廣州大學城建筑冷負荷特點分析

1、廣州大學城建筑冷負荷特點分析張磊 孟慶林（廣州華南理工大學建筑節(jié)能與DeST研究中心）摘要：廣州大學城建筑類型復(fù)雜多樣，主要有教學樓、圖書館、食堂、宿舍等建筑類型，這些建筑類型室內(nèi)人員、燈光和設(shè)備熱擾變化具有不同的時間性和規(guī)律性，從而造成各類建筑全天冷負荷變化各具特點，本文分析了大學城各類建筑冷負荷特性，并采用能耗模擬軟件進行了驗證，可以為大學城區(qū)域供冷方案的確定和實施提供理論支持。關(guān)鍵詞：冷負荷 室內(nèi)熱擾 區(qū)域供冷 模擬計算1. 廣州大學城概況廣州大學城位于廣州市番禹區(qū)小谷圍島及其南岸地區(qū)，總規(guī)劃用地43.3平方公里，規(guī)劃總?cè)丝?540萬人，人口構(gòu)成為：學生為1820萬人；教師員工為1.52

2、萬人；職工約為5萬人；其他人員78萬人。大學城內(nèi)教學區(qū)主要建筑類型及其面積指標如下表所示：表1 建筑類型及面積建筑類型教學樓實驗室圖書館宿舍學術(shù)中心行政辦公體育館食堂生活服務(wù)建筑面積（萬M2）99.6382.3932.11143.348.327.776.320.75524.64空調(diào)面積（萬M2）59.849.422.524.46.220.84.410.413.3裝中央空調(diào)比例（%）8010010020100100100100902. 建筑冷負荷特點廣州大學城教學區(qū)建筑類型較復(fù)雜，包括教學樓、實驗室、圖書館、學術(shù)中心、行政辦公、學生宿舍、食堂等類型，不同建筑類型的人員、設(shè)備、燈光負荷值和作息時間

3、差異較大，大學城內(nèi)主要人流是學生、教師和部分服務(wù)人員，這些人員是移動的空調(diào)負荷群，且時間性、規(guī)律性比較明顯，例如：在上午（8：0012：00）和下午（14：0018：00）工作時間內(nèi)，宿舍、食堂人員密度較少，空調(diào)負荷較低，可以少開機，甚至不開機，而在教學樓、圖書館、實驗室等類建筑中，人員密度較大，燈光、設(shè)備負荷也相應(yīng)增加，空調(diào)負荷較大，并在下午出現(xiàn)空調(diào)負荷峰值；而在中飯（12：0013：00）和晚飯（18：0019：00）時間，學生和教師主要集中在食堂和宿舍，造成這兩類建筑冷負荷增加并出現(xiàn)最大值，而此時，其他建筑空調(diào)負荷則相對較低。正是這種一定量的人員在不同時間段，在不同建筑中的分配，造成了不

4、同建筑類型最大冷負荷出現(xiàn)時間上的差別，這個差別可以用同時使用系數(shù)來體現(xiàn)，同時使用系數(shù)的定義為：各類建筑全天逐時冷負荷相加的最大值與每個單個建筑這一天內(nèi)的最大冷負荷相加的比值。同時使用系數(shù)反映了各類建筑全天冷負荷最大值出現(xiàn)時間上的差別，同時使用系數(shù)越小，說明不同建筑類型同一天內(nèi)最大冷負荷出現(xiàn)的時間差別越大，反之，則差別越小，如果同時使用系數(shù)等于1，則說明最大冷負荷在同一時刻出現(xiàn)。獲得合理可靠的同時使用系數(shù)，可以得出空調(diào)系統(tǒng)準確的總裝機容量，以及相應(yīng)的電氣增容、配套設(shè)備、空調(diào)及變配電用房的面積，避免裝機容量大于實際需求而造成浪費。為了驗證上述大學城內(nèi)各類建筑負荷特性的分析，并確定同時使用系數(shù)，采用

5、DeST能耗模擬軟件計算了上述大學城內(nèi)建筑類型的全年逐時冷負荷。3. 建筑能耗模擬計算在模擬過程中，考慮到人員、設(shè)備、燈光等室內(nèi)熱擾是影響大學城內(nèi)各建筑冷負荷變化的主要因素，需要解決的主要問題是這些內(nèi)擾對建筑冷負荷的影響，而圍護結(jié)構(gòu)的動態(tài)熱性能并不是考慮的重點，以及在大學城規(guī)劃階段缺少詳細的建筑外形和尺寸資料，因此在建模過程中，忽略了建筑尺寸和體形的影響，采用最基礎(chǔ)的，最簡單的模型，如下圖所示：圖1 建筑模型建筑外窗對建筑空調(diào)負荷的影響較大，為了能真實反映建筑冷負荷的變化規(guī)律，對不同建筑類型設(shè)定了不同的窗墻比和窗玻璃材料，如下表所示：表2 窗墻比和窗玻璃材料建筑形式南北窗墻比東西窗墻比窗材料公

