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摘要：商業建筑全年動態負荷的合理預測,能夠給空調蓄冷蓄熱系統設計、冷熱源系統選擇、BCHP系統設計和設備搭配以及城市能源規劃提供有力的幫助。本文首先對典型商業建筑內擾的參數及全年作息時間進行設定，接著利用建筑能耗模擬軟件DeST計算各典型商業建筑的全年逐時冷熱負荷，由此得到建筑全年冷熱負荷逐時變化無因次曲線和單位體積新風冷熱負荷逐時變化曲線。最后對各典型功能建筑的負荷組成、負荷的日變化和年變化特性作了分析和比較，為估計商業建筑的負荷估算提供了一種簡單可靠的方法。

關鍵詞：商業建筑負荷預測DeST

0引言

隨著空調系統在商業建筑領域的廣泛應用，如何做到合理預測全年負荷是商業建筑空調設計非常重視的一個問題。目前，商業建筑設計多數采用經驗數據進行冷、熱負荷估算,這種方法只提供冷熱負荷的最大值，已經遠遠不能滿足空調蓄冷蓄熱系統設計、冷熱源系統選擇、BCHP系統設計和設備搭配以及城市能源規劃對負荷全年動態變化的要求。因此,我們有必要用一種新的方法對商業建筑的全年負荷進行預測。

1商業建筑空調負荷特征

商業建筑空調負荷主要由下面幾個因素組成：1)室內熱擾,包括人員、燈光和設備2)圍護結構傳熱3)新風負荷。在這幾個因素中,室內熱擾及其動態變化過程對負荷的影響很大。同時，由于在變風量系統中，新風隨人員密度的變化而變化，因此新風負荷和室內熱擾的變化過程密切相關。所以,合理地預測負荷應把重點放在室內熱擾的參數設定及其動態變化設計上。

2典型商業建筑內擾的參數設計和全年作息時間的設計

2.1商業建筑的分類

商業建筑種類繁多，功能各異。本文依據不同的使用性質，選擇了典型的幾種商業建筑進行了建筑內擾和全年作息的設計，如下：1)客房：分為五星級客房、四星級客房、三星級客房以及三星級以下客房；2)辦公室：分為高級辦公室和一般辦公室；3)美容院；4)保齡球館；5)舞廳；6)健身房；7)商場；8)餐廳：分為中餐廳、西餐廳和火鍋餐廳；9)門廳；10)會議室；11)展覽館；12)影劇院；13)游泳池；14)教室；15)醫院:包括病房、手術室、候診室、門診辦公室、嬰兒室和藥品儲存室；16)走廊；17)檔案庫房；18)衛生間；19)電腦機房；20)棋牌室。

2.2室內參數設計

商業建筑的空調屬于舒適性空調,即從人體的舒適感出發確定室內溫度、濕度設計標準。

室內參數包括：1)夏季干球溫度(℃)和相對濕度(%)2)冬季干球溫度(℃)和相對濕度(%)。

2.3內擾的參數設計

內擾參數主要包括：1)人員熱擾2)燈光熱擾3)設備熱擾

各參數的具體指標如下：

1)人員熱擾：最大人員密度(人)，人均發熱量(W)，人均產濕量(kg/hr)，新風量(﹒人)；

2)燈光熱擾：最大功率()；

3)設備熱擾：最大功率()；

2.4全年作息的設計

所謂全年作息是指室內熱擾參數全年每一時刻的數量大小與設定的最大值的比值。由于在商業建筑中，作息基本是以一周為周期的，所以本文的設計也是以一周為基礎，分開考慮工作日與休息日；同時，對于一些季節性變化比較強的商業建筑，如商場、教室等,就得考慮全年不同月份的變化。作息的設計參數主要包括：

