成都某会议厅三种空调系统形式负荷特性及对比分析解析.docx
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成都某会议厅三种空调系统形式负荷特性及对比分析解析
成都某会议厅三种空调系统形式负荷特性及
对比分析
【摘要】本文主要应用DEST软件，对成都某会议厅建筑全年冷、热负荷特性进行对比分析。
首先，通过DEST软件建立模型，尽可能的还原建筑本体。
其次通过对房间功能以及空调系统的设置，改变出风温度、送风量等参数，模拟均匀空调、分层空调、座椅送风三种空调形式的建筑负荷。
最后，对三种空调形式的建筑负荷特性进行对比分析。
【关键字】负荷特性分析；均匀空调；分层空调；座椅送风
1建筑概况
体育文化中心多功能会议厅，建筑面积为2600m2，共设坐席926个，其中固定坐席410个，主体建筑为框架两层，局部设地下一层，建筑总高度16.67m。
建筑耐火等级为二级，抗震设施等级为七级。
多功能会议厅屋面、外墙、门窗、地面、基础同比比赛馆。
建筑功能分布：
地上一层为会议大厅及附属用房，地上二层为观众厅和休息厅。
实体鸟瞰图如图1.1所示。
图1.1建筑实体鸟瞰图
2模型建立以及参数设置
在DEST软件中，用连续的直墙按照一定角度拼接，形成曲线。
每层房间按照相同功能合并的原则进行绘制。
软件中内置了很多房间功能，可依据实际情况在软件中进行相应选择,如有特殊功能房间自行设定。
经阴影计算后三维模型如图2.1所示。
图2.1DEST模型三维图
2.1建筑全局设定
（1）围护结构设定
建筑主要围护结构为玻璃幕墙，屋顶为坡屋顶。
曲线墙面统一用细小的直墙连接形成弧度。
玻璃幕墙上设置有水平百叶遮阳。
在DEST软件中，玻璃幕墙表现形式为在外墙上开窗墙比为0.95的外窗。
Dest中坡屋顶采用新建一层拉取斜墙，详细见2.4节。
建筑围护结构主要依据图纸构建，图纸未出现的围护结构，依照《GB50189-2005公共建筑节能设计标准》选取。
建筑围护结构材料如表2.1所示：
表2.1建筑围护结构全局设定
围护结构名称
围护结构材料
构建号
传热系数W/（M2.K）
屋顶
普通保温屋顶
999
0.595
楼地
自设楼地
999（自设）
2.73
外窗（玻璃幕墙）
镀LOW-E膜中空玻璃低透型
3
2.1
外门
商场玻璃外门
363294513
----
内墙
24mm普通砖内墙
3
1.176
楼板
钢筋混凝土楼板200
4
----
玻璃幕墙是建筑主要围护结构，需要特别关注。
所做地区成都为夏热冬冷地区，依据《GB50189-2005公共建筑节能设计标准》，玻璃幕墙遮阳系数SC不得大于0.4，因此设置玻璃幕墙遮阳系数SC=0.4。
依据图纸，对有外遮阳部分的玻璃幕墙设置水平百叶遮阳。
如图2.2所示：
图2.2玻璃幕墙遮阳系数SC及遮阳设定
（2）地点及方位设置
依据原图纸指北针，将DEST内指北针设置为南向60°，设置模拟地点为成都。
设置方式如图2.3所示。
图2.3指北针及地区设定
2.2地下一层模型建立及通风设置
（1）地下一层模型
地下一层主要为仓库、设备用房、空调机房以及楼梯间。
其中，仓库、空调机房、楼梯间为非空调房间，设备用房为空调房间。
将仓库与空调机房合并、设备房间合并。
平面图、三维框图分别如图2.4、图2.5所示。
图2.4地下一层平面图
图2.5地下一层三维框图
（2）房间功能设置
各房间功能以及编号如下表2.2所示：
表2.2地下一层房间功能设定
实际房间功能
模型房间编号
模型房间功能
是否为空调房间
仓库、空调用房、配电间
R-1-7663
设备用房
否
管理室、过道
R-1-7657
设备用房
是
楼梯间
R-1-7660、R-1-7666
楼梯间
否
以上模型房间功能按照DEST默认配置。
（3）通风设置
负一层楼梯间与一层楼梯间连通，设置跨层双向通风。
