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冷负荷的计算

2.1地理资料

2.1.1地理位置

焦作市

2.1.2本工程气象条件（参考郑州市）

夏季室外计算干球温度：

twg=35.6℃

夏季室外计算湿球温度：

tws=27.4℃

夏季日平均干球温度：

tpg=30.8℃

夏季平均日较差：

tpc=9.2℃

夏季平均风速：

υpj＝2.6m/s

大气压力：

夏季Pd＝991.7hPa

夏季室外空气相对湿度：

＝76％

注解：

1.夏季室外计算干球温度和湿球温度是采用历年平均不保证50小时的干湿温度。

2.夏季室外计算日平均干球温度是采用历年平均不保证5天的日平均温度。

表2－1室内设计叁数

名称

相对湿度

风速υm/s

夏季

冬季

夏季

冬季

夏季

冬季

营业厅

≤60

≥40

≤0.25

≤0.15

办公室

≤65

≥30

≤0.3

2.2土建条件

2.2.1建筑概况

该综合楼为五层建筑，地面厚度150mm，采用中型围护结构。

2.2.2围护结构概况

1外墙体（由外向内）：

水泥砂浆抹灰20mm，陶粒混凝土板370mm,

白灰粉刷20mm。

由文献[2]表3-16得

表2-2墙体参数

保温层

导热热阻

传热系数

单位面积质量

热容量

类型

ρ=1950

0.50㎡•K/W

1.50W/㎡•K

734㎏/㎡

645kJ/㎡•K

Ⅱ

图2—1外墙结构示意图

2内墙：

内墙为120mm砖墙，内外粉刷。

楼板为80mm现浇钢筋混凝土，上铺木丝板，下贴反贴保温层。

3屋面结构类型（由外向内）：

砾石外表面5mm；卷材防水层；水泥砂浆找平层；保温层；隔热层；水泥砂浆找平层；现浇钢筋混凝土屋面板，厚度70mm；内粉刷。

保温层的选择：

水泥膨胀珍珠岩150mm，导热热阻1.86（㎡•K）/W，传热系数0.49W/（㎡•K），单位面积质量420㎏/㎡，热容量352kJ/（㎡•K），类型Ⅱ。

邻室和楼下房间均为空调房间，室温相同。

图2—2屋顶的结构示意图

1外窗：

双层玻璃，厚度为5mm；规格：

依据给定的建筑条件确定；挂深黄色密织布内窗帘，不考虑外遮阳，K=5.8W/（m2·K）。

2外门：

采用铝合金框玻璃转门，玻璃厚度为16mm，规格：

5400mm×2700mm，K=3.26W/m2·K。

2.3选取其他设计条件

1客房为白色荧光灯暗装，空调设备运行24小时，开灯时间8小时，功率20W/m2。

2办公室内为白色荧光灯明装，荧光灯罩无通风，空调设备运行24小时，开灯时间8小时，功率240W。

3水源条件：

城市自来水管网。

4电源：

220/380V。

2.4空调冷负荷的计算

空调冷负荷的计算方法很多，如谐波反应法,反应系数法,Z传递函系法数和冷负荷系数法等.本次设计采用冷负荷系数法的计算方法计算冷负荷。

空调房间的冷负荷及湿负荷的计算是确定制冷机的容量、空调系统的送风量和设备容量的基本依据。

空调房间的冷负荷包括建筑维护结构传入室内热量（太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量）形成的冷负荷，人体散热形成的冷负荷，灯光照明散热形成的冷负荷，以及其它设备散热形成的冷负荷。

