上海某工程日逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷分析

上海某工程日逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷分析

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的加快，公共交通的快速發(fā)展已經(jīng)在中國(guó)各地取得了巨大的成效。特別是上海地區(qū),綜合型高層建筑更是發(fā)展迅速。在這些高層建筑中,很大一部分都采用玻璃幕墻形式。據(jù)統(tǒng)計(jì),在浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū),僅空調(diào)用電負(fù)荷一項(xiàng)就已占到了整個(gè)浦東新區(qū)總用電負(fù)荷的10%,而其面積僅為整個(gè)新區(qū)的0.33%,而這些所耗電能的50%以上是通過(guò)玻璃幕墻建筑消耗的。因此,對(duì)于玻璃幕墻建筑來(lái)說(shuō),空調(diào)負(fù)荷的準(zhǔn)確計(jì)算不僅關(guān)系到舒適性問(wèn)題,也是空調(diào)系統(tǒng)配置與運(yùn)行分析的基礎(chǔ)。本文以上海某大廈作為空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算與分析的基礎(chǔ),該大廈位于浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū),是座集辦公、酒店與商業(yè)為一體的綜合型建筑。建筑為鋼結(jié)構(gòu)形式,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙層玻璃幕墻形式,窗墻比達(dá)70%左右。1負(fù)荷及其影響負(fù)荷空調(diào)負(fù)荷主要包括人員負(fù)荷、照明負(fù)荷、設(shè)備負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷等。為了計(jì)算負(fù)荷,首先需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)(表1)和室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)(表2)進(jìn)行設(shè)定。2室、省、廳的運(yùn)行模式參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005),在計(jì)算該大廈空調(diào)冷負(fù)荷時(shí),對(duì)辦公室、賓館、商場(chǎng)分別設(shè)定了照明開(kāi)關(guān)時(shí)間表(%)、房間人員逐時(shí)在室率(%)和電器設(shè)備逐時(shí)使用率(%)。由于貴賓室、會(huì)議室、觀光區(qū)和宴會(huì)廳所占面積不大,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,貴賓室和會(huì)議室采用辦公室的運(yùn)行模式、宴會(huì)廳采用賓館的運(yùn)行模式。辦公室、賓館、商場(chǎng)運(yùn)行模式分別見(jiàn)圖1、圖2和圖3。3夏季各項(xiàng)冷負(fù)荷通過(guò)計(jì)算,得到夏季設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷的逐時(shí)值,如圖4所示?？照{(diào)冷負(fù)荷主要包括人員負(fù)荷、照明負(fù)荷、設(shè)備負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷等,其組成結(jié)構(gòu)如圖5。在圖4中,夏季冷負(fù)荷最大值為44055kW,出現(xiàn)在下午17:00;最小值為2649kW,出現(xiàn)在早上5:00。從早1:00到5:00之間負(fù)荷是逐時(shí)下降的,而從6:00到17:00之間逐時(shí)上升,達(dá)到峰值后又開(kāi)始下降。該大廈夏季各項(xiàng)冷負(fù)荷占空調(diào)總冷負(fù)荷的比例如圖6所示。通過(guò)分析圖5、圖6數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)夏季冷負(fù)荷主要由新風(fēng)冷負(fù)荷和圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷產(chǎn)生,分別為39.7%和26.7%,照明負(fù)荷最小,僅占4.6%,人員負(fù)荷與設(shè)備負(fù)荷分別為15.6%和13.4%。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況,是因?yàn)樵摯髲B的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙層玻璃幕墻,受到較強(qiáng)太陽(yáng)輻射的影響,同時(shí),為了保證室內(nèi)空氣品質(zhì),新風(fēng)量取值較大,而人員負(fù)荷與設(shè)備負(fù)荷則相對(duì)較小。4空調(diào)能耗的特點(diǎn)近年來(lái),在高層建筑中,玻璃幕墻的使用越來(lái)越廣泛,在使建筑變得美觀的同時(shí),也增加了建筑的空調(diào)能耗。本文通過(guò)定量的研究來(lái)討論玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC與傳熱系數(shù)k對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響。4.1不同陰陽(yáng)系數(shù)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響遮陽(yáng)系數(shù),是指玻璃在無(wú)其他遮陽(yáng)措施的情況下對(duì)太陽(yáng)輻射得熱的減弱程度。其數(shù)值為透過(guò)玻璃的太陽(yáng)輻射得熱與透過(guò)3mm厚普通透明玻璃的太陽(yáng)輻射得熱之比。在把玻璃幕墻的傳熱系數(shù)定為2.1W/(m2·℃)的情況下,本文分別計(jì)算了遮陽(yáng)系數(shù)為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7時(shí)夏季設(shè)計(jì)日圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逐時(shí)冷負(fù)荷與最大冷負(fù)荷。其中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐時(shí)冷負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出,圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷隨著遮陽(yáng)系數(shù)的增大而增大,下午17:00達(dá)到最大值。從早上6:00到14:00,冷負(fù)荷是逐時(shí)增加的。17:00到24:00,冷負(fù)荷呈快速下降的趨勢(shì),而1:00至5:00,冷負(fù)荷數(shù)值很小,呈緩慢下降趨勢(shì)。為了表征玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC對(duì)設(shè)計(jì)日圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響,圖8列出了不同遮陽(yáng)系數(shù)水平下對(duì)應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日最大冷負(fù)荷。