典型商業(yè)建筑預(yù)測管理論文

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摘要：商業(yè)建筑全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷的合理預(yù)測,能夠給空調(diào)蓄冷蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷熱源系統(tǒng)選擇、BCHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備搭配以及城市能源規(guī)劃提供有力的幫助。本文首先對典型商業(yè)建筑內(nèi)擾的參數(shù)及全年作息時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，接著利用建筑能耗模擬軟件DeST計(jì)算各典型商業(yè)建筑的全年逐時(shí)冷熱負(fù)荷，由此得到建筑全年冷熱負(fù)荷逐時(shí)變化無因次曲線和單位體積新風(fēng)冷熱負(fù)荷逐時(shí)變化曲線。最后對各典型功能建筑的負(fù)荷組成、負(fù)荷的日變化和年變化特性作了分析和比較，為估計(jì)商業(yè)建筑的負(fù)荷估算提供了一種簡單可靠的方法。

關(guān)鍵詞：商業(yè)建筑負(fù)荷預(yù)測DeST

0引言

隨著空調(diào)系統(tǒng)在商業(yè)建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何做到合理預(yù)測全年負(fù)荷是商業(yè)建筑空調(diào)設(shè)計(jì)非常重視的一個(gè)問題。目前，商業(yè)建筑設(shè)計(jì)多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行冷、熱負(fù)荷估算,這種方法只提供冷熱負(fù)荷的最大值，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足空調(diào)蓄冷蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷熱源系統(tǒng)選擇、BCHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備搭配以及城市能源規(guī)劃對負(fù)荷全年動(dòng)態(tài)變化的要求。因此,我們有必要用一種新的方法對商業(yè)建筑的全年負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。

1商業(yè)建筑空調(diào)負(fù)荷特征

商業(yè)建筑空調(diào)負(fù)荷主要由下面幾個(gè)因素組成：1)室內(nèi)熱擾,包括人員、燈光和設(shè)備2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱3)新風(fēng)負(fù)荷。在這幾個(gè)因素中,室內(nèi)熱擾及其動(dòng)態(tài)變化過程對負(fù)荷的影響很大。同時(shí)，由于在變風(fēng)量系統(tǒng)中，新風(fēng)隨人員密度的變化而變化，因此新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)熱擾的變化過程密切相關(guān)。所以,合理地預(yù)測負(fù)荷應(yīng)把重點(diǎn)放在室內(nèi)熱擾的參數(shù)設(shè)定及其動(dòng)態(tài)變化設(shè)計(jì)上。

2典型商業(yè)建筑內(nèi)擾的參數(shù)設(shè)計(jì)和全年作息時(shí)間的設(shè)計(jì)

2.1商業(yè)建筑的分類

商業(yè)建筑種類繁多，功能各異。本文依據(jù)不同的使用性質(zhì)，選擇了典型的幾種商業(yè)建筑進(jìn)行了建筑內(nèi)擾和全年作息的設(shè)計(jì)，如下：1)客房：分為五星級(jí)客房、四星級(jí)客房、三星級(jí)客房以及三星級(jí)以下客房；2)辦公室：分為高級(jí)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(huì)議室；11)展覽館；12)影劇院；13)游泳池；14)教室；15)醫(yī)院:包括病房、手術(shù)室、候診室、門診辦公室、嬰兒室和藥品儲(chǔ)存室；16)走廊；17)檔案庫房；18)衛(wèi)生間；19)電腦機(jī)房；20)棋牌室。

2.2室內(nèi)參數(shù)設(shè)計(jì)

商業(yè)建筑的空調(diào)屬于舒適性空調(diào),即從人體的舒適感出發(fā)確定室內(nèi)溫度、濕度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

室內(nèi)參數(shù)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(nèi)擾的參數(shù)設(shè)計(jì)