2.4.1夏季建筑围护结构的冷负荷总述

由于室内外温差和太阳辐射热的作用，通过围护结构传入室内的热量形成的冷负荷和室内外气象参数（太阳辐射热，室内、室外温度），围护结构和房间的热工性能有关。

传入室内的热量（称得热量）并不一定立即成为室内冷负荷。

其中对流形式的得热量立即变成室内冷负荷，辐射部分的得热量经过室内围护结构的吸热－放热后，有时间的衰减和数量上的延迟。

所以一般需逐时计算。

本次设计采用的是冷负荷系数法来计算冷负荷，由文献[2]得具体公式：

LQ=LQ1+LQ2+LQ3（2－1）

式中LQ——建筑物的冷负荷，kW；

LQ1——经由围护结构由室外传入的热量形成的冷负荷，kW；

LQ2——室内人员、照明设备和工作设备散热形成的冷负荷，kW；

LQ3——向室内供应新风带入的热量所需的冷负荷，kW；

2.4.2围护结构的冷负荷

通过墙体、屋顶的得热量形成的冷负荷，LQ11,按下式计算：

W（2－2）

式中K——围护结构的传热系数，W/m2·K，可根据外墙和屋面的不同构造查表选取（见文献[1]表2－1）；

F——围护结构计算面积，m2；

tl——墙体、屋顶的冷负荷计算温度的逐时值，℃由文献[2]表3-18（墙体），文献[2]表3-19（屋顶）；

——外墙或屋面的地点修正值，文献[2]表3-20；

——外墙或屋面的防热修正系数，文献[2]表3-21；

——外墙或屋面的吸收修正系数，文献[2]表3-22。

根据结构和建筑热物性的不同，冷负荷系数法将外墙和屋面分别划为六种类型（Ⅰ-Ⅵ）给出了各种不同的材料、构造及厚度的303种外墙及324种屋面的归类及其有关的建筑物性参数。

另根据围护结构的类型选择（中型）,根据其热容量分析决定外墙和屋面的冷负荷温度的取值。

影响房间冷负荷的主要围护结构是内墙和楼板。

故房间依据内墙和楼板两种围护结构的放热衰减度进行分类，分为轻型、中型和重型三种。

具体分类见文献[4]表2－6。

房间类型和放热特性如下:

表2—3房间类型和放热特性

房间类型

内墙νf

楼板νf

轻型

1.2

1.4

中型

1.6

1.7

重型

2.0

注：

（1）νf:

围护结构的放热衰减度。

（2）地面按重型楼板考虑,如地面上铺地毯,则按轻型楼板考虑。

（3）如果楼板和内墙分别属于轻重两个类型，则认为该房间为中型。

玻璃窗舜变传热引起的冷负荷

窗户瞬变传导得热形成的冷负荷LQ12计算式可简化为：

W（2－3）

式中td——玻璃窗的地点修正系数；

k——玻璃窗的传热修正系数；

F——窗口面积；

K——窗户的传热系数，双层钢窗取3.19W/m2·K。

玻璃窗日射得热引起的冷负荷

玻璃窗日射得热引起的冷负荷基本公式

W（2－4）

式中

——玻璃窗面积；

——玻璃窗的有效面积系数；

——玻璃窗的遮挡系；

——玻璃窗遮阳设施的遮阳系数；

——日射得热因数的最大值kW/㎡；

——冷负荷系数。

2.4.3内部冷负荷

室内热源包括工艺设备散热、照明散热及人体散热等。

室内热源散出的热量包括显热和潜热两部分,显热散热中对流热成为瞬时冷负荷,而辐射热部分则先被围护结构等物体表面所吸收,然后再缓慢地逐渐散出,形成冷负荷。

潜热散热作为瞬时冷负荷。

灯光照明散热形成的冷负荷

照明得热属于稳定得热，一般得热量不随时间变化。

根据照明灯具的类型和安装方式的不同，照明设备散热形成的冷负荷可按下式计算：

白炽灯

W（2－5）

荧光灯

W（2－6）

式中N——照明灯具所需功率，W；

n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1＝1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1＝1.0；

n2——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热于顶棚内时，取n2＝0.5～0.6；而荧光灯罩无通风者，则视顶棚内通风情况，取n2＝0.6～0.8；

T——开灯时刻，h；

τ－T——开灯时刻到计算时刻得时间，h；

Xτ－T——τ－T时刻照明散热的冷负荷系数，见文献[1]表2－17。

人体散热形成的冷负荷

人体散热与性别，年龄，衣着，劳动强度及周围的环境条件等多种因素有关。

人体散发的潜热量和对流直接形成瞬时冷负荷，而辐射散发得热量将会形成滞后的冷负荷。

因此，应采用相应的冷负荷系数进行计算。

为了设计计算方便，计算以成年男子散热量为计算基础。

而对于不同功能的建筑物中的各类人员（成年男子，女子，儿童等）不同的组成进行修正，为此，引入群集系数n´，下表给出了一些建筑物中的群集系数，作为参考。

在人体散发的热量当中，潜热散热占40%，显热中的辐射散热占40%，显热中的对流散热占20%。

其中，对流散热成为了瞬时冷负荷，潜热散热也可以作为瞬时散热冷负荷考虑，而辐射散热则首先被室内维护结构和家具吸收，经过一段时间后，以对流的方式与室内空气换热，从而成为滞后的冷负荷。

