basis and different theoretical model are the major causes influencing their results.

air-conditioning system, cooling load, calculation software, calculation model

1009-6825(2017)07-0112-03

2016-12-21

莊偉晨(1992- )，男，在讀碩士； 呂文隆(1991- ),男，在讀碩士

TU831.2

A