負(fù)荷分析法在城市綜合體空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程海峰 高瑞凱 胡 寧

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院，安徽合肥 230601)

城市綜合體的出現(xiàn)是城市形態(tài)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物［1］。其本質(zhì)在于通過復(fù)合、集聚兩種手段提高了空間效率和空間價(jià)值，從而達(dá)到降低使用成本、提高生活品質(zhì)、賦予并提高企業(yè)綜合效率和效益的目的［2］。

我國現(xiàn)有城市綜合體建筑，一般以高能耗來滿足各建筑功能對(duì)動(dòng)力方面的需求。城市綜合體因?yàn)轶w量的龐大，要求必須具備相對(duì)完善的城市服務(wù)功能，因此多功能、自我服務(wù)是其顯著的特征。建筑功能的復(fù)雜性對(duì)建筑能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提出了新的要求。傳統(tǒng)的根據(jù)單功能建筑進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，容易造成負(fù)荷疊加，資源浪費(fèi)，投資增大，運(yùn)行費(fèi)用高，運(yùn)行效率低。采用負(fù)荷分析法能夠根據(jù)城市綜合體建筑的要求和特點(diǎn)，尋求建筑能源系統(tǒng)的合理匹配和運(yùn)行分配，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)冷熱需求的自我調(diào)配，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

所謂負(fù)荷分析法就是以負(fù)荷計(jì)算為基礎(chǔ)，針對(duì)復(fù)雜建筑在不同室內(nèi)外工況、不同建筑功能、不同時(shí)段時(shí)的負(fù)荷分布特點(diǎn)，分析系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)荷需求，找出系統(tǒng)的負(fù)荷基數(shù)，以此為依據(jù)進(jìn)行主機(jī)的選配和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并針對(duì)各種工況進(jìn)行運(yùn)行方案預(yù)案設(shè)計(jì)的一種方法。通過負(fù)荷分析法能夠客觀的反映建筑物在各種情況下的負(fù)荷需求狀態(tài)，建立系統(tǒng)功能交叉運(yùn)行模式，減少主機(jī)裝機(jī)容量，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，降低能耗。在多功能城市綜合體和復(fù)雜的大型建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，是非常值得推廣的一種技術(shù)方法。本文以安徽某城市綜合體暖通空調(diào)設(shè)計(jì)為例，采用負(fù)荷分析法找出建筑負(fù)荷基數(shù)，進(jìn)行了主機(jī)選配，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多工況節(jié)能運(yùn)行提供了依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于合肥市，總建筑面積15萬m2，規(guī)劃建設(shè)3幢商住樓:學(xué)術(shù)交流中心、回遷綜合辦公樓、回遷住宅樓各一幢。

2 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算與分析

2．1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2．2 軟件計(jì)算

采用鴻業(yè)暖通負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，該軟件計(jì)算方法基于諧波反應(yīng)法。負(fù)荷計(jì)算選用典型工況建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，外窗傳熱系數(shù) K=2．3，外墻傳熱系數(shù) K=0．7，屋頂傳熱系數(shù) K=0．6，人員密度根據(jù)不同建筑功能分別確定。典型工況條件下計(jì)算的逐時(shí)負(fù)荷最大冷負(fù)荷出現(xiàn)在下午3點(diǎn)，最大值為9 236 kW，見圖1。

圖1 軟件計(jì)算建筑逐時(shí)負(fù)荷

2．3 負(fù)荷分析

通過軟件計(jì)算可以得到建筑的夏季空調(diào)冷負(fù)荷，但不同建筑功能的房間在使用中的要求和使用時(shí)間都不同，基于此，對(duì)計(jì)算出的負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷分析，以達(dá)到建筑節(jié)能的目的。

首先根據(jù)建筑功能將建筑分為銀行、賓館、學(xué)術(shù)茶座、會(huì)所、門廳、超市辦公、辦公、普通公寓、白領(lǐng)公寓、超市等功能段，不同功能段的空調(diào)冷負(fù)荷見表2。

表2 軟件計(jì)算法負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

不同建筑功能的房間在使用中的要求和使用時(shí)間都不同，如果直接用這一計(jì)算結(jié)果進(jìn)行空調(diào)機(jī)組選型，那么一年當(dāng)中大多數(shù)情況下機(jī)組都在部分負(fù)荷下運(yùn)行，出現(xiàn)所謂“大馬拉小車”的現(xiàn)象，所以需要對(duì)不同的功能段進(jìn)行負(fù)荷使用率的修正。