因此，在设计时，显热散热和潜热散热要分别算。

表2－4群集系数n´

工作场所

n´

工作场所

n´

影剧院

0.89

图书阅览室

0.96

百货商店

0.89

工厂轻劳动

0.90

旅馆

0.93

银行

1.00

体育馆

0.92

工厂重劳动

1.00

1.人体显热散热形成的冷负荷计算公式：

（2－7）

式中：

——单个成年男子的人体显热散热量，kW；

——室内全部人数；

——室内人员的集中系数；

——人体显热散热形成的冷负荷系数。

2.人体潜热散热形成的冷负荷计算公式：

式中：

——单个成年男子潜热散热量；

——室内全部人数；

——室内人员的集中系数。

2.5空调房间内的散湿量计算

空调房间内的散湿量有人体散湿、敞开水面蒸发散湿等，可从工艺提供的资料进行计算。

1．人体散湿量

人体散湿量可按下式计算：

kg/h（2－8）

式中g——成年男子的小时散湿量，g/h，见文献[1]表2－15。

2．敞开水表面散湿量

敞开水表面散湿量可按下式计算：

kg/h（2－9）

式中ω——单位水面蒸发量，见文献[1]表2－24；

F——蒸发表面积，m2。

3．空调新风负荷的计算

新风冷负荷按下式计算：

W（2－10）

式中Gw——新风量，kg/s；

iw，iN——室外、室内空气焓，kJ/kg。

2.6围护结构内制冷系统总冷负荷

围护结构制冷系统总冷负荷应包括：

1．根据各房间不同使用时间、空调系统的不同类型和调节方式，按照各房间逐时冷负荷计算得到的综合最大值；

2．新风冷负荷；

3．风机、风管、水管、冷水管及水箱温升引起的附加冷负荷，可考虑乘以系数1.1～1.2。

2.7冷负荷计算举例

以二层的一间业务用房为例，说明计算过程

2.7.1已知条件

1房间平面尺寸见图纸所示，层高3m；

2北外墙：

结构参数如表2－2所示，

面积F＝3×3.3-2.1×1.8＝7.11m2；

3北外窗：

如前所述，K=3.15W/（m2·K），

面积F＝2.1×1.8＝3.78m2；

4东外墙：

参数如北外墙，面积F＝4.0×3.3＝13.2m2；

5内墙和楼板：

内墙为240mm砖墙，内外粉刷；楼板为80mm现浇钢筋混凝土，上为面层，下面反贴木丝板保温层。

左邻室和楼上、楼下均为空调房间，室温均相同；走廊也布置空调；

6室内温度tN=25℃，相对湿度φ＝60％，新风量40m3/（r·h）；

7室内照明538.2W；

8空调设计运行时间24小时；

9室内压力稍大于室外大气压力。

2.7.2冷负荷计算

由于室内压力稍高于室外大气压，故不需要考虑由于外气渗透所引起的冷负荷。

维护结构冷负荷

1.北外墙冷负荷

LQ11N,按下式计算：

W（2－11）

式中K——围护结构的传热系数，W/m2·K，可根据外墙和屋面的不同构造查表选取（见文献[1]表2－1）；

F——围护结构计算面积，m2；

tl——墙体、屋顶的冷负荷计算温度的逐时值，℃文献[2]表3-18（墙体）；

——外墙或屋面的地点修正值，文献[2]表3-20；

——外墙或屋面的放热修正系数，文献[2]表3-21；

——外墙或屋面的吸收修正系数，文献[2]表3-22；

是

——不同风速下维护结构的换热系数决定的。

而

是由室外平均风速决定的，根据长春的气象资料，夏季室外平均风速为3.5m/s查文献[2]表5-3得

=25.6，再根据文献[2]表3-21得

=0.95。

在参考书[2]中查出各参数，计算结果列于下表：

表2-5北外墙冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

31.60

31.40

31.30

31.20

31.30

31.60

31.80

32.10

32.40

32.90

-3.10

Kα

0.95

Kρ

1.00

（tl+td）KρKα

27.08

26.89

26.79

26.70

26.79

27.08

27.27

27.55

27.84

28.31

25.00

ΔT

5.305

5.495

6.35

6.825

7.68

8.06

8.345

8.535

8.725

1.48

7.11

LQ11D

2.东外墙冷负荷，计算公式及过程同北外墙，将计算结果列于下表：

表2-6东外墙冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

