２００９年集团公司青年科技论文专辑 ・◇令 空调冷负荷工程计算方法探讨 龚汉平 （中铁第四勘察设计院集团有限公司城建院武汉４３００６３） 【摘要】 以西安地区一客房为计算模型，分别用本文提出的工程计算法和传统冷负荷系数法计算其冷 工程计算法准确简便 负荷，对比说明工程计算法准确、间便的特点。 【关键词】冷负荷备负荷等，外扰负荷Ｑ 指受室外计算参数影响的 ｌ引 言 当建造一个建筑物的空调工程时，设计方案首 先要考虑该建筑物的空调负荷，现行空调冷负荷计 算主要采用冷负荷系数法、谐波反应法，其共同点， 以房间为单位，对由房间内外源形成的冷负荷，均按 负荷，包括外墙和屋面的传热负荷，透过玻璃窗的 日射负荷，外玻璃窗瞬变传热引起的负荷，新风负 荷等。 ２．１．１外扰负荷工程计算方法 （１）外墙和屋面的传热负荷 计算原理： Ｑ’。“）＝Ｋ（ｔ’ （矿ｔｒ） ｔ’。（ ）＝（ｔｃ（ ）＋ｈ）ＫａＫｐ 时变量处理，计算各项逐时冷负荷，再叠加取最大值 （１） （２） 为计算冷负荷。整个建筑的冷负荷为所有房间的 最大冷负荷之和。这种处理方法需查表确定各项负 荷各个时刻的各种系数，虽然准确，但计算繁琐，工 式中Ｑ’ ——单位面积的外墙和屋面瞬变传 热引起的逐时冷负荷，Ｗ； Ｋｗ——外墙和屋面传热系数，ｗ／（ｍ ．℃）； 作量非常大。以致于一些赶着出图纸的设计单位一 般完全靠采用冷热负荷指标估算出建筑物设计冷负 ｔ’ ——外墙和屋面的冷负荷计算温度，℃； ｔ ——外墙和屋面的冷负荷计算温度的逐时 值，℃： ． 荷。许多工程实践证实，如此估算的建筑物负荷往 往比实际需要大得多，这不仅造成制冷机及空调设 备的积压浪费，而且使机房面积及输配电设备等相 应增大，大大增加了运行费用，也浪费了大量的建筑 ｔｒ——室内计算温度，℃； ｔｄ——地点修正值，℃； ＫＱ——外表面放热系数修正值，可由《实用供 热空调设计手册》查得； 面积。因此本文提出即准确又简便的空调负荷工程 算法。 Ｋｐ——吸收系数修正值，可由《实用供热空 ２．空调冷负荷工程计算方法介绍 ２．１空调负荷工程算法推导 调设计手册》查得； 工程计算： 用房间最大冷负荷出现时刻的外墙和屋面的 冷负荷计算温度代替外墙和屋面的冷负荷计算温 在进行负荷计算时，可将总负荷分为内扰负荷 和外扰负荷两部分，即： Ｑ＝Ｑ ＋Ｑ 度逐时值；考虑到城市大气污染和中浅颜色的耐久 性差，建议吸收系数一律采用ｐ＝０．９， 正，Ｋｐ＝ｌ； ｔｃ（ｔ）／ｌ、 ｌＪ１ 其中，内扰负荷Ｑ 指由室内热湿源形成的负 荷，包括灯光照明负荷、人员散热散湿负荷、机器设 铁道勘测与设计因此式（１）、（２）可用下式表示： ＲＡｌＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳｌＧＮ ￣ＯｌＯ（５）■ 遁勘测 设计 １蓐 Ｑ （ ）＝Ｋ（ｔｃ（ ） 一ｔＴ） ｔｃ（ ） ＝（ｔ （ ） ＋ｔＤＫａ （３） （４） ｔｄ——地点修正值，℃； 工程计算： 用房间最大冷负荷出现时刻的外玻璃窗冷负 式中Ｑｃ（－ｃ）——单位面积的外墙和屋面瞬变传 热引起的计算冷负荷，ｗ； ｔｃ ——外墙和屋面的冷负荷计算温度，℃： ｔｃ ——外墙和屋面的冷负荷计算温度的计算 逐时值，℃： （２）透过玻璃窗的日射负荷 计算原理： Ｑ’ （ ）＝Ｃ ＣｉＣ Ｄｊ…ＣＩ （５） 荷计算温度代替代替外玻璃窗冷负荷系数逐时值。 