空调房间冷、湿负荷计算方法.ppt

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1、2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,了解两个基本概念,得热量：某时刻进入房间的总热量冷负荷：为了保持室内温度恒定，在某个时刻需要向房间提供的冷量（除去多少热量）,它们是否相等，何条件下相等？,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,室内外温差传热太阳辐射热室内照明人员设备散热。,得热量,稳定得热瞬时得热,显热得热潜热得热,得热量,对流辐射,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,瞬时得热与瞬时冷负荷之间关系,对流（显热、潜热）直接进入空气辐射（显热）间接形成冷负荷，何时形成对流？,得热与冷负荷关系，？,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,各种瞬时得热量中热量成分,2

2、.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,瞬时太阳辐射得热与房间实际冷负荷之关系,空调房间，温度恒定实际冷负荷的峰值比太阳辐射热的峰值少40出现的时间也迟于太阳辐射热峰值出现的时间阴影面积相等,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,基本特征,延迟,衰减,建筑物的蓄热能力所决定,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,蓄热能力的大小决定了延迟和衰减的程度围护结构蓄热能力和其热容量有关，热容量愈大，蓄热能力也愈大。材料的热容量等于重量与比热的乘积，而一般建筑结构的材料比热值大致相等，故材料热容量就单一地与其重量成正比关系,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,瞬时日射得热与轻、中、重型建筑实际冷负荷之关系,2.3

3、 空调房间冷、湿负荷计算方法,一般结构中荧光灯形成的冷负荷,灯具开启后，大部分的热量被蓄存起来，随着时间的延续，蓄存的热量就逐渐减小,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,除热量：当空调系统间歇使用时，室温有一定的波动，引起围护结构额外的蓄热和放热，结果使得空调设备要自室内多取走一些热量。这种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为“除热量。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,在计算空调负荷时，必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热效应根据不同的得热量，分别计算得热量所形成的冷负荷，然后取各冷负荷之和,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,冷负荷计算发展过程,稳

4、定传热计算二战后，周期性不稳定传热计算，美国的当量温差法和苏联的谐波反应法，我国空调负荷计算也是以两种方法为基础，仅仅考虑了维护结构的不稳定传热，没有区别房间得热和冷负荷、除热量的概念，冷负荷计算偏大60年代末，美国的蓄热系数法，加拿大的反应系数法和传递函数法，并提出了适合手算的冷负荷系数法）全面考虑了房间维护结构和物体的蓄热和放热，动态负荷计算,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大 动态算法，积分变换求解微分方程 冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟。包括天正、鸿叶，hdy 计算机模拟软件 DOE2(美国)、

5、HASP(日本)、ESP(英国)DeST(清华),2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,稳态算法,方法 采用室内外瞬时温差或平均温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：QKFT 特点 简单，可手工计算 未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大 应用条件 蓄热小的轻型简易围护结构 室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,天正：冷负荷系数法鸿叶：谐波反应法HDY:谐波反应法,反应系数法(冷负荷系数法)：任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。将外扰分解为脉冲，分别求得脉冲外扰的室内响应，再进

6、行叠加 室内负荷。对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换 谐波反应法：任何一连续可导曲线均可分解为正(余)弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正(余)弦波外扰的室内响应，并进行叠加。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,设备使用1小时的室内负荷响应,反应系数法原理图示(1),2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,设备使用10小时的室内负荷响应,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,谐波反应法,对外扰的分解：室外空气综合温度 tz()=tzp+tz()=tzp+tzn sin(n+n)=A0+An sin(2n/T+n)对外扰的响应形式：围护结构对不同频率外扰有一定的衰减n=An/Bn与延迟n

7、，响应也是傅立叶级数形式：tin,n()=An/nsin(2n/T+n-n)通过围护结构形成的负荷：叠加tin,n()可得出tin()，通过tin()和室内热平衡就可求出负荷。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。为了便于手工计算，均把内外扰通过一个板壁形成的冷负荷分离出来，作为一个孤立的过程处理，不考虑与其它墙面和热源之间的相互影响。不能分析变物性的材料如相变材料制成的围护结构热过程。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,模拟分析软件,GATE，60年代末，美国，稳态计算 现在 美国：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD 英国：

8、ESP 日本：HASP 中国：DeST,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,模拟分析软件：美国，反应系数法,DOE-2 由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到10002500家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。EnergyPlus 美国LBNL 90年代开发的商用、教学研究用的建筑热模拟软件。采用的是传递函数法（反应系数法）。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,模拟分析软件：欧洲，有限差分法,ESP(ESP-r)是

9、由英国Strathclyde大学的能量系统研究组19771984年间开发的建筑与设备系统能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是有限差分法求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可模拟具有非线性部件的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombe wall)或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较高要求。,2.3 空调房间冷、湿负荷计算方法,模拟分析软件：中国，状态空间法,DeST 90年代清华大学开发的建筑与HVAC系统分析和辅助设计软件。负荷模拟部分采用状态空间法，即采用现代控制论中的“状态空间”的概念，把建筑物的热过程模型表示成：状