其余房间按照开门设置双向通风。
通风设置如图2.4所示。
2.3一层模型建立及通风设置
（1）一层模型
一层主要房间功能为休息厅、设备间、观众席、卫生间、开水间、库房、贵宾厅、化妆间、走廊以及大厅。
其中走廊、卫生间、开水间、库房为非空调房间，因此将相邻的房间进行合并。
大厅与贵宾室房间功能差距较大，因此分开绘制。
平面图、三维框图分别如图2.6、图2.7所示。
图2.6一层平面图
图2.7一层三维框图
（2）房间功能设置
房间功能设置如下所示，其中一层会议大厅与二层通透，因此自行设置。
表2.3一层房间功能设定
实际房间功能
模型房间编号
模型房间功能
是否为空调房间
开水间、男女卫生间
R1-7685
走廊
否
观众休息厅
R1-7669
休息厅
是
楼梯间
R1-7675、R1-7678
楼梯间
否
门厅
R1-98715
门厅
是
贵宾VIP
R1-7672
休息厅
是
化妆间
R1-98712
休息厅
是
会议大厅
R1-104260
会议厅下层（自设）
是
自行设置的会议大厅参数如下。
对于一层会议大厅，设置每平米最大人数1人，最小人数0.5人。
灯光热扰放置在第二层设置，因此一层设置为全0。
不考虑设备散热，设备热扰设置为全0。
设置方式如图2.8所示。
图2.8会议大厅（自设）参数设定
（3）通风设置
一般情况下，空调房间均需维持正压，因此在开门处设置由内向外的通风。
其余房间按照内门设置双向通风。
观众席、楼梯间与二层连通，因此设置跨层双向通风。
通风关系图亦如图2.6所示。
2.3二层模型建立及通风设置
（1）二层模型
二层房间功能为观众席、观众休息厅，中间区域为会议大厅上空。
将观众席会议大厅上空之间设置为虚拟围护结构。
平面图、三维框图分别如图2.9、图2.10所示。
图2.9二层平面图
图2.10二层三维框图
（2）房间功能设置
表2.4二层房间功能设置
实际房间功能
模型房间编号
模型房间功能
是否为空调房间
观众休息区
R2-7693
休息区
否
观众席
R2-7696
体育场观众区
是
会议厅上空
R2-7699
会议厅上空（自设）
依据空调系统形式
会议厅上空是否为空调房间，需要依据空调系统形式确定，如果为均匀送风，则是空调房间，如果分层送风则不是空调房间。
自行设置的会议厅上空功能如下。
会议厅上空没有人员负荷，只有灯光负荷，因此设置灯光每平米11W，其余设置全0。
图2.11会议厅上空（自设）参数设定
（3）通风设置
会议厅上层与一层会议厅下层设置跨层双向通风，与休息厅设置双向通风，与第三层（屋顶）设置跨层双向通风。
二层通风设置亦如图2.9所示。
2.4（第三层）屋顶模型建立及通风设置
为了更好的还原建筑，应用DEST内部的斜墙命令建立第三层模拟建筑最上层玻璃幕墙。
按照原建筑的去顶倾斜率，拉伸斜墙，得到与原建筑屋顶处玻璃幕墙相仿的围护结构。
平面图、三维框图分别如图2.12、图2.13所示。
图2.12屋顶平面图
图2.13屋顶三维框图
三层（坡屋顶）与二层之间是全连通的，因此设置双向跨层通风。
3空调系统设置
本次模拟供设置三种工况，分别是均匀空调、分层空调与座椅送风。
以下分别对空调系统全局设定与三种送风方式进行讨论。
3.1空调系统全局设定
会议厅内，休息厅、设备间、化妆间等属于狭小空间，且使用时间与功能与如观众席等高大空间有很大的差别。
狭小房间对空调系统要求较为灵活，人员数较少。
本会议室采取两种空调系统，将高大空间与狭小房间分离。
高大空间应用全空气系统或者个性化送风，狭小空间使用风机盘管加新风系统。
具体划分细节如下：
表3.1空调系统全局设定
全空气或个性化送风房间
风机盘管加新风房间
房间编号
房间功能
房间编号
房间功能
R1-7669
观众休息厅
R-1-7657
管理室、过道
R1-104260
会议大厅
R1-98715
门厅
R2-7693
观众休息区