蔡龍俊等在區(qū)域供冷供熱住宅建筑空調(diào)負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)的計(jì)算文章中提出對(duì)于一般的住宅建筑當(dāng)負(fù)荷使用率取0．7時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)在93%左右的時(shí)間可以滿足整個(gè)運(yùn)行［3］。針對(duì)城市綜合體建筑對(duì)于不同功能的負(fù)荷使用率的大小可以根據(jù)建筑使用率的大小進(jìn)行調(diào)整。

其中，Q'為修正負(fù)荷;Q為計(jì)算負(fù)荷;k為負(fù)荷修正系數(shù)。

表3 各功能負(fù)荷修正系數(shù)

使用表3各功能段同時(shí)使用率參數(shù)對(duì)典型工作日內(nèi)建筑逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行修正，得到修正后的結(jié)果見圖2。

圖2 修正后建筑的逐時(shí)負(fù)荷

負(fù)荷基數(shù)是指在機(jī)組選型設(shè)計(jì)過程中，以修正后的逐時(shí)負(fù)荷為依據(jù)，滿足機(jī)組24 h高效工作區(qū)運(yùn)行的負(fù)荷區(qū)間。由圖2可以看出該建筑的夏季空調(diào)冷負(fù)荷最小值為5 494 kW。

考慮壓縮機(jī)高效工作區(qū)50%～80%，負(fù)荷基數(shù)為6 867 kW。

3 主機(jī)選配與系統(tǒng)運(yùn)行方案

根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)該建筑確定不同的機(jī)組選型方案，機(jī)組設(shè)備參數(shù)見表4，并對(duì)不同方案進(jìn)行比較，見表5。

表4 機(jī)組參數(shù) kW

表5 不同運(yùn)行方案比較

機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間分布見圖3。根據(jù)圖3的時(shí)間分布可以計(jì)算出兩種方案的年運(yùn)行費(fèi)用，結(jié)果見表6，表7。

圖3 機(jī)組各運(yùn)行效率時(shí)間分布圖

表6 方案一年運(yùn)行費(fèi)用表

表7 方案二年運(yùn)行費(fèi)用表

對(duì)本建筑來說經(jīng)過負(fù)荷分析法修正而得出的方案二比常規(guī)軟件計(jì)算得出方案一初投資費(fèi)用節(jié)省210萬元，節(jié)省約26%，制冷機(jī)房運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省251萬元/年，降低約44%，降低造價(jià)和減少運(yùn)行費(fèi)用提高建筑能耗率的效果非常明顯。

4 結(jié)語

1)負(fù)荷分析法在城市綜合體建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠準(zhǔn)確的把握整個(gè)建筑群的負(fù)荷需求狀況，避免負(fù)荷疊加，實(shí)現(xiàn)按需功能;

2)負(fù)荷分析法把整個(gè)建筑群作為能源需求對(duì)象，相對(duì)于小型單獨(dú)系統(tǒng)，能大大節(jié)省初投資和裝機(jī)容量，一般10萬m2的多功能公共建筑，約可減少1/3的主機(jī)配置;

3)負(fù)荷分析法分析了建筑群各種室內(nèi)外工況下負(fù)荷的變化情況，并找出了建筑群常年穩(wěn)定的負(fù)荷基數(shù)和負(fù)荷峰值，為主機(jī)房和空調(diào)系統(tǒng)的合理配置提供了依據(jù);

4)負(fù)荷分析的結(jié)果為系統(tǒng)在各種工況下的節(jié)能運(yùn)行方案提供了預(yù)案，可大大節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，提高系統(tǒng)的有效利用率;

5)負(fù)荷分析法特別適用于大型城市綜合體和復(fù)雜功能建筑，如與分布式能源系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計(jì)，節(jié)能減排效果更顯著。

［1］劉貴文，曹健寧．城市綜合體業(yè)態(tài)選擇及組合比例［J］．城市問題，2010(5):41-45．

［2］《科技智囊》課題小組．城市綜合體引領(lǐng)商業(yè)地產(chǎn)新時(shí)代［J］．科技智囊，2009(11):9-16．

［3］蔡龍俊，歐陽生春．區(qū)域供冷供熱住宅建筑空調(diào)負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)的計(jì)算［J］．能源技術(shù)，2006(3):130-132．