园区式建筑群空调系统项目的负荷计算分析

2017年06月
技术交流Technology Exchange
摘要“园区式”中央空调系统在使用过程中存在机动性和特殊性：它既要兼顾时间差异，人群差异，活动状态差异，又要考虑突发使用需求。

针对繁杂的相互影响的多元化因素，单凭感性地“堆砌”或者“消减”负荷需求不具备说服力。

所以只有建立可行的科学方法，认真研究负荷变化规律，并依据计算结果进行合理地分析，才能优化选择主机和设备，再根据可能的偶然情况需求完善调控方案，做到兼顾投资、使用、节约等各方面，满足业主任务要求，完成合格的设计产品。

关键词逐时冷负荷综合最大冷负荷时间轴负荷变化特性
Load calculation and analysis of air
conditioning system in park type building group
By Wang Qiang 绎
Abstract “Park ”type central air conditioning system exist when using mobility and particularity,as well as time difference,give attention to two or morethings crowd differences,activity,and to consider emergency use requirements.As long as to establish a feasible method,a careful study load variation,and on the basis of the calculation results are reasonable analysis,can correct selection of the equipment,and establish the perfect control scheme,finally completed a qualified good design,in the investment,use,save all aspects to meet the requirements of the owner.
Keywords The hourly cooling load,Comprehensive maximum cooling load,The timeline,Load variation characteristics.
HEBEI INSTITUTE OF A RCHITECTURA L DESIGN &RESEARCH CO.，LTD
1概述
近年来，园区式建筑群（如部队、
院校、医院、企业）空调系统形式发展很快，相对于商业建筑空调系统，因为由多个不同功能的建筑单体（综合楼，活动中心，图书馆，宿舍，餐厅）组成、建筑群整体使用时间连续，所以负荷波动性大。

负荷波动既有一定的规律性，如休息日、夜间低负荷运行，又有一些负荷随机变化的情况。

在通常的冷水机组选型计算中，按照GB50376-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》强制性条文8.2.2规定：“电动压缩机冷水机组的总装机容量，应根据计算的空调系统冷负荷值直接选定，不另作附加”，简单地把单体的负荷累加，根据计算结果选择机型；或是凭借经验，在计算结果上乘个修正系数来确定负荷。

在选择机组时又考虑安全系数，往往造成人们常说的“大马拉小车”。

其实园区各建筑的负荷随使用时间不同存在着互补的特点，类似“潮汐”现象，出现波峰的时间不同。

人们晚上在宿舍就寝，
白天在办公楼工作，中午在餐厅吃饭，而且人员数量、使用设备等时时发生着变化。

虽然不会是简单的负荷切换，但其中蕴含的规律是可以用来优化设计的。

另外，园区分期建设的建筑独自为营的现象也很普遍，造成人员、占地、
投资的多重浪费；运行中园区式建筑群空调系统项目的负荷计算分析
☆
王强，男，1971年7月生人，
高级工程师、注册公用设备工程师。

地址：河北省石家庄市建设南大街83号
河北建筑设计研究院有限责任公司/王强
☆
64
表2
夏季冷负荷极限及时刻汇总
建筑名称最大负荷
（kW ）综合办公楼2124出现时间
5出现时间
最小负荷（kW ）
1560荣史馆礼堂加住宿综合服务中心
49511091013-95191718-48542通信站2021
614
388
日夜切换，频繁启停，会影响设备寿命；个别“余量”设备空置时间长；维护工作量大；建筑利用率低。

园区空调设计具有很大的技术提升空间，确定科学有据的计算分析方法尤为关键。

以下是一个实际工程设计思路的规划总结。

2案例介绍
2.1
工程概况与设计要求
某部队新建总队基地，占地面积175亩，总建筑面积8万余平方米，分为五个单体建筑，朝向各异，功能上分为：综合办公楼、荣史馆、礼堂、综合服务中心、通信站与战士宿舍，各单体的建筑面积、使用功能见表1。

