空调负荷计算方法综述_张鹏

［1］ 彦启森，赵庆珠． 建筑热过程［M］． 北京： 中国建筑工业出版 ［5］ 单寄平． 我国建筑物空调负荷计算方法研究的新进展［J］．
社，1986．
建筑科学，1986（ 1） ： 30-41．
［2］ 曹叔维． 房间热过程和空调负荷［M］． 上海： 上海科技文献 ［6］ 田胜元，李百战． 采暖空调能耗分析用动态气象资料的标准
2． 3 室内消火栓系统
本工程消防给水 系 统 包 括 室 外、室 内 消 火 栓 给 水 系 统、自 动
室内消火栓给水采用临时高压制，竖向不分区； 设两个进水
喷水灭火系统。
口，管道水平呈环状布置，干管管径为 150，立管管径为 100； 在室外
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
面的研究开展的比较晚，成果比较少，在科技发展的今天，要抓住 ［3］ ASHＲAE． ASHＲAE HANDBOOK FUNDAMENTALS［M］． 1997．
机遇不断完善我国自主的研究成果。
［4］ 单寄平．《设计用建筑物冷热负荷计算方法》研究课题评议
参考文献：
及科研成果综述［J］． 哈尔滨工业大学学报，2005，35（ 5） ： 3-596．
2） 水量。尧帝陵祭祀 大 殿 高 度 大 于 50 m，依 据 GB 500452005 高层民用建筑设计防火规范［1］消防水量见表 1。
表 1 消防水量表
53 000 6 000 4 800 5 000 3 000
5 700 15 000 5 400 7 800
序号
1 2 3
用水项目
室外消火栓系统 室内消火栓系统 自动喷水灭火系统
收稿日期： 2014-01-10 作者简介： 张 鹏（ 1980- ） ，男，工程师
第 40 卷 第 9 期 2014年3 月
山西建筑
SHANXI AＲCHITECTUＲE
Vol． 40 No． 9
Mar． 2014 ·149·
文章编号： 1009-6825（ 2014） 09-0149-02
临汾市尧帝陵祭祀大殿消防设计
中国建筑科学研究院空调研究所率先开展了空调负荷计算方法 分为静态模拟和动态模拟两种。20 世纪 60 年代 ～ 70 年代，美国
的研究。1978 年组成了由中国建筑科学研究院空调研究所、同济 的电力和燃气公司开发出了一些基于稳态算法的建筑负荷模拟
大学、重庆建筑工程学院等 8 个单位协作的建筑物冷热负荷计算 软件，这种方法计算结果较为粗糙，但计算速度快，可用于研究能 方法研究课题组，最终提出了反应系数法和谐波反应法。在负荷 耗趋势。此后，随着计算机技术的发展，出现了动态负荷模拟软
件，该方法主 要 用 于 系 统 能 耗 分 析 和 评 估、经 济 性 分 析，但 是 耗 时。世界 各 国 进 行 负 荷 模 拟 软 件 的 开 发，如 美 国 的 DOE-2， BLAST，EnergyPlus，英国的 ESP，日本的 HASP，中国重庆大学开发 的 VCD-I，清华大学开发 DeST 等软件。这些软件已经广泛应用于 建筑负荷计算、能耗分析和设计等领域。能耗模拟软件仍然存在 着软件与软件之间结果差异性较大、模拟与实测之间有差异等缺 点，这些问题是今后模拟软件研究当中需要解决的问题。
外扰的室内响应，并进行叠加。由于外扰和内扰量形成负荷时具 有衰减和延迟的特性，在运用谐波法进行空调负荷计算时衰减度 和延迟时间是两个重要的参数。2） 反应系数法。反应系数法（ 冷 负荷系数法） 基本思想是任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。 将外扰分解为脉 冲，分 别 求 得 脉 冲 外 扰 的 室 内 响 应，再 进 行 叠 加 进而求得室内负荷。这种方法对应于离散系统，拉普拉斯变换转 化为 Z 变换。内外扰的处理方式： a． 内扰采用冷负荷系数； b 日射 冷负荷采用冷负荷系数； c． 围护结构传热采用冷负荷温度。
2． 4 空调负荷的模拟
转变到了以设计日为基准的负荷计算，80 年代又发展到以设计年
随着计算机技术 的 发 展，建 筑 节 能 要 求 的 提 高，新 能 源 的 利
为基准的模拟计算，至今，模拟计算仍为当今空调负荷计算的焦点。 用，例如地源热泵的采用，对空调负荷的计算提出了新的要求，负
2） 国内研究。我国在空调负荷计算方面的研究比较晚，1975 年， 荷计算的重点偏向于长期负荷，季节性负荷。空调负荷模拟主要