1)人員密度的作息：是指某時刻的人員密度和設定最大人員密度的比值；

2)燈光的作息：是指某時刻的燈光功率和設定最大燈光功率的比值；

3)設備的作息：是指某時刻的設備功率和設定最大設備功率的比值；

2.5設計舉例

由于篇幅原因，只選取幾個典型的商業建筑舉例說明設計過程。

2.5.1辦公室

辦公室是組成寫字樓等商業建筑的基本元素，可分為高級辦公室(如經理辦公室)和一般辦公室，在參數設計中要求也不同。

1)室內條件參數設定

房間使用性質

夏季

冬季

干球溫度

相對濕度

干球溫度

相對濕度

℃

%

℃

%

高級辦公室

23-25

50-60

21-23

35-40

一般辦公室

24-26

50-60

20-22

35-40

2)內擾的參數設計

房間使用性質

新風量

(.人)

人員熱擾

燈光熱擾

設備熱擾

最多人數

(人)

人均發熱量()

人均產濕量()

最大功率()

最大功率()

高級辦公室

40

0.05-0.1

64

0.084

10

10

一般辦公室

30

0.1

64

0.084

10

20

3)全年作息的設計

辦公室的作息基本上是以一周為周期的，有工作日和休息日的區別,而無季節性的變化。由于辦公室中的設備主要是電腦，它和人的作息基本上是一致的，因此把辦公室的人員和設備熱擾一同考慮。對于燈光來說，它不但受到人員密度大小的限制，而且和一天中的陽光強度變化有密切的關系。白天,人們利用充沛的自然光，所以盡管白天人員密度大，但燈光的功率卻不是最大。考慮到在休息日加班的情況，所以休息日的人員、設備和燈光的作息不為0。

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圖1辦公室人員/設備作息(工作日)圖2辦公室燈光作息(工作日)

圖3辦公室人員/設備作息(休息日)圖4辦公室燈光作息(休息日)

2.5.2商場

商場也是一類典型的商業建筑。在商場空調負荷中,人體冷負荷占有主導地位。人員密度取值的少許增減都會對空調能耗和投資有明顯影響。

1)室內條件參數設定

房間使用性質

夏季

冬季

干球溫度

相對濕度

干球溫度

相對濕度

℃

%

℃

%

商場

25-27

55-65

20-22

40-50

2)內擾的參數設計

房間使用性質

新風量

(.人)

人員熱擾

燈光熱擾

設備熱擾

最多人數

(人)

人均發熱量()

人均產濕量()

最大功率()

最大功率()

商場

15-25

1.0

68

0.1

20

3)全年作息的設計

商場的室內熱擾作息隨季節的變化很大。一般來說,夏季是銷售淡季，人員密度小；春節期間是銷售旺季，人員密度大。所以，商場人員密度作息的周期為一年，要考慮不同季節的影響。

而燈光作息隨季節的變化和人員密度變化很小，并且商場的內部空間很大，只靠自然采光是無法滿足室內要求的，所以燈光的作息在一天內的變化幾乎是不變的，其周期也是以一天為設計標準，不需考慮工作日和休息日的變化，如圖10。如圖6至圖9，作者把一年分為四組來設計人員密度作息:1)12月初－2月末；2)3月初－5月末；3)6月初－8月末；4)9月初－11月末。同時，對于五一、十一、春節等人員密度極大的節假日單獨設計作息，如圖5

圖5商場人員作息(五一、十一、春節等節假日)圖6商場人員作息(12月初－2月末

圖7商場人員作息(3月初－5月末)圖8商場人員作息(6月初－8月末)

圖9商場人員作息(9月初－11月末)圖10商場燈光作息

3全年負荷預測

3.1全年負荷預測方法

通過對各典型商業建筑的內擾的參數設計和全年作息時間的設計,作者利用建筑能耗模擬軟件DeST計算各典型商業建筑的全年逐時冷(熱)負荷，并由此得到建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線和單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線。

所謂建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線，是指每一時刻建筑冷(熱)負荷與全年最大冷(熱)負荷的比值組成的一條曲線。

所謂單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線，是指每一時刻單位體積的新風所產生的冷(熱)負荷變化曲線。

