上海某工程日逐時空調(diào)冷負(fù)荷分析

上海某工程日逐時空調(diào)冷負(fù)荷分析

隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展的加快，公共交通的快速發(fā)展已經(jīng)在中國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,在浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū),僅空調(diào)用電負(fù)荷一項就已占到了整個浦東新區(qū)總用電負(fù)荷的10%,而其面積僅為整個新區(qū)的0.33%,而這些所耗電能的50%以上是通過玻璃幕墻建筑消耗的。因此,對于玻璃幕墻建筑來說,空調(diào)負(fù)荷的準(zhǔn)確計算不僅關(guān)系到舒適性問題,也是空調(diào)系統(tǒng)配置與運行分析的基礎(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,外圍護結(jié)構(gòu)采用雙層玻璃幕墻形式,窗墻比達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、圍護結(jié)構(gòu)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷等。為了計算負(fù)荷,首先需要對圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)(表1)和室內(nèi)設(shè)計參數(shù)(表2)進行設(shè)定。2室、省、廳的運行模式參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005),在計算該大廈空調(diào)冷負(fù)荷時,對辦公室、賓館、商場分別設(shè)定了照明開關(guān)時間表(%)、房間人員逐時在室率(%)和電器設(shè)備逐時使用率(%)。由于貴賓室、會議室、觀光區(qū)和宴會廳所占面積不大,為了簡化計算,貴賓室和會議室采用辦公室的運行模式、宴會廳采用賓館的運行模式。辦公室、賓館、商場運行模式分別見圖1、圖2和圖3。3夏季各項冷負(fù)荷通過計算,得到夏季設(shè)計日空調(diào)冷負(fù)荷的逐時值,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)荷是逐時下降的,而從6:00到17:00之間逐時上升,達到峰值后又開始下降。該大廈夏季各項冷負(fù)荷占空調(diào)總冷負(fù)荷的比例如圖6所示。通過分析圖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%。之所以會出現(xiàn)這種情況,是因為該大廈的外圍護結(jié)構(gòu)采用雙層玻璃幕墻,受到較強太陽輻射的影響,同時,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)荷則相對較小。4空調(diào)能耗的特點近年來,在高層建筑中,玻璃幕墻的使用越來越廣泛,在使建筑變得美觀的同時,也增加了建筑的空調(diào)能耗。本文通過定量的研究來討論玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC與傳熱系數(shù)k對空調(diào)負(fù)荷的影響。4.1不同陰陽系數(shù)對圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響遮陽系數(shù),是指玻璃在無其他遮陽措施的情況下對太陽輻射得熱的減弱程度。其數(shù)值為透過玻璃的太陽輻射得熱與透過3mm厚普通透明玻璃的太陽輻射得熱之比。在把玻璃幕墻的傳熱系數(shù)定為2.1W/(m2·℃)的情況下,本文分別計算了遮陽系數(shù)為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7時夏季設(shè)計日圍護結(jié)構(gòu)的逐時冷負(fù)荷與最大冷負(fù)荷。其中,圍護結(jié)構(gòu)逐時冷負(fù)荷的計算結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出,圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷隨著遮陽系數(shù)的增大而增大,下午17:00達到最大值。從早上6:00到14:00,冷負(fù)荷是逐時增加的。17:00到24:00,冷負(fù)荷呈快速下降的趨勢,而1:00至5:00,冷負(fù)荷數(shù)值很小,呈緩慢下降趨勢。為了表征玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC對設(shè)計日圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響,圖8列出了不同遮陽系數(shù)水平下對應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計日最大冷負(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,遮陽系數(shù)SC與圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系,如表3所示。分析表3數(shù)據(jù),遮陽系數(shù)每增加0.1,圍護結(jié)構(gòu)的空調(diào)冷負(fù)荷就增加約1600kW,平均增幅達19.2%。這就說明,對于采用玻璃幕墻作為圍護結(jié)構(gòu)的建筑來說,玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC對圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷有很大的影響。隨著圍護結(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表達了空調(diào)總冷負(fù)荷及圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例與遮陽系數(shù)的關(guān)系。圖9表明,遮陽系數(shù)SC越小,空調(diào)總冷負(fù)荷越小,且圍護結(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,空調(diào)總冷負(fù)荷為35918kW,圍護結(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,空調(diào)總冷負(fù)荷為45682kW,圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例達到了29.31%。4.2圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷把玻璃幕墻的遮陽系數(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·℃)時計算夏季設(shè)計日圍護結(jié)構(gòu)的逐時冷負(fù)荷與最大冷負(fù)荷。其中,圍護結(jié)構(gòu)逐時冷負(fù)荷的計算結(jié)果如圖10所示。由圖10可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC一定時,圍護結(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)荷是逐時增加的,14:00達到最大。17:00到24:00,冷負(fù)荷呈快速下降的趨勢,而1:00至5:00,冷負(fù)荷數(shù)值很小,呈緩慢下降趨勢。為了表征玻璃幕墻的傳熱系數(shù)k對設(shè)計日圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響,圖11列出了不同傳熱系數(shù)水平下對應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計日最大冷負(fù)荷。據(jù)圖11,可得到在玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC定為0.6時,傳熱系數(shù)k與圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的對應(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,圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷增加量約為200kW,平均增幅僅為1.6%。這就說明,對于采用玻璃幕墻作為圍護結(jié)構(gòu)的建筑來說,玻璃幕墻的傳熱系數(shù)對圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的影響有限。隨著圍護結(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,圍護結(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,為28.32%。通過以上分析,不難發(fā)現(xiàn),相比于傳熱系數(shù)k,玻璃幕墻的遮陽系數(shù)SC對圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷有更大的影響。根據(jù)以上計算數(shù)據(jù),遮陽系數(shù)SC每增加0.1,圍護結(jié)構(gòu)的空調(diào)冷負(fù)荷平均增幅達19.2%,而傳熱系數(shù)每增加0.2W/(m2·℃),圍護結(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)能通過上文分析研究,可以得出以下幾點結(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)能問題。2)在計算空調(diào)負(fù)荷時,參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005),分別設(shè)定了照明開關(guān)時間表(%)、房間人員逐時在室率