R1-7672
贵宾VIP
R2-7696
观众席
R1-98712
化妆间
R2-7699
会议大厅上空
添加的空调系统以及冷热源均放置在负一层空调设备间。
冷热源采用常规一次泵系统，制冷机组离心式电制冷机，依据负荷自动选取机组台数。
水泵、冷却塔与制冷剂一机对一塔、一机对一泵。
3.2均匀空调系统
均匀送风是最常见的送风方式。
其气流组织多为上送风。
对于高大空间，均匀送风不考虑人员活动区域与上层非人员活动区域的差别。
对于均匀送风工况，在DEST中一层会议厅上空设置为空调房间。
3.3分层空调系统
分层空调适用于高大建筑H>10m，建筑物体积>1万m3，空调区高度与建筑高度小与1/2时，这种空调方式才经济合理。
分层空调是指仅对高大空间的下部区域进行空气调节，保持一定的温湿度，而对上部区域不要求空气调节的方式，原理图如下图3.1所示。
在本建筑中，会议厅上层可以不做要求，因此依据分层高度，设定会议厅上空为非空调区。
二层观众席同理。
图3.1分层空调原理图
（1）空调区风量计算
如下为一层会议厅空调区域送风换气次数计算流程。
式中Qx——计算房间负荷，Kw；
Δts——送风温差，℃。
其中Qx依据Dest复合模拟结果为32.75kw，则计算出风量Ls为16212m3/h。
依据风量与空调体积2928m3，计算出换气次数为6次。
二层观众席换气次数计算同上，计算出换气次数为8次。
（2）分层高度合理性验证
设计分层空调时，以送风口为中心做分层面，将整个高大建筑物在垂直方向分为两个区域，分层面
以下的空间为空调区，以上为非空调区，理论上分界面越低越节能，计算公式为
h1=h+y+ha
式中h——工作区高度，m；
Y——射流垂直落差，m；
ha——安全值，一般舒适性空调不考虑。
假设空调系统送风口形式为喷口，对于参数h，针对舒适型空调，一层会议厅工作区高度为2.0m；对于参数y，假设喷口位置（分层高度）位于5.4m的高度，则计算出射流垂直落差y=3.4m，因喷口推荐风速为4-8m/s，下对喷口进行校核，以确定分层高度的合理性。
设定气流组织形式为上侧对喷，下回风，喷口倾斜角度为0。
设喷口直径d=0.26，射流射程x=13m，则依据阿基米德数计算公式
式中Ar——阿基米德数；
y——垂直落差，m；
x——射流射程，m；
计算得到阿基米德数为Ar=0.00227
喷口风速为
式中
Δts——送风温差，本文取6℃
计算得到喷口风速为Vs=4.7m/s符合要求。
因此设定会议厅分界面高度为5.4m，即为层高。
二层观众席为梯形台阶，因此设置工作区标高为8m，分界面位于9m。
风速校核步骤同上，不在陈述。
（3）软件参数设置
依据以上检验校核结果，将一层在标高h=5.4m处分层，将二层在标高h=12.5m处分层，设置空调送风温度为20℃，即送风温差为6度。
分层情况如下图3.2所示。
图3.2分层面设置示意图
分层创建完毕以后，在相应的位置增添双向跨层通风。
（依据软件用户说明，对于通透的上下层，统一通过添加跨层双向通风处理。
）
一层会议厅在标高5.4米以上均设置为非空调房间，二层观众席在标高9m以上设置为非空调房间，如下图3.3所示。
图3.3分层面以上非空调区域设置示意图
依据上节计算结果，设定一层会议区空调区域最大换气次数为6次，二层观众席空调区域最大换气次数为8次。
换气次数设置如下图3.4所示。
图3.4换次次数设置图
设定全空气系统送风最低温度为20℃，如下图3.5所示
图3.5分层空调送分温度设定图
3.4座椅送风空调系统
座椅送风空调形式较为特殊，需单独建立模型。
座椅送风属于个性化送风的一种，对送风温度以及速度有一定的要求。
座椅送风的气流组织形式与置换通风类似，可以按照置换送风进行设置，对于会议区，在分界面1.2米处一下设置空调区域，1.2米以上不设置空调区域，1.2米分界处设置跨层双向通风。
对于二层观众席，在10.1m设置分界面。