10、态空间法的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此可处理多房间问题。其解的稳定性及误差与时间步长无关，因此求解过程所取时间步长可大至1小时，小至数秒钟，而有限差分法只能取较小的时间步长以保证解的精度和稳定性。但状态空间法与反应系数法和谐波反应法相同之处是均要求系统线性化，不能处理相变墙体材料、变表面换热系数、变物性等非线性问题。,2.4 冷负荷系数法,冷负荷系数法是建立在传递函数法的基础上，是便于在工程上进行手算的一种简化计算法。,通过冷负荷温度或冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。当计算某建筑物空调冷负荷时，则可按条

11、件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热公式形式即可算出经围护结构传入热量所形成的冷负荷和日射得热形成的冷负荷。,2.4 冷负荷系数法,与谐波反应法不同，传递函数法计算得热和冷负荷不考虑外扰是否呈周期性变化，也不用博里叶级数表示，用时间序列表示外扰变化即可。因此，它能适用于建筑物的全年(8760h)负荷计算和能耗分析。将围护结构或空调房间连同室内空气视为热力系统，将外扰或室内得热作为系统的输入，而围护结构内表面的传导得热或房间冷负荷为系统的输出。,2.4 冷负荷系数法,这就是第t时刻的得热量表达式。要计算t时刻的得热量Q，不但要知道此时刻及其以前诸时刻的综合温度，还必须知道前一时刻及其以

12、前的得热量。,2.4 冷负荷系数法,当输入为室外空气综合温度，并且考虑室温作用，可计算得到屋顶、墙壁等壁体传热得热量公式，,由于传递函数收敛很快，一般6项即收敛计算时，由于前一段时刻的得热未知，所以可以采用起始周期方法，预算45天即可,2.4 冷负荷系数法,空调房间热力系统传递函数与上相似,两项即收敛,2.4 冷负荷系数法,为了简化，把用b，d计算的传导得热和用V,W、计算的相应负荷合并在一起，用冷负荷温度(或冷负荷温差)直接从外扰来计算负荷。而冷负荷温度可以根据当地的标准气象、室内设计参数，不同的建筑结构等典型条件事先计算成表格查用。对日射得热等采用与负荷强度意义类似的冷负荷系数来简化计算。

13、,2.4 冷负荷系数法,冷负荷温度,针对一些典型的围护结构(墙体、屋顶等)、根据典型条件(室外温度、日较差、纬度等)传递函数法计算出它们的冷负荷逐时值CLQf然后将逐时冷负荷再除以该结构的传热系数和面积，得出温差值，从而得到一组计算冷负荷的相当的适时温度值，称为“冷负荷温度”对302种墙体和324种屋顶结构进行归纳，根据其热工特性，分成六种类型，按不同类型给出逐时冷负荷温度值。,2.4 冷负荷系数法,tin,KF,tcl(t),Qcl(t),冷负荷温度：一个当量温度,室内温度,围护结构传热冷负荷基本计算式Qcl()=KF tcl()tin tcl()为冷负荷温度逐时值，与围护结构类型、气象条件

14、、朝向有关。tcl()反映了室外空气温度、阳光辐射、建筑物蓄热等因素的综合影响。,2.4 冷负荷系数法,围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法,外墙和屋顶瞬变传热,kd地点修正温度，；ka外表面放热系数修正值，k吸收系数修正值,2.4 冷负荷系数法,围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法,外窗瞬变传热冷负荷,2.4 冷负荷系数法,外窗太阳进入冷负荷计算,Aw窗口面积，m2；Ca有效面积系数Cs玻璃窗的遮阳系数Ci窗内遮阳系数；Cz窗玻璃的综合遮挡系数，无因次Dj,max日射得热因数的最大值，W/m2，CLQ玻璃窗冷负荷系数，无因次,2.4 冷负荷系数法,外窗遮阳构造,2.4 冷负荷系数法,室内热源

15、散热引起的冷负荷,设备散热,显热散热量,冷负荷系数,根据这些设备和用具开始使用后的小时数及从开始使用时间算起到计算冷负荷时间的小时数、以及有罩和无罩情况，附录26表1和表2,2.4 冷负荷系数法,室内热源散热引起的冷负荷,电动设备,设备散热,电子设备电热设备,各种系数地取值,2.4 冷负荷系数法,室内热源散热引起的冷负荷,照明散热形成的冷负荷,n1，整流器消耗功率系统，取决于安装位置n2，灯罩隔热系数CLQ,冷负荷系数，查表，取决与空调调设备运行时间和开灯时间及开灯后的小时数，P346,2.4 冷负荷系数法,室内热源散热引起的冷负荷,人体散热形成的冷负荷,性别年龄衣服劳动强度环境条件,影响人体