因此式（７）可用下式表示： Ｑ （ ）＝ＫＣ （ｔｃ（ ） ＋ｔｄ—ｔｒ） （８） 式中Ｑ ——单位面积的玻璃窗日射得热引 起的计算冷负荷，ｗ； ——外玻璃窗冷负荷最大计算温度，℃； （４）新风冷负荷 计算原理： Ｑ ＝Ｇ（ｈ。．ｈｒ） （９） 式中Ｑ’ ——单位面积的玻璃窗日射得热引 起的逐时冷负荷，Ｗ； Ｃ ——有效面积系数，可由《实用供热空调设 计手册》查得； 式中Ｑ出 ——新风冷负荷，Ｗ； Ｇ——新风量，ｋｇ／ｓ： ｌｌ０——室外空气的焓值，ｋＪ／ｋｇ： Ｃｉ——窗内遮阳设施的遮阳系数，可由《实用供 热空调设计手册》查得； ｈ 室内空气的焓值，ｋＪ／ｋｇ； Ｃ ——窗玻璃的遮阳系数，可由《实用供热空调 设计手册》查得； 工程计算： Ｑ㈤＝ｎ×Ｍ×Ｐ（ｔｌｏ—ｈ，）／３６００ （１一Ｔ１） （１０） ｐｉ ——日射得热因数，，可由《实用供热空调 设计手册》查得； 式中Ｑ 厂一新风冷负荷，ｋＷ； ｎ——人数； Ｃ－ ——窗玻璃冷负荷系数，无因次； 工程计算： Ｍ——每人所需的新风量，ｍ ／ｈ； ｐ——空气的密度， ／ｍ ； 用用房间最大冷负荷出现时刻的窗玻璃冷负 荷系数代替窗玻璃冷负荷系数逐时值。 因此式（５）可用下式表示： Ｑ。（ ）＝Ｃ ＣｉＣ。Ｄｊ Ｃｌ。 （６） ｑ——热回收效率； ２．１．２内扰负荷工程计算方法 （１）灯光照明负荷 Ｑ （ ）＝ｑｃ（ ）．Ｓ （１１） 式中Ｑ ｃ ——单位面积的玻璃窗日射得热引起 的计算冷负荷，ｗ： 式中Ｑ出 ——灯光照明负荷，Ｗ； ｑ ——单位面积灯具散热形成的冷负荷指 标，Ｗ／ｍ ； Ｓ——房间面积，ｍ ： （２）设备负荷 Ｃｌｑｍａｘ——窗玻璃冷负荷系数最大值，℃； （３）外玻璃窗瞬变传热引起的负荷 计算原理： Ｑ’ （ ）＝ＫＣ （ｔｃ（ ）＋ｔｄ－ｔｒ） （７） Ｑ （ ）＝ｑｃ（ ）．Ｓ （１２） 式中Ｑ’。 ——单位面积的玻璃窗瞬变传热引 起的逐时冷负荷，Ｗ； 式中Ｑｍ ——设备负荷，Ｗ； ｑｏａ厂一单位面积设备散热形成的冷负荷指标， Ｗ／ｍ ； Ｋ——外玻璃窗传热系数，Ｗ／（ｍ ．℃）： Ｉ．，ｗ—— 修正值； 温度的逐时值，℃； Ｓ——房间面积，ｍ２； （３）人员散热散湿负荷 Ｑ“ ’＝ｑ。∽．ｎａｇ （１３） ｔｃ（ｒ１—— ｔ —— Ｉ雪国铁道勘． ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１ ０（５） ２００９年集团公司青年科技论文专辑 令・ 令 屋顶面积：Ａ－－４．２ Ｘ－（６．９—０．０６）＝２８．７ ｍ 式中Ｑ 厂一人员散热散湿负荷，ｗ； ｑ ——不同室温和劳动性质成年男子全热散 热量，Ｗ； 用１７：００屋面冷负荷计算温度代替屋面冷负 荷计算温度逐时值，ｔｍ）＝４１．９￣Ｃ，代入（１）、（２）式，得 Ｑｃ“）＝１８９．５９ Ｗ ｎ——室内全部人数； 、Ｉ广＿一群集系数； （２）西外墙冷负荷 西外墙的面积：Ａ＝４．２×３．５—２．５×２：９．７ ｍ ， 用１７：００西外墙冷负荷计算温度代替西外墙冷负 荷计算温度逐时值，ｔ出）＝３４．８￣Ｃ，代入式（１）、（２），得 ３计算举例 以下分别用传统冷负荷系数法和本文介绍的 Ｑ （ ）＝１０９．