6、共教學0.50.33mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）實驗樓0.50.33mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）圖書館0.60.53mm單片白波（K=5.9，SC=0.6）學術(shù)中心0.50.353mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）行政管理0.50.353mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）體育館0.30.33mm單片白波（K=5.9，SC=1）學生公寓0.40.13mm單片白波（K=5.9，SC=0.75）食堂餐廳0.450.23mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）生活服務(wù)0.40.23mm單片白波（K=5.9，SC=0.95）按下表所示設(shè)定人員、燈光、設(shè)備熱擾

7、的值：表3 人員、燈光和設(shè)備熱擾設(shè)定建筑形式人員密度人員顯熱人員散濕燈光負荷設(shè)備負荷人/m2W/人kg/人.hWm2Wm2公共教學0.5580.0753020實驗樓0.2510.1943230圖書館0.125630.0683020學術(shù)中心0.33510.194305行政管理0.2610.1093010體育館0.35610.1092010學生公寓0.125570.1152010食堂餐廳0.7510.194200生活服務(wù)0.4580.1842010初步估計大學城將有2030萬大學生和科研人員入住，這些人員在一天中的不同時刻，在大學城各個建筑中分配，通過對大學城內(nèi)各類建筑使用習慣的調(diào)查，按下表設(shè)定作

8、息時間： 表4 人員、燈光和設(shè)備作息設(shè)定建筑形式7:008:008:0011:0011:0012:0012:0013:0013:0014:00公共教學5%90%90%0%0%實驗樓0%30%30%0%0%圖書館0%30%30%0%0%學術(shù)中心0%70%70%0%0%行政管理0%100%100%0%0%體育館0%0%0%30%30%學生公寓30%20%20%50%100%食堂餐廳80%0%100%80%0%生活服務(wù)0%80%90%90%90%14:0017:0017:0018:0018:0019:0019:0022:0022:007:00公共教學50%5%5%60%0%實驗樓80%0%0%60%

9、0%圖書館100%0%0%100%0%學術(shù)中心70%70%0%0%0%行政管理100%100%0%0%0%體育館100%100%100%60%0%學生公寓40%10%40%30%100%食堂餐廳0%100%80%25%0%生活服務(wù)90%90%90%50%0% 在實際過程中，大學城的人員在不同建筑中的流動將有很大的不確定性，上述這種建模和參數(shù)設(shè)定方法，只是為了定性的分析大學城內(nèi)建筑冷負荷的特點及其變化趨勢，為區(qū)域供冷方案的選擇提供參考。4. 結(jié)果分析及結(jié)論采用DeST軟件，按上述參數(shù)設(shè)定，計算了大學城教學區(qū)9種建筑類型511月份的全天逐時冷負荷，并在排除50個小時不保證點的基礎(chǔ)上，找到了各類建筑

10、最大冷負荷出現(xiàn)的日期及時刻，如圖2所示：圖2 教學區(qū)各類建筑9月7日全天逐時冷負荷 各類建筑最大值如下表所示：表5 教學區(qū)冷負荷統(tǒng)計建筑類型教學樓實驗樓圖書館宿舍學術(shù)中心行政辦公體育館食堂生活服務(wù)總計逐時最大值(W/ m2)243 150 128 119 186 176 219 333 241 1796 而各類建筑逐時累計最大值出現(xiàn)在下午14：0015：00時間段，其值為1284W/m2，根據(jù)上述同時使用系數(shù)的定義，可以得到大學城教學區(qū)單位面積冷負荷同時使用系數(shù)為0.71，根據(jù)表1提供的建筑面積指標，得到空調(diào)面積上的同時使用系數(shù)為0.83。 根據(jù)全年冷負荷變化情況，統(tǒng)計了各類建筑不同負荷率下運行小時數(shù)，如下表所示：表6 教學區(qū)各類建筑負荷率統(tǒng)計注：表中括號內(nèi)數(shù)字為不同負荷率下運行小時數(shù)占全年總運行時間的比例（%）通過對大學城建筑冷負荷特征的分析和模擬軟件的計算結(jié)果可以看出，由于學生和教師這個龐大的移動空調(diào)負荷群在各類建筑之間的流動，造成大學城建筑冷負荷最大值出現(xiàn)時間上的差異，如果對每種建筑類型單獨設(shè)置中央空調(diào)，則空調(diào)機組的制冷量需按照相應(yīng)建筑最大冷負荷值選取，但從表6所示數(shù)據(jù)來看，各類建筑的滿負荷運行的小時數(shù)只占總運行時間的很少一部分，這樣制冷機組全年大部分時間在部分負荷下運行