模拟方面，重庆建筑工程学院、清华大学都开发出了模拟软件。
2 空调负荷计算方法
2． 1 稳态算法
稳态算法温差为 定 值，未 考 虑 围 护 结 构 的 蓄 热 性 能，因 此 负 荷与以往的传热状况不发生联系，该方法比较简洁，可手工计算， 但计算误差偏大，只在蓄热小的轻型简单围护结构以及室内外温 差平均值大于室内外波动值的情况下使用。
1 空调负荷计算方法的发展回顾
1） 国外研究。随着空调技术的发展，负荷计算成为进行空调 设计的基础。第 二 次 世 界 大 战 以 前，由 于 空 调 技 术 不 是 非 常 成 熟，冷热负荷的计算方法主要是稳定传热计算。第二次世界大战 后，空调技术逐渐 进 入 了 成 熟 期，冷 热 负 荷 计 算 也 由 稳 定 传 热 发 展到利用周期性不稳定传热法进行计算。1946 年，美国 Mackey 和 Wright 两人提出了当量温差法。苏联的弗拉索夫、福金等人在 20 世纪 40 年代 ～ 50 年代提出了谐波反应计算法。这两种方法均 只考虑了围护结构本身的不稳定传热，并未涉及房间的不稳定传 热过程，没有将房间的得热量、冷负荷区分开来，而把进入房间的 瞬时得热作为瞬时负荷，致使空调系统设备容量选择偏大。20 世 纪 60 年代以后，随着世界科学技术的飞速发展，促进了新计算法 的产生。1967 年，加拿大国立研究所 Stephenson 和 Mitalas 提出了 反应系数法（ Ｒesponse Factor） ，使空调负荷计算实现了从稳态计 算 到 动 态 计 算 的 过 渡，在 此 之 后，许 多 新 的 方 法 不 断 产 生。 1971 年，Stephenson 和 Mitalas 提 出 了 传 递 函 数 法 （ Transfer Fuction） ，1975 年 Ｒudoy 和 Duran 提 出 了 冷 负 荷 系 数 （ Colling Load Factor） 法。70 年代后，随着负荷计算模拟软件的出现，负荷计算
（ CLTD） / 冷负荷系数（ CLF） 法及负荷模拟的主要思想和特点进行了综述，并对各空调负荷计算法在未来的发展进行了展望。
关键词： 空调负荷，负荷计算方法，负荷模拟
中图分类号： TU831． 2
文献标识码： A
DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.09.078
中图分类号： TU998． 1
文献标识码： A
DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.09.079
1 概述
2． 1 消防水源、水量
中国尧帝陵位于山西省临汾市尧都区城东北 35 km 涝河北 岸的郭行乡北郊村。本工程为临汾市尧都区文物旅游局—中国 尧帝祭祀大殿（ 见图 1） ，地上 6 层； 第 1 层、第 2 层平面呈矩形，东 西长 98 m，南 北 长 67 m； 3 层 ～ 6 层 逐 步 内 收。总 建 筑 面 积 19 711． 8 m2 ，首层层高 6 m，2 层层高 5． 7 m，3 层层高 4． 8 m，4 层 层高 15 m，5 层，6 层层高均为 6 m，建筑总高 53 m。功能布局： 地 上 1 层 ～ 3 层为综合办公区，4 层为祭祀大殿，5 层，6 层为戊类储 藏室。
1） 消防水源。室内外消防给水水源均为自备水源井，从自备 水源井抽水至室外消防贮水池。室外设 400 m3 消防水池 2 座，屋 顶设备间设 18 m3 高位消防水箱及增压稳压设备。消防给水采用 临 时 高 压 制 供 水 系 统，由 各 消 防 泵 从 室 外 消 防 水 池 吸 水 加 压 供 给。消防泵房设于 室 外，内 设 室 内 外 消 火 栓 给 水 泵 组、自 动 喷 水 灭火系统供水泵组及消火栓、自喷系统增压稳压泵组。
用水量 L/s
30 40 22
火灾延续时间 h
3 3 1
一次灭火用水量 m3
324 423 79． 2
2． 2 室外消火栓系统
室外消火栓给水系统采用临时高压压制，由消防泵房内室外
消火栓给水泵组加压供给。室外消防给水应布置为环状，管径不
2 水消防
98 000 图 1 尧帝祭祀大殿剖面图
小于 100，要求室外消防供水压力不小于 0． 10 MPa，室外消火栓间 距不大于 120 m，距路边不大于 2 m，并要求距本建筑物距离保持 在 5 m ～ 40 m 之间。