內(nèi)擾參數(shù)主要包括：1)人員熱擾2)燈光熱擾3)設(shè)備熱擾

各參數(shù)的具體指標(biāo)如下：

1)人員熱擾：最大人員密度(人)，人均發(fā)熱量(W)，人均產(chǎn)濕量(kg/hr)，新風(fēng)量(﹒人)；

2)燈光熱擾：最大功率()；

3)設(shè)備熱擾：最大功率()；

2.4全年作息的設(shè)計(jì)

所謂全年作息是指室內(nèi)熱擾參數(shù)全年每一時(shí)刻的數(shù)量大小與設(shè)定的最大值的比值。由于在商業(yè)建筑中，作息基本是以一周為周期的，所以本文的設(shè)計(jì)也是以一周為基礎(chǔ)，分開考慮工作日與休息日；同時(shí)，對于一些季節(jié)性變化比較強(qiáng)的商業(yè)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(shè)計(jì)參數(shù)主要包括：

1)人員密度的作息：是指某時(shí)刻的人員密度和設(shè)定最大人員密度的比值；

2)燈光的作息：是指某時(shí)刻的燈光功率和設(shè)定最大燈光功率的比值；

3)設(shè)備的作息：是指某時(shí)刻的設(shè)備功率和設(shè)定最大設(shè)備功率的比值；

2.5設(shè)計(jì)舉例

由于篇幅原因，只選取幾個(gè)典型的商業(yè)建筑舉例說明設(shè)計(jì)過程。

2.5.1辦公室

辦公室是組成寫字樓等商業(yè)建筑的基本元素，可分為高級(jí)辦公室(如經(jīng)理辦公室)和一般辦公室，在參數(shù)設(shè)計(jì)中要求也不同。

1)室內(nèi)條件參數(shù)設(shè)定

房間使用性質(zhì)

夏季

冬季

干球溫度

相對濕度

干球溫度

相對濕度

℃

%

℃

%

高級(jí)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(nèi)擾的參數(shù)設(shè)計(jì)

房間使用性質(zhì)

新風(fēng)量

(.人)

人員熱擾

燈光熱擾

設(shè)備熱擾

最多人數(shù)

(人)

人均發(fā)熱量()

人均產(chǎn)濕量()

最大功率()

最大功率()

高級(jí)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(shè)計(jì)

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(qū)別,而無季節(jié)性的變化。由于辦公室中的設(shè)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(shè)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(qiáng)度變化有密切的關(guān)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(shè)備和燈光的作息不為0。

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圖1辦公室人員/設(shè)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(shè)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(yè)建筑。在商場空調(diào)負(fù)荷中,人體冷負(fù)荷占有主導(dǎo)地位。人員密度取值的少許增減都會(huì)對空調(diào)能耗和投資有明顯影響。

1)室內(nèi)條件參數(shù)設(shè)定

房間使用性質(zhì)

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(nèi)擾的參數(shù)設(shè)計(jì)

房間使用性質(zhì)

新風(fēng)量

(.人)

人員熱擾

燈光熱擾

設(shè)備熱擾

最多人數(shù)

(人)

人均發(fā)熱量()

人均產(chǎn)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(shè)計(jì)

商場的室內(nèi)熱擾作息隨季節(jié)的變化很大。一般來說,夏季是銷售淡季，人員密度小；春節(jié)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(jié)的影響。

而燈光作息隨季節(jié)的變化和人員密度變化很小，并且商場的內(nèi)部空間很大，只靠自然采光是無法滿足室內(nèi)要求的，所以燈光的作息在一天內(nèi)的變化幾乎是不變的，其周期也是以一天為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計(jì)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(shí)，對于五一、十一、春節(jié)等人員密度極大的節(jié)假日單獨(dú)設(shè)計(jì)作息，如圖5

圖5商場人員作息(五一、十一、春節(jié)等節(jié)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(fù)荷預(yù)測

3.1全年負(fù)荷預(yù)測方法

通過對各典型商業(yè)建筑的內(nèi)擾的參數(shù)設(shè)計(jì)和全年作息時(shí)間的設(shè)計(jì),作者利用建筑能耗模擬軟件DeST計(jì)算各典型商業(yè)建筑的全年逐時(shí)冷(熱)負(fù)荷，并由此得到建筑全年冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化無因次曲線和單位體積新風(fēng)冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化曲線。