據(jù)圖8,可得到在玻璃幕墻的傳熱系數(shù)定為2.1W/(m2·℃)時(shí),遮陽(yáng)系數(shù)SC與圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如表3所示。分析表3數(shù)據(jù),遮陽(yáng)系數(shù)每增加0.1,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)冷負(fù)荷就增加約1600kW,平均增幅達(dá)19.2%。這就說(shuō)明,對(duì)于采用玻璃幕墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑來(lái)說(shuō),玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷有很大的影響。隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的增加,空調(diào)總冷負(fù)荷也隨之增加。圖9表達(dá)了空調(diào)總冷負(fù)荷及圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例與遮陽(yáng)系數(shù)的關(guān)系。圖9表明,遮陽(yáng)系數(shù)SC越小,空調(diào)總冷負(fù)荷越小,且圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例也越小。當(dāng)SC為0.1時(shí),空調(diào)總冷負(fù)荷為35918kW,圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例僅為10.19%,而SC為0.7時(shí),空調(diào)總冷負(fù)荷為45682kW,圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例達(dá)到了29.31%。4.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷把玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC定為0.6,在傳熱系數(shù)分別為1.7W/(m2·℃)、1.9W/(m2·℃)、2.1W/(m2·℃)、2.3W/(m2·℃)、2.5W/(m2·℃)、2.9W/(m2·℃)以及3.1W/(m2·℃)時(shí)計(jì)算夏季設(shè)計(jì)日圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逐時(shí)冷負(fù)荷與最大冷負(fù)荷。其中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐時(shí)冷負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果如圖10所示。由圖10可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC一定時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷隨著傳熱系數(shù)的增大而增大,但增幅很小。從早上6:00到14:00,冷負(fù)荷是逐時(shí)增加的,14:00達(dá)到最大。17:00到24:00,冷負(fù)荷呈快速下降的趨勢(shì),而1:00至5:00,冷負(fù)荷數(shù)值很小,呈緩慢下降趨勢(shì)。為了表征玻璃幕墻的傳熱系數(shù)k對(duì)設(shè)計(jì)日圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響,圖11列出了不同傳熱系數(shù)水平下對(duì)應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日最大冷負(fù)荷。據(jù)圖11,可得到在玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC定為0.6時(shí),傳熱系數(shù)k與圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如表4所示。分析表4,當(dāng)傳熱系數(shù)每增加0.2W/(m2·℃)時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷增加量約為200kW,平均增幅僅為1.6%。這就說(shuō)明,對(duì)于采用玻璃幕墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑來(lái)說(shuō),玻璃幕墻的傳熱系數(shù)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響有限。隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的減少,空調(diào)總冷負(fù)荷也隨之減少。圖12為空調(diào)總冷負(fù)荷及圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例與傳熱系數(shù)的關(guān)系。圖12表明,傳熱系數(shù)k越大,空調(diào)總冷負(fù)荷越大,且圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占空調(diào)總冷負(fù)荷的比例也越大。當(dāng)k為1.7W/(m2·℃)時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例為26.04%,而k為3.1W/(m2·℃)時(shí),為28.32%。通過(guò)以上分析,不難發(fā)現(xiàn),相比于傳熱系數(shù)k,玻璃幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷有更大的影響。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù),遮陽(yáng)系數(shù)SC每增加0.1,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)冷負(fù)荷平均增幅達(dá)19.2%,而傳熱系數(shù)每增加0.2W/(m2·℃),圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)冷負(fù)荷平均增幅僅為1.6%。5空調(diào)負(fù)荷的節(jié)能通過(guò)上文分析研究,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:1)該大廈的空調(diào)冷負(fù)荷主要由新風(fēng)負(fù)荷和圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷組成,兩者占到空調(diào)總冷負(fù)荷的66.4%。因此,要減少該建筑的空調(diào)能耗,應(yīng)該首先考慮這兩部分的節(jié)能問(wèn)題。2)在計(jì)算空調(diào)負(fù)荷時(shí),參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005),分別設(shè)定了照明開(kāi)關(guān)時(shí)間表(%)、房間人員逐時(shí)在室率