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

1、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2600 m2，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

2、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2.1 DEST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

3、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9990.595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32.1外门商场玻璃外门363294513-内墙24mm普通砖内墙31.176楼板钢筋混凝

4、土楼板2004-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

5、，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

6、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R1-98

7、715门厅是贵宾VIPR1-7672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

8、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

9、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

10、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R1-767

11、2贵宾VIPR2-7696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H10m，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

12、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； ts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

13、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4-8 m/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

14、； 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ts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

15、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

16、，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

17、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

18、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4.1 a） 采用均匀送风空调建筑全年逐时冷、热负荷图4.1 b） 采用分层空调建筑全年逐时冷、热负荷图4.1 c）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4.1 a）均匀送风负荷统计结果项目单位数值全年最大热负荷kW55.05全年最大冷负荷kW253.78全年最大加湿量kg/h92.22全年累计热负荷kWh10356.48全年累计冷负荷kWh348943.00全年累计加湿量kg43014.69表4.1 b）分层空调负荷统计结果项目单位数值全年最大热负荷k

19、W55.74全年最大冷负荷kW253.21全年最大加湿量kg/h92.22全年累计热负荷kWh10684.79全年累计冷负荷kWh345997.89全年累计加湿量kg42812.21表4.1 c）座椅送风负荷统计结果项目单位数值全年最大热负荷kW49.65全年最大冷负荷kW257.49全年最大加湿量kg/h81.05全年累计热负荷kWh8336.70全年累计冷负荷kWh363866.74全年累计加湿量kg48512.53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

20、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】GB 50189-2005，公共建筑节能设计标准S