2． 3 Z 传递函数法
Z 传递函数法的前身是反应系数法，反应系数法将扰量作为 定值，而平壁作为 一 个 热 力 系 统，通 过 单 位 扰 量 反 应 函 数 进 行 离 散后得到反应系数来计算逐时的传热量。Z 传递函数法考虑到在 空调负荷实际计算过程中扰量也是离散的，因此采用数据系统和 Z 变换来交替计算，弥补了反应系数法的不足，该方法计算机存储 量小，速度快。非常 适 用 于 以 气 象 资 料 为 原 始 数 据 的 计 算，原 始 数据为离散值，在做输入量时没有必要作任何处理。但这种计算 方法是基于纯数学意义上的，其物理意义并不明显。
·148·
第 40 卷 第 9 期 2014年3 月
山西建筑
SHANXI AＲCHITECTUＲE
Vol． 40 No． 9 Mar． 2014
文章编号： 1009-6825（ 2014） 09-0148-02
空调负荷计算方法综述
张鹏
（ 山西中创建筑设计有限公司，山西 太原 030024）
摘 要： 回顾了建筑空调负荷计算方法的历史，并对几种典型的计算方法谐波反应法、反应系数法、Z 传递函数法、冷负荷温差
杜莉
（ 太原市公安消防支队，山西 太原 030001）
摘 要： 对室外、室内消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、大空间智能灭火系统的消防水源、水量、水泵房及各系统的设计参数进
行了介绍，提出了在大空间建筑消防设计过程中应注意的事项，以期提高在超高空间的消防设计水平。
关键词： 消防设计，水源，水量，水泵房，设计参数
出版社，1987．
年构成方法［J］． 暖通空调，1999（ 2） ： 19-22．
The summary of calculation methods of air conditioning load
ZHANG Peng （ Shanxi Zhongchuang Architectural Design Limited Company，Taiyuan 030024，China） Abstract： This paper reviewed the history of calculation method of building air conditioning load，summarized the main idea and characters of several kinds of typical calculation methods of harmonic response method，Ｒesponse Factor method，Z transfer function method，Cooling Load Temperature Difference （ CLTD） method，Cooling Load Factor （ CLF） method and load simulation，put forward prospect for the future development of air conditioning load calculation method． Key words： air conditioning load，load calculation method，load simulation
2． 2 谐波反应法和反应系数法
计算空调负荷时的两种常用方法，谐波反应法和反应系数法 应用的都是基于积分变换的方法，在处理函数时采用的都是拉普 拉斯变换，区别在 于 处 理 边 界 条 件 时，谐 波 反 应 法 采 用 的 是 傅 里 叶级数分解，而反应系数法采用的是时间序列离散。1） 谐波反应 法。谐波反应法基本思想是任何一连续可导曲线均可分解为正 （ 余） 弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正（ 余） 弦波
Leabharlann Baidu3 结语
建筑空调负荷计算是暖通空调领域的基础问题之一，空调负 荷的计算方法也经历了由简单到复杂、由稳态到动态及实时模拟 的阶段，在应用当中要注意，任何一种方法都存在有局限性，在应 用时要进行验证，针对各种方法要结合科学技术的发展来解决原 有方法中的局限性，如人工神经网络方面的研究成果与负荷计算 的结合等，提高空调负荷计算的精确性。我国在空调负荷计算方