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

所謂單位體積新風(fēng)冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化曲線，是指每一時(shí)刻單位體積的新風(fēng)所產(chǎn)生的冷(熱)負(fù)荷變化曲線。

在負(fù)荷預(yù)測過程中，只需估計(jì)單位建筑面積的最大冷(熱)負(fù)荷，便可以通過建筑全年冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化無因次曲線，獲得全年逐時(shí)單位建筑面積的冷(熱)負(fù)荷；同理，如果確定了該建筑的設(shè)計(jì)新風(fēng)量，便可以通過單位體積新風(fēng)冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化曲線得到全年的新風(fēng)負(fù)荷。從而為估計(jì)商業(yè)建筑的全年逐時(shí)負(fù)荷提供了一種簡單的估計(jì)方法。

3.2辦公類建筑全年負(fù)荷預(yù)測舉例

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

3.2.1辦公樓冬(夏)季典型日負(fù)荷變化無因次曲線

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

3.2.2建筑全年冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化無因次曲線

圖14是建筑全年冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化無因次曲線，橫軸表示全年8760個(gè)小時(shí)。從圖中可以看到，熱負(fù)荷出現(xiàn)在11月中旬至第二年的3月中旬，并在1月初達(dá)到最大值；冷負(fù)荷全年都存在,并在7月中旬達(dá)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(shí)存在冷熱負(fù)荷，這是由于外區(qū)受氣候影響需要供熱，而內(nèi)區(qū)幾乎沒有圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，只存在著內(nèi)部發(fā)熱，所以需要供冷的原因。

3.2.3單位體積新風(fēng)冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化曲線

圖15是單位體積新風(fēng)冷(熱)負(fù)荷逐時(shí)變化曲線。新風(fēng)負(fù)荷與外界環(huán)境密切相關(guān)。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(fù)荷，從圖15我們可以確定在4月下旬至9月下旬這段時(shí)間內(nèi),以新風(fēng)冷負(fù)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(fēng)直接除去建筑的熱負(fù)荷，避免了空調(diào)帶來的能源浪費(fèi)。

3.2.4負(fù)荷預(yù)測

使用者只需估計(jì)單位建筑面積的最大負(fù)荷，便可以通過辦公類建筑負(fù)荷的無因次曲線，獲得全年逐時(shí)單位建筑面積的負(fù)荷，并可根據(jù)自己的需要得到全年累計(jì)，冬夏季累計(jì)等數(shù)值；同理，如果確定了該建筑的設(shè)計(jì)新風(fēng)量，便可以通過單位體積新風(fēng)冷熱負(fù)荷逐時(shí)變化曲線得到全年的新風(fēng)負(fù)荷逐時(shí)變化量。

4結(jié)語

4.1在商業(yè)建筑中，室內(nèi)熱擾(人員、燈光和設(shè)備)及其動(dòng)態(tài)變化過程對負(fù)荷的影響很大。所以，合理地預(yù)測負(fù)荷應(yīng)把重點(diǎn)放在室內(nèi)熱擾的參數(shù)設(shè)定及其動(dòng)態(tài)變化設(shè)計(jì)上。

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

4.3商業(yè)建筑的外形千變?nèi)f化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也千差萬別，但功能類型相同的商業(yè)建筑必然在負(fù)荷趨勢上有著共同點(diǎn)，本文的預(yù)測方法重點(diǎn)不在于單個(gè)建筑之間的差異性，而是著眼于作為某類商業(yè)建筑的共同特性,從而為空調(diào)蓄冷蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷熱源系統(tǒng)選擇、BCHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備搭配以及城市能源規(guī)劃等提供設(shè)計(jì)參考和依據(jù)。

4.4最大冷熱負(fù)荷的預(yù)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(yè)建筑也可利用這種方法得到一系列的不同商業(yè)建筑的負(fù)荷變化曲線，這必然會(huì)給設(shè)計(jì)者帶來極大的便利。

參考文獻(xiàn)：

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