36.30

35.90

35.50

34.90

34.80

34.90

35.30

35.80

36.50

38.00

-3.10

Kα

0.95

Kρ

1.00

（tl+td）KρKα

31.54

31.16

30.78

30.21

30.12

30.21

30.59

31.07

31.73

33.16

25.00

ΔT

5.305

5.495

6.35

6.825

7.68

8.06

8.345

8.535

8.725

1.48

13.2

LQ11D

128

120

113

102

100

102

109

119

131

159

3.北外窗冷负荷

窗户瞬变传导得热形成的冷负荷LQ12计算式可简化为：

W（2－12）

式中td——玻璃窗的地点修正系数；

k——玻璃窗的传热修正系数；

F——窗口面积；

K——窗户的传热系数，双层钢窗取3.19W/m2·K。

上页

=25.6，查文献[2]表3-8得K=3.19W/m2·K本次设计是采用双层玻璃，金属边框，室内装有深色窗帘。

故，玻璃窗的传热修正系数k=1，在参考书[2]中查得各系数，将计算结果列于下表：

表2-7玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

29.9

30.8

31.5

32.2

31.6

30.8

29.9

29.1

27.8

-3

ΔT

1.9

2.8

3.5

4.2

3.6

2.8

1.9

1.1

-0.2

3.15

3.78

LQ12

-2

玻璃窗日射得热引起的冷负荷基本公式

（2－13）

式中

——玻璃窗面积；

——玻璃窗的有效面积系数；

——玻璃窗的遮挡系；

——玻璃窗遮阳设施的遮阳系数；

——日射得热因数的最大值kW/㎡；

——冷负荷系数；

在文献[2]中查得各系数，将计算结果列于下表

表2-8玻璃窗日射得热引起的冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

CCL

0.81

0.83

0.71

0.60

0.68

0.17

0.16

0.15

0.13

3.78

0.75

0.78

0.65

DJ,max

106

LQ13

212

217

185

157

178

维护结构内冷负荷

1.人体冷负荷。

人体显热散热形成的冷负荷计算公式：

（2－14）

式中

——单个成年男子的人体显热散热量，kW；

——室内全部人数；

——室内人员的集中系数；

——人体显热散热形成的冷负荷系数。

人体潜热散热形成的冷负荷计算公式：

（2－15）

式中

——单个成年男子潜热散热量；

——室内全部人数；

——室内人员的集中系数；

在参考文献[2]中查得各系数，将计算结果列于下表：

表2-9人体冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

0.93

CCL

0.91

LQ21

103

LQ22

136

2.室内热源散热形成的冷负荷。

照明得热计算。

照明得热属于稳定得热，一般得热量不随时间变化。

此房间为荧光灯明装，镇流器消耗功率系数n1取1.2，灯罩隔热系数n2取0.6，照明功率240W；灯光照明散热形成的冷负荷由公式：

（2－16）

式中

——照明工具所消耗的功率等于取定的单位照明负荷乘以照明面积；

——镇流器消耗的功率；

——灯罩隔热系数；

——照明散热冷负荷系数。

本次设计中单位面积照明负荷取40W/㎡。

各项系数查参文献[2]中查得各系数，将计算结果列于下表：

表2-10照明冷负荷

项目/时间

11:

12:

13:

15:

16:

18:

19:

20:

21:

23:

CCL

0.91

0.7

560

LQ23

356.72

2.7.3冷负荷计算汇总

由于室内压力高于大气压力，所以不需考虑由室外空气渗透所引起的冷负荷。

现将上述各分项计算结果列于表2－11中，并逐时相加，以便求得该房间单间内的冷负荷值。

由表2－11可知，此单间最大冷负荷出现在12:

00左右，其值为967W。

建筑总冷负荷汇总将附表一。

表2－11总冷负荷汇总表

分项

时刻

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