負荷分析法在城市綜合體空調設計中的應用

程海峰 高瑞凱 胡 寧

(安徽建筑工業學院，安徽合肥 230601)

城市綜合體的出現是城市形態發展到一定程度的必然產物［1］。其本質在于通過復合、集聚兩種手段提高了空間效率和空間價值，從而達到降低使用成本、提高生活品質、賦予并提高企業綜合效率和效益的目的［2］。

我國現有城市綜合體建筑，一般以高能耗來滿足各建筑功能對動力方面的需求。城市綜合體因為體量的龐大，要求必須具備相對完善的城市服務功能，因此多功能、自我服務是其顯著的特征。建筑功能的復雜性對建筑能源系統的設計和建設提出了新的要求。傳統的根據單功能建筑進行暖通空調系統的設計，容易造成負荷疊加，資源浪費，投資增大，運行費用高，運行效率低。采用負荷分析法能夠根據城市綜合體建筑的要求和特點，尋求建筑能源系統的合理匹配和運行分配，實現建筑內冷熱需求的自我調配，取得良好的經濟效益和社會效益。

所謂負荷分析法就是以負荷計算為基礎，針對復雜建筑在不同室內外工況、不同建筑功能、不同時段時的負荷分布特點，分析系統在運行時的實際負荷需求，找出系統的負荷基數，以此為依據進行主機的選配和系統的設計，并針對各種工況進行運行方案預案設計的一種方法。通過負荷分析法能夠客觀的反映建筑物在各種情況下的負荷需求狀態，建立系統功能交叉運行模式，減少主機裝機容量，提高系統運行效率，實現節能運行，降低能耗。在多功能城市綜合體和復雜的大型建筑暖通空調設計中，是非常值得推廣的一種技術方法。本文以安徽某城市綜合體暖通空調設計為例，采用負荷分析法找出建筑負荷基數，進行了主機選配，為系統設計、多工況節能運行提供了依據。

1 項目概況

該項目位于合肥市，總建筑面積15萬m2，規劃建設3幢商住樓:學術交流中心、回遷綜合辦公樓、回遷住宅樓各一幢。

2 空調負荷計算與分析

2．1 空調負荷計算參數

設計參數見表1。

表1 室內設計參數

2．2 軟件計算

采用鴻業暖通負荷計算軟件計算空調負荷，該軟件計算方法基于諧波反應法。負荷計算選用典型工況建筑圍護結構，外窗傳熱系數 K=2．3，外墻傳熱系數 K=0．7，屋頂傳熱系數 K=0．6，人員密度根據不同建筑功能分別確定。典型工況條件下計算的逐時負荷最大冷負荷出現在下午3點，最大值為9 236 kW，見圖1。

圖1 軟件計算建筑逐時負荷

2．3 負荷分析

通過軟件計算可以得到建筑的夏季空調冷負荷，但不同建筑功能的房間在使用中的要求和使用時間都不同，基于此，對計算出的負荷進行負荷分析，以達到建筑節能的目的。

首先根據建筑功能將建筑分為銀行、賓館、學術茶座、會所、門廳、超市辦公、辦公、普通公寓、白領公寓、超市等功能段，不同功能段的空調冷負荷見表2。

表2 軟件計算法負荷統計表

不同建筑功能的房間在使用中的要求和使用時間都不同，如果直接用這一計算結果進行空調機組選型，那么一年當中大多數情況下機組都在部分負荷下運行，出現所謂“大馬拉小車”的現象，所以需要對不同的功能段進行負荷使用率的修正。

蔡龍俊等在區域供冷供熱住宅建筑空調負荷同時使用系數的計算文章中提出對于一般的住宅建筑當負荷使用率取0．7時，空調系統在93%左右的時間可以滿足整個運行［3］。針對城市綜合體建筑對于不同功能的負荷使用率的大小可以根據建筑使用率的大小進行調整。

其中，Q'為修正負荷;Q為計算負荷;k為負荷修正系數。

表3 各功能負荷修正系數

使用表3各功能段同時使用率參數對典型工作日內建筑逐時冷負荷進行修正，得到修正后的結果見圖2。

圖2 修正后建筑的逐時負荷

負荷基數是指在機組選型設計過程中，以修正后的逐時負荷為依據，滿足機組24 h高效工作區運行的負荷區間。由圖2可以看出該建筑的夏季空調冷負荷最小值為5 494 kW。

考慮壓縮機高效工作區50%～80%，負荷基數為6 867 kW。

3 主機選配與系統運行方案

根據計算結果對該建筑確定不同的機組選型方案，機組設備參數見表4，并對不同方案進行比較，見表5。

表4 機組參數 kW

表5 不同運行方案比較

機組年運行時間分布見圖3。根據圖3的時間分布可以計算出兩種方案的年運行費用，結果見表6，表7。

圖3 機組各運行效率時間分布圖

表6 方案一年運行費用表

表7 方案二年運行費用表

對本建筑來說經過負荷分析法修正而得出的方案二比常規軟件計算得出方案一初投資費用節省210萬元，節省約26%，制冷機房運行費用節省251萬元/年，降低約44%，降低造價和減少運行費用提高建筑能耗率的效果非常明顯。

4 結語

1)負荷分析法在城市綜合體建筑暖通空調設計中的應用能夠準確的把握整個建筑群的負荷需求狀況，避免負荷疊加，實現按需功能;

2)負荷分析法把整個建筑群作為能源需求對象，相對于小型單獨系統，能大大節省初投資和裝機容量，一般10萬m2的多功能公共建筑，約可減少1/3的主機配置;

3)負荷分析法分析了建筑群各種室內外工況下負荷的變化情況，并找出了建筑群常年穩定的負荷基數和負荷峰值，為主機房和空調系統的合理配置提供了依據;

4)負荷分析的結果為系統在各種工況下的節能運行方案提供了預案，可大大節省系統運行費用，提高系統的有效利用率;

5)負荷分析法特別適用于大型城市綜合體和復雜功能建筑，如與分布式能源系統結合設計，節能減排效果更顯著。

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

［2］《科技智囊》課題小組．城市綜合體引領商業地產新時代［J］．科技智囊，2009(11):9-16．

［3］蔡龍俊，歐陽生春．區域供冷供熱住宅建筑空調負荷同時使用系數的計算［J］．能源技術，2006(3):130-132．