９７ Ｗ 工程计算法计算西安市一客房的冷负荷，工程计算 法准确又简便的特点可从下面的实例看出。 ３．１客房已知条件 （１）屋面结构：ＩＩ型，传热系数Ｋ＝０．４８Ｗ／（ｒｎ２．℃） （２）外墙结构：ＩＩ型，传热系数Ｋ＝Ｉ．５０Ｗ／（ｍ ．℃） （３）外窗结构：双层窗，３ｍｍ厚普通玻璃；金属 （３）西外窗瞬时传热冷负荷 西外窗的面积：Ａ＝２．５×２＝５ ｍ ，用１７：００西 外窗冷负荷计算温度代替西外窗冷负荷计算温度 逐时值， ＝３２￣Ｃ，代入式（７），得Ｑ ）：１４０．６４Ｗ （４）透过玻璃窗的日射负荷 由《实用供热空调设计手册》查得：Ｃ ＝０．７５，Ｃ ＿０．５，Ｃｓ：Ｏ．８６，Ｄｅ一＝５９９ Ｗ／ｍ ，用１７：００窗玻璃冷 窗框，８０％玻璃：白色帘，窗高２０００ｍｍ；传热系数 Ｋ＝３．５ｌ６Ｗ／（ｍ ．℃）。 负荷系数代替窗玻璃冷负荷系数逐时值，Ｃ， ＝０．７７， 代入式（６），得Ｑ ）＝７４３．６７ Ｗ （５）新风冷负荷 用ｎ＝２，Ｍ＝５０ ｍ３／ｈ，ｐ＝１．１６ ｋｇ／ＩＴＩ ，１１：０，代入 式（１０），得Ｑｃ“）＝６７８．６Ｗ （４）每间客房２人，在客房内的总小时数为ｌ６ 小时，１６：００至第二天８：００； （５）室外空气计算参数 夏季：空调室外计算干球温度３０．５℃，空调室 外计算湿球温度２６．１℃。 （６）灯光照明负荷 取照明电功率密度指标：６Ｗ／１１１ ；代入式（１１）， 得Ｑ （ ：１７２．２Ｗ （７）人员散热散湿负荷 取ｑｃ（ｘ）＝ｌ３４Ｗ；ｎ＝２； ＝０．９３代入式（１３），得Ｑ出） ＝（６）客房计算参数 夏季：室内空气干球温度２６℃，室内空气相对 湿度６０％； 新风量：５０ ｍ ／ｈ．Ｐ。 ３．２客房冷负荷计算与分析 根据实践以及大量的经验积累，客房最大冷负 荷出现时刻一般在ｌ７：００。 （１）屋顶冷负荷 由《实用供热空调设计手册》查得：ｔｄ＝０．４，Ｋａ ＝１．０，Ｋｐ＝０．９４； ２４９．２４Ｗ 由于室内压力高于大气压力，所以不需考虑室 外空气渗透所引起的冷负荷。 现将工程计算法各分项冷负荷列入表１中，冷 负荷系数法各分项逐时冷负荷列入表２中，以便对 比两种算法求得客房内的冷负荷值。 表１ 工程计算法各分项冷负荷汇总 冷负荷指标 冷负荷（ｗ） 围护 单位 照明 食物 新风 合计 结构 总计 面积 新风 空调 人均 人体 设备 ｍ Ｗ／人 ｒｆｔ ／ 人员 设备 照明 新风 食物 ｋＷ 负荷 Ｗ 负荷 层数 ＮＯ 功能 面积 面积 发热 群集 Ｗ／ＩＴＩ ｍ ／人 ｌ 系数 ２ １ 客房 ２８ １４ １３４ ０．９３ Ｏ ｜ ｈ．Ｐ 区域基本 青况 Ｗ／ｍ Ｗ／ｍ。 ｍ ｍ ６ Ｏ．Ｏ ５０．０ ０．２ ０ Ｏ，２ ０．７ ０ １ ｌ２４２ ２３８６ ８３ １００ 姓：昔甘 询Ｉ 口ＡＩＩ、＾，Ａｖ Ｑｌｌ０、，ｃｖ Ａ ｎ ｎｃＱｌ ０ｎ１ｎ， ■■龋曩－ 追勘测 设计 ’ 表２冷负荷系数法各分项逐时冷负荷汇总 时问 １ｌ：００ ｌ２：００ １３：００ １４：００ １５：００ ｌ６：００ １７：００ １８：００ １９：００ ２０：００ ２ｌ：００ ２２：００ ２３：００ ０：００ 屋顶负荷 １Ｏ８ ｌ０８ ｌ１３－２ ｌ２６．１ １４４＿３ １６６．３ １８９．