寒暑假因素對暖通空調負荷及系統的影響

陳彥龍

（北京中鐵生態環境設計院有限公司，北京 102600）

0 引言

建筑能耗占全國能源消耗近30%。隨著我國經濟飛速發展，我國能源供應與經濟社會發展的矛盾十分突出，建筑節能對于促進能源資源節約和合理利用，緩解我國能源供應與經濟社會發展的矛盾，加快發展循環經濟，實現經濟社會的可持續發展有著舉足輕重的作用，是保障國家能源安全、保護環境、提高人民群眾生活質量、貫徹落實科學發展觀的一項重要舉措。

學校建筑作為重要公共建筑，有其自身使用特點，其顯著特征是：人員密度較大、新風換氣量大、照明密度也大，但是教學建筑具備每年在負荷峰值期放寒暑假，因而會對其負荷峰值及設備運行產生影響。目前關于該問題的論述在文獻中較為少見，因而，本文就此問題展開分析。

1 寒暑假對暖通空調室外計算參數的影響

為準確評價寒暑假對中小學暖通空調設計的影響，首先調研了近五年寒暑假放假時間，如表1 所示。

考慮到暖通空調設計需滿足一定保證率，假期時間取近五年并集：寒假時間為 1 月 31 至 2 月 12 日；暑假時間為：7 月 13 至8 月 31。

北京的氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，年平均日照時數在2000—2800h 之間。四季分明，夏熱多雨，秋爽冬寒，春短干旱多風。1 月平均氣溫-4.1℃、最低氣溫-15℃，7 月平均溫度27.6℃、最高氣溫41.9℃。年降水量500～700mm。

本文選取《中國熱環境分析專用氣象數據集》（注：以下簡稱《數據集》）典型氣象年逐時參數，按照《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范（GB 50736—2012）》（注：以下簡稱《民規》）4.1節室外空氣參數不滿足率的選擇方法，得到去除寒暑假后的室外氣象參數，如表2 所示。

由表2 可知，考慮暑假因素后，夏季空氣調節室外計算干球溫度比《民規》低0.2℃，夏季空氣調節室外計算日平均溫度比《民規》低0.7℃，夏季空氣調節室外計算濕球溫度比《民規》低1.9℃。考慮寒假因素后，采暖室外計算溫度比《民規》高0.5℃，冬季空氣調節室外計算溫度及相對濕度近似于《民規》相等，下面分析氣象參數的差別對負荷及暖通空調系統的影響。

2 寒暑假對空調系統設計的影響

2.1 夏季工況

夏季空調冷負荷可分為三個部分：新風負荷，圍護結構負荷及室內負荷。其中新風負荷與圍護結構負荷與室外氣象參數選取有關。

對于新風負荷：

表1 北京市中小學近五年寒暑假時間統計

表2 氣象參數對比

表3 小學體育館及食堂負荷統計

其中：C′-去除寒假假期后的負荷（注：下同）；H′O-74.7kJ/kg；HO-82.9kJ/kg。

可見，對于新風負荷，暑假因素的影響不可忽略，尤其對于采用全空氣系統、新風量巨大的公共建筑，如：體育館、食堂、廚房等。主要原因是新風含濕量較低，如圖1 所示。

圖1 去除暑假后室外空氣含濕量頻數與原始參數對比

對于圍護結構負荷，其負荷形成是由于室內外溫差和太陽輻射作用的結果，我國常用冷負荷系數法進行計算，其基本原理是傳遞函數法，考慮到計算較為復雜，且考慮暑假因素后空調室外計算溫度及日平均溫度均與《民規》較為接近，圍護結構負荷計算可近似按《民規》選取。

2.2 冬季工況

根據冬季熱負荷計算方法可知，圍護結構熱負荷近似為：

取tn為18℃可知，考慮寒假因素的熱負荷為按照《民規》的98%，故可忽略放寒假對冬季采暖系統設計的影響。

對于冬季全空氣系統空調設計，設計內容主要為室外冷空氣的加熱負荷及加濕負荷，對于加熱負荷：

故可按《民規》參數計算冬季工況暖通空調負荷及選擇設備容量。

3 實際案例

以筆者參與的某大學附屬中學工程為例，分析寒暑假因素對其體育館及食堂負荷的影響。該工程總建筑面積13.3 萬平方米，分為中學及小學兩個部分，其中中學部體育館及食堂情況，小學體育館及食堂為一棟建筑，總建筑面積為5948m2，各部分面積及負荷情況，如表3 所示。

若考慮到放暑假的因素，新風負荷可減小至：619.57kW，冷機裝機容量由1153.9kW 減小為831.87kW，容量減小27.9%，對于減小初投資及提高冷機運行效率均有顯著作用。

4 結論

本文分析了夏季與冬季工況中小學校寒暑假對負荷及常見空調形式的影響，得到以下結論：①對于夏季工況，暑假因素對空調負荷尤其是新風負荷影響顯著，不可忽略，以本文體育館及食堂案例，考慮暑假因素后，冷機裝機容量減小27.9%，對減小初投資及提升冷機高效運行有顯著左右；②對于冬季工況，可按《民用建筑供暖通風及空氣調節設計規范》室外設計參數進行設計。