同理10.1m处设置跨层双向通风。
如下3.6图所示：
图3.6座椅送风分界面层平面图
个性化送风对送风温差有一定的要求，根据规范，取3℃送风温差，设置送风温度为23℃。
如图3.7所示：
图3.7座椅送风温度设定
个性化送风与置换送风类似，属于小温差，大风量，低流速送风。
因空调系统没有详细设计，下送风量进行估算。
房间面积542平方米，按照体育场馆每平米0.5个座椅计算，共271人。
大厅内部显热负荷为15031W，根据显热平衡，风量计算方法如式3-1所示：
Vs
计算结果为15934m3/h。
因此设置换气次数最小6次、最大10次。
4结果分析
4.1建筑负荷特性分析
不同的空调系统形式对负荷有一定影响，但是总的建筑负荷差别不会很大,。
对于均匀送风，屋顶附近的温度均匀在26℃，从屋顶到室内传热温差较大，对应屋顶围护结构负荷较大；对于分层送风，会议大厅上层属于非空调房间，温度有明显分层，越靠近顶部，温度越高，因此传热温差较小，但是与周围房间的对流换热量会增大；对于个性化送风，DEST中不能很好的表现出送风形式，仅人为的对类置换送风分界面进行划分，改变送风温度，改变送风量。
个性化送风注重人员工作活动区域，在活动区域上层会有较高的温度以及污染物浓度，但是空调承担负荷会大幅减少，上部分层部分的三种工况的负荷曲线图如图4.1a）、4.1b）、4.1c）所示：
图4.1a）采用均匀送风空调建筑全年逐时冷、热负荷
图4.1b）采用分层空调建筑全年逐时冷、热负荷
图4.1c）采用座椅送风空调建筑全年逐时冷、热负荷
统计结果如表4.1a）、4.1b）、4.1c）所示：
表4.1a）均匀送风负荷统计结果
项目
单位
数值
全年最大热负荷
kW
55.05
全年最大冷负荷
kW
253.78
全年最大加湿量
kg/h
92.22
全年累计热负荷
kW·h
10356.48
全年累计冷负荷
kW·h
348943.00
全年累计加湿量
kg
43014.69
表4.1b）分层空调负荷统计结果
项目
单位
数值
全年最大热负荷
kW
55.74
全年最大冷负荷
kW
253.21
全年最大加湿量
kg/h
92.22
全年累计热负荷
kW·h
10684.79
全年累计冷负荷
kW·h
345997.89
全年累计加湿量
kg
42812.21
表4.1c）座椅送风负荷统计结果
项目
单位
数值
全年最大热负荷
kW
49.65
全年最大冷负荷
kW
257.49
全年最大加湿量
kg/h
81.05
全年累计热负荷
kW·h
8336.70
全年累计冷负荷
kW·h
363866.74
全年累计加湿量
kg
48512.53
根据负荷计算结果，三者物理模型相同，但是空调形式的不同影响了建筑冷、热负荷。
总的来说，建筑冷热负荷相差不大。
5总结
本文通过DEST软件，分别建立三种模型，对均匀送风空调，分层空调，个性化送风空调三种系统进行了能耗模拟。
首先建立相关模型，尽可能还原建筑本体；其次进行建筑能负荷拟，对比三种方式的建筑负荷；最后计算空调系统风网、水网等，得到三种方式的空调系统能耗。
结果显示，在建筑负荷方面，三种空调形式略有区别但相差不大；在空调系统能耗方面，个性化送风的空调系统能耗最低，其次是分层送风，均匀送风能耗最高。
本次模拟也有不足。
首先，由于软件限制，坡屋顶只能用新建层斜墙代替。
其次，软件无法布置风口，无法设置气流组织形式，仅仅通过变换房间的送风参数等不足以完全还原相应空调系统形式。
参考文献:
【1】陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：
中国建筑工业出版社，2007
【2】GB50189-2005，公共建筑节能设计标准[S]
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