６ ２１２．９ ２３４．９ ２５１．７ ２６２．１ ２６６．０ ２６４．７ ２５８．２ 外墙负荷 ｌ３Ｏ．５ １２５．０ １１５．４ ｌ１５．４ ｌ１１＿３ ｌ０９．９ １０９．９ ｌｌ１－３ ｌ１６．８ １２３．７ １３３．２ １４４．２ ｌ５３．７ １６０．６ 窗传热负荷 １０３．７ ｌｌ９．５ １３１．８ ｌ３８．９ １４４－２ ｌ４４．２ １４０．６ １３３．６ １１９．５ ｌ０３．７ ８９．７ ７７．４ ６６．８ ５６．３ 窗日射负荷 １８３．５ １９５．２ ３２５．８ ５４０．９ ６５９．４ ８０１＿３ ７４３．７ ５ｌ１．９ １０６．２ ９６．Ｏ ８６．９ ８６．９ ７７－３ ７７．３ 人员负荷 １６７．９ ｌ６３．４ １５８．９ １５６．６ ｌ５４．．４ ２０６．１ ２１５．１ ２２０．７ ２２５．２ ２２８．６ ２３２．０ ２３４．２ ２３５．４ ２３７．６ 灯光负荷 ２４．０ ２１．６ １９．２ １６．８ ｌ４－４ ８８．８ １６０．８ ｌ７０．４ １７７．６ １８２．４ １８９．６ １９４．４ １９９－２ ２０１．６ 总计 ７ｌ７．６ ７３２．７ ３７９６．９ ｌ０９４．７ １２２７．９ ｌ５１６．６ １５６０．０ １３６０．９ ９８０．３ ９８６．２ ９９３．５ １００３．１ ９９７．１ ９９１．５ 由表１可看出，工程算法得到客房总冷负荷： Ｑ。（ ） ２３８６ Ｗ。 常简便。 由表２可看出，此客房最大冷负荷值出现在 １７：００，其值为１５６０Ｗ，加上新风负荷６７８．６Ｗ，总负 ４结论 荷为２２３８ Ｗ。从上述两表可知：冷负荷系数法得 到的总冷负荷Ｑ‘ ＝２２３８ Ｗ＜工程算法得到的总 冷负荷Ｑ ）＝２３８６ Ｗ，两者相差６．６％，之所以工程算 法得到的总冷负荷大于冷负荷系数法得到的总冷 （１）对于建筑物的空调负荷计算，传统冷负荷 系数算法虽然准确，但计算繁琐，工作量非常大，工 程计算法利用Ｅｘｃｅｌ计算表，既准确又方便，可节省 大量的计算时间。 （２）工程计算法中需确定空调负荷最大值出现 的时刻，需要通过计算经验确定。 （３）工程计算法中用到人员密度、新风量、照明 功率密度、设备功率密度等指标，可参考《公共建筑 节能设计标准》（ＧＢ５０１ ８９．２００５）。 负荷，主要因为灯光照明负荷、人员散热散湿负荷、 机器设备负荷等内扰负荷常年相对较稳定，在工程 算法中，没有考虑内扰负荷的逐时值，而是用综合 了内扰负荷动态变化的室内人员、照明、设备的负 荷密度代替。 可见，采用工程负荷计算法所得冷负荷虽然比 传统负荷计算法所得负荷大一点，但仍在工程精度 范围之内，满足准确性的要求，而从上面的计算过 参考文献 【１】陆耀庆．实用供热空调设计手册．中国建筑工业出版 社．１９９３ 程可看到传统负荷计算法需查各项负荷各个时刻 的计算冷负荷逐时温度和冷负荷系数，工作量非常 大，但工程负荷计算法只需在Ｅｘｃｅｌ计算表中（见表 １）输入冷负荷指标而已，大大减少了计算时间，非 【２】陆亚俊．暖通空调．中国建筑ｘ－，＿ｌｋ出版社，２００６ ［３】单寄平．空调负荷实用算法．中国建筑工业出版社， １９８９ ●圈■铁道勘； 与设计ＰＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（５）