在負荷預測過程中，只需估計單位建筑面積的最大冷(熱)負荷，便可以通過建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線，獲得全年逐時單位建筑面積的冷(熱)負荷；同理，如果確定了該建筑的設計新風量，便可以通過單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線得到全年的新風負荷。從而為估計商業建筑的全年逐時負荷提供了一種簡單的估計方法。

3.2辦公類建筑全年負荷預測舉例

下面以辦公類建筑這一典型商業建筑為例說明。本次模擬的地點是北京,圖11是辦公樓的模型圖,這是一個以辦公室為主的建筑。

3.2.1辦公樓冬(夏)季典型日負荷變化無因次曲線

圖12是辦公樓冬季典型日負荷變化無因次曲線；圖13是辦公樓夏季典型日負荷變化無因次曲線。從圖中可以看到，冬季全天的建筑負荷最大值出現在剛開啟空調的時刻，即所謂的尖峰負荷，這是由于夜間建筑內溫度下降，冷量積蓄的緣故；夏季全天的建筑負荷最大值出現在下午，由于北京夜間比較涼爽，建筑內的蓄熱得以散出,因此在空調開啟時刻并沒有出現尖峰負荷。

3.2.2建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線

圖14是建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線，橫軸表示全年8760個小時。從圖中可以看到，熱負荷出現在11月中旬至第二年的3月中旬，并在1月初達到最大值；冷負荷全年都存在,并在7月中旬達到最大值。對比這兩條曲線，可以看到冬季辦公樓一天中同時存在冷熱負荷，這是由于外區受氣候影響需要供熱，而內區幾乎沒有圍護結構傳熱，只存在著內部發熱，所以需要供冷的原因。

3.2.3單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線

圖15是單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線。新風負荷與外界環境密切相關。從圖14我們可以確定在3月中旬至11月中旬建筑只有冷負荷，從圖15我們可以確定在4月下旬至9月下旬這段時間內,以新風冷負荷為主，所以，在3月中旬至4月下旬，九月下旬至11月中旬期間，可以利用通入新風直接除去建筑的熱負荷，避免了空調帶來的能源浪費。

3.2.4負荷預測

使用者只需估計單位建筑面積的最大負荷，便可以通過辦公類建筑負荷的無因次曲線，獲得全年逐時單位建筑面積的負荷，并可根據自己的需要得到全年累計，冬夏季累計等數值；同理，如果確定了該建筑的設計新風量，便可以通過單位體積新風冷熱負荷逐時變化曲線得到全年的新風負荷逐時變化量。

4結語

4.1在商業建筑中，室內熱擾(人員、燈光和設備)及其動態變化過程對負荷的影響很大。所以，合理地預測負荷應把重點放在室內熱擾的參數設定及其動態變化設計上。

4.2利用建筑能耗模擬軟件DeST可得到建筑全年冷(熱)負荷逐時變化無因次曲線和單位體積新風冷(熱)負荷逐時變化曲線，大大簡化了負荷的計算過程，為估計商業建筑的負荷估算提供了一種簡單可靠的方法。

4.3商業建筑的外形千變萬化，內部結構也千差萬別，但功能類型相同的商業建筑必然在負荷趨勢上有著共同點，本文的預測方法重點不在于單個建筑之間的差異性，而是著眼于作為某類商業建筑的共同特性,從而為空調蓄冷蓄熱系統設計、冷熱源系統選擇、BCHP系統設計和設備搭配以及城市能源規劃等提供設計參考和依據。

4.4最大冷熱負荷的預測方法不是本文的主要論述對象。

4.5由于氣象條件不同，其它城市的商業建筑也可利用這種方法得到一系列的不同商業建筑的負荷變化曲線，這必然會給設計者帶來極大的便利。

參考文獻：

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(2)上海節能建筑設計標準

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(4)鄭萬兵.醫院空調設計中幾個問題探討，制冷空調與電力機械，2002(3)

(5)鄭錦民.福建醫科大學附屬第一醫院門診空調設計，福建建設科技，2002(4)

(6)張繼薇，火鍋餐廳的產熱產濕量與空調負荷，暖通空調，2002(1)