16、散热因素,2.4 冷负荷系数法,人体散热形成的冷负荷,为了实际计算方便，以成年男子为基础，考虑各类人员组成比例的系数，称群集系数,2.4 冷负荷系数法,人体显热散热形成的冷负荷,不同室温和劳动性质成年男子显热散热量,室内全部人数,冷负荷系数,群集系数,表2-4,2.4 冷负荷系数法,人体潜热散热形成的冷负荷,不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量,室内全部人数,冷负荷系数,群集系数,表2-4,2.4 冷负荷系数法,散湿形成的冷负荷,水表面散湿量计算：,水槽,地面积水,2.4 冷负荷系数法,散湿形成的冷负荷,水表面散湿量计算：,水槽,地面积水,2.4 冷负荷系数法,2.4 冷负荷系数法,屋顶冷负荷

17、，P332，336南外墙冷负荷 p336南外窗传热负荷 p340透过玻璃窗日射得热冷负荷人员散热,P346,没有包括灯光和设备散热,2.4 冷负荷系数法课堂作业,利用冷负荷系数法计算广州某房间夏季空调设计负荷,屋顶西墙：西窗：内墙室内设计温度26度室内8人，属于极轻劳动，上午8点到下午6点照明，1000W,荧光灯，上午8点到下午6点，空调运行12h无罩设备1600W,上午8点到下午6点室内压力高于室外,2.4 冷负荷系数法,冷负荷概算指标,2.4 冷负荷形成图,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,随着空调节能问题的日益突出，需要对全年空调负荷及变调系统能耗进行分析，而全年逐时空调负荷值是进行全

18、年能耗分析的基础，因此提出了空调动态负荷计算问题。,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,计算基础建筑的描述：墙、屋顶，遮阳构造，朝向8760小时室外温度波动8760小时室外太阳辐射情况8760小时室内人员、设备、灯光开启规律8760小时新风量变化,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,对全年进行能耗分析的目的：选择节能优化的空调力案，甚至可以推荐节能的建筑优化方案实际运行的空调负荷多数时间只是设计负荷的40一80，可见设备经常在部分负荷下工作，其效率低，且增加无益能耗。通过全年动态负荷分析可找出系统负荷的时间频率分布，以便合理地选择设备的容量和台数，实现最佳匹配，使系统虽在部分负荷下工作，但各设

19、备都能在高效率下运行。运行管理人员了解全年能耗分析，可提出经济合理的运行方案，并对全年设备使用率、能耗和运行费做到心中有数,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,间歇运行的空调负荷,空调停止,温度升高,结构蓄热,空调运行,放出热量,预冷期预冷负荷,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,预冷期过后，即使室温已达到给定值，如果要室温维持给定值，在一段时间内从房间除去的热量仍必须多于设计条件下的房间冷负荷，以便消除间歇期由于室温偏离给定值使围护结构多蓄存的热量。

20、这部分热量称蓄热负荷。,使用期任一时刻冷负荷与蓄热负荷之和称除热量。预冷期房间供冷量(或除热量)等于预冷量与冷负荷之和。,2.5 动态负荷，间歇运行负荷概述,空调系统连续运行时，全天的供冷量应为该天各时刻冷负荷之和。而空调系统间歇运行时，全天供冷量则应为预冷期与使用期各时刻房间除热量的总和。,连续运行和间歇运行冷负荷的不同,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,房间冷(热)湿负荷,送风状态送风量,室内余热、余湿,温度、湿度的平衡,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,送风进入房间，吸收热量（湿量）后排出室外,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,热量平衡,湿度平衡,2.6空调房间送风状态及送风

21、量的确定,热量平衡,湿度平衡,有,对热湿比的要求,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,N点,O点,只要知道送风的任意一个状态参数即可,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,O点为一系列点，与送风量的关系？,如何确定O点，需要考虑技术经济因素，权衡关系,送风温差作为选型O点的一个标准,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,送风温差,风口类型安装高度气流射程舒适性,舒适性空调，送风高度小于5m时，温差不大于10度舒适性空调，送风高度大于5m时，温差不大于15度工艺性质空调如下,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,送风量的衡量：,换气次数,次/hr,采用上表推荐的送风温差所算得的送风员折合成换气

22、次数应大于上表推荐的n值,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,确定送风状态和送风量的基本步骤,在焓湿图上找出室内空气状态点N；根据算出的余热Q和余湿W求出热湿比，并过N点画出过程线根据所选定的送风温差,求出送风温度t0，过t0的等温线和过程线的交点O即为送风状态点；按公式计算送风量。,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,查焓湿图,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,2.6冬季送风量和送风状态的确定,送热风时送风温差可比送冷风时大，所以冬季送风量可比夏季小。冬季送风量也必须满足最小换气次数的要求，同时送风温度不应超过45度冬季可采取与夏季送风量相同，也可以低于夏季送风量。,2.6空调房间送风状态及送风量的确定,