实现负荷峰谷互补，末端必须设有温控。

GB50376规范7.2.11条对此作出相关规定。

部队要建设数字化营区，在新建基础项目时要考虑“对供水供电供热中央空调等设施设备今后的智能化掌控”提供基本条件，未来要做到在线监控、远程管控，自动化程度要求高。

基地采用水循环中央空调系统，不使用多联机空调系统，是考虑到环境噪音，电磁干扰，屋面综合利用。

另一方面也从投资运行上实现节约。

机房占地受限，要集中安置在地下室，冷却塔就近设在绿地；单体间设置较为集中，沿程损耗小，要求综合考虑，共用冷热源；集中管理，智能化控制。

要能保证负荷变化极端时候的正常使用：例如综合楼夜间值（加）班人员的数量地点均不确定；礼堂紧急迅速启用；节日低负荷运行。

2.2
空调冷负荷分析
2.2.1分析建筑物的使用规律
综合办公楼，典型办公建筑，使用时间是早8：00到晚6：00，节假日正常休息。

夜间有低负荷需求，部门领导轮值夜班（节假日同考虑），房间不能确定。

估算使用比例约为白天使用量（面积）的3%，实际冷负荷不足白天的2%。

荣史馆，内设篮球馆，阅览室，警史陈列，管理室。

该馆与办公有一定的互补性，负荷高峰多集中在下午和前半夜。

白天除管理人员，文体活动主要在傍晚等非工作时间，空调负荷是随人员增减。

篮球馆、陈列室使用时间不确定，而且短暂，末端设备可以选大些，空调负荷计入量取小些，目的是迅速降温满足使用，同时不因低概率使用增大主机荷载。

管理室和阅览室是常规使用负荷，高峰时负荷剧增。

礼堂，内有部分住宿，是建筑的常规负荷，负荷比例小。

礼堂使用率比较低，不规律，且负荷大，要在使用时提前预冷。

另外考虑该礼堂对外租用的可能性，此冷负荷是原综合总负荷的额外附加（见表2）但几率小。

独自采用整体式风冷空调机组还是选台小型水冷机组，经权衡，为减少设备闲置率，最后决定在机房内备用一台小型机组，既可调峰也可兼顾夜间极低负荷使用。

综合服务中心，可以按宾馆类建筑计算负荷，包括住宿、餐饮、理发、小超市，其白天人员驻留率小于夜间，时间指派特性见图1。

通信站，包含战士寝室，是基地内夜间的主要负荷。

通信总站，一部分重要机房通过恒温恒湿专用空调承担，大部分属于日常办公的使用性质。

底层的战士食堂，负荷时段集中，
与办公时间完全错时。

所以人群不同时间活动在不同建筑内的规律性出现“负荷迁移”，使降低综合最大冷负荷成为可能。

2.2.2
影响负荷变化的因素
建筑物的体形、朝向、围护结构因素影响负荷变化；人员，新风，照明，设备，食物室内热源因素
表1
各单体的建筑面积、使用功能
建筑名称建筑
面积综合办公楼28000其他
主要功能主要负荷
时间日常办公工作日荣史馆礼堂综合服务中心4000340012500住宿主要夜间
陈列、阅览、
球馆集会、放映、宿舍招待所、
活动室、后勤下午，夜间不定期全天通讯站
12400
宿舍主要夜间宿舍、通信站
全天
注：地下车库、设备机房、机要办公未统计
图1
综合服务中心时间指派
100
9080706050403020100
1009080706050403020100
时刻0
2
4
6
810121416182022
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影响负荷变化；
空调区的蓄热特性影响负荷变化。

目前我国空调房间夏季冷负荷的设计计算,一般都是采用根据“冷负荷系数法”和“谐波反应法”所提供的数表进行计算。

（《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》1988年04期空调房间围护结构最大冷负荷出
现时间的确定方法
田忠保）针对上述影响因素，
方法已经成熟。

2.2.3
建立时间属性
空调区的蓄热特性，热量再逐渐放出来加热室内空气，成为房间滞后冷负荷，导致空调冷负荷存在延迟情况。

建筑使用时间不同。

根据实际情况，把人员以及相关项目如新风，照明，设备按照发生的时间顺序反映在一个时间轴上，用时间指派的方法描述因为蓄热特性影响的滞后冷负荷。

2.2.4
直观反映负荷变化特性
施工图设计阶段应对空调区的冬季热负荷和夏季逐时冷负荷进行计算。

综合分析建筑使用规律，利用时间指派法能逐时反映出人员流动以及比率的属性，用数据叙述各时间段的状态，使各建筑的冷负荷变化特性更直观。

例如办公楼和通信站逐时冷负荷曲线（见图2、3），它们的负荷规律具有一定互补特性。

总结出的数据信息，可以指导选定机型及制定运行策略。

参见夏季冷负荷极限及时刻汇总，见表2。

此处礼堂最大负荷1109kW 包含同时使用的情况（即在礼堂对外租用的“最不利”情况下出现，见表3），这种几率很小。

从表4计算结果可以看到，礼堂的住宿最大负荷只有80kW ，而且是出现在0点，这时的系统负荷合计是5610kW ，最大负荷时刻出现在16:00，见表4。

最小负荷主要集中在夜间居住和值班房间，最小负荷时刻出现在5:00，见表2。

表4统计了除礼堂集会最不利时的情况，只有夜间居住的负荷。

3总结
园区联网运行的空调系统具有资源互补，节约初投资，实现个别用户极低负荷时中央空调正常运行，系统负荷变化相对平稳等众多优势。

而且可以减少启停机的次数，减小对电网的冲击作用，有利于延长设备寿命。

运用时间指派计算法研究人员流动对中央空调负荷变化特性的影响，发现这一方法具有更加广泛的实用意义，为设备选型、配备、运行管理等方面提供直观可信的理论数据，为提高设计水平开拓了思路。

（责编：
何曼）参考文献
1GB 50736-2012《民用建筑供热通风与空气调节设计规范》
图2办公楼逐时冷负荷曲线
2.5e+0062e+0061.5e+0061e+0065000000
2.5e+006
2e+006
1.5e+006
1e+006
500000
012345678
91011121314151617181920212223
时刻
图3通信站逐时冷负荷曲线
1
2
3
4
5
6
7
8
91011121314151617181920212223
时刻
800000700000600000500000400000300000200000100000
0800000700000600000500000400000
300000
200000100000
表3
表4
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