庄伟晨 吕文隆

(浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300)



空调冷负荷计算软件对比分析

庄伟晨 吕文隆

(浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300)

介绍了鸿业计算软件和天正计算软件的计算模型和方法，并采用这两种软件，对某工程中单个房间和整栋建筑进行了负荷计算分析，结果表明，两者总冷负荷计算结果基本一致，但个别项冷负荷相差较大，参数选取依据不同和理论模型差异是影响其结果的主要原因。

空调系统，冷负荷，计算软件,计算模型

0 引言

随着社会经济发展和人民生活水平的逐渐提高，建筑空调特别是中央空调的使用日益普遍。通常情况下，空调能耗约占建筑物正常使用过程中总能耗的60%，占整个建筑能耗约30%。优化空调系统设计和使用对于降低我国社会能耗和完成“十三五”节能减排指标具有重要意义。孙德宇等[1]对传递函数法和谐波反应法进行了研究。孙春华等[2]研究了负荷峰值出现时间的规律。目前，文献[3]～[5]有空调负荷计算步骤，但关于负荷计算软件中参数选取以及软件之间的差异并无具体说明，给工程技术人员特别是刚参加工作的大学生和研究生在工程设计中带来一些困惑。

本文在对计算理论分析的基础上，结合工程实例，分析了不同软件计算结果的差异。

1 计算方法

1.1 冷负荷系数法

天正软件采用冷负荷系数法进行建筑负荷计算，冷负荷系数法是建立在传递函数法的基础上，是一种便于手算的工程简化计算法。传递函数法使用离散函数表现室外气象参数的变化，通过传递函数求解墙体的得热量。

(1)

其中，Qn为n时刻的传热量，W；tz,n-i为n-i时刻的室外空气综合温度，℃；tr为室内空气设计干球温度，℃；F均为计算墙体(包括屋面)的表面积，m2；bi，ci，di均为计算墙体的传递函数系数。

1.2 谐波反应法

鸿业软件采用谐波反应法计算建筑冷(热)负荷，假设室外气象参数周期作用于建筑物围护结构上，使用三角函数逼近室外气象条件，进而求得传入室内的得热量。谐波反应法使用房间温度衰减和延迟的概念计算空调冷负荷[7]。

(2)

其中，K为外墙(包括屋顶)传热系数，W/(m2·K)；θi为室外空气综合温度与室内设计温度的综合温度差，℃；αn为室内表面综合换热系数，W/(m2·K)；vi，εi分别为外墙内表面对于外部温度扰量幅值的衰减倍数和波形的时间延迟；ωi，φi分别为i阶扰量的角频率和初相角。

上述两种空调负荷计算方法均将传热过程视为非稳态过程，在原理上对得热量和冷负荷进行区分；将研究的传热过程视为常系数线性热力系统，系统特性不随时间变化[8],故可以应用叠加原理进行建筑负荷计算。但由于两种软件计算理论不同，参数亦不同，导致两者的计算结果有一定的差异。相比较而言，天正软件因方法简便易行、界面友好、操作简单，在工程上应用较为普遍。

2 工程应用

2.1 工程概况

工程为临安市某二层宾馆，建筑面积418 m2，空调面积为160.1 m2。其中，一层客房5间，层高3.85 m，窗高2 m；二层客房4间，层高3.85 m，窗高2 m；单层钢窗，无内外遮阳措施。

外墙做法由外至内分别为：3 mm厚高级真石漆，5 mm厚抗裂砂浆复合耐碱玻纤网，30厚无机轻集料保温砂浆，基层墙体，30厚无机轻集料保温砂浆。

屋顶做法由外至内分别为：40 mm厚C20细石混凝土，2 mm厚APF自粘卷材，20 mm厚1∶2.5水泥砂浆找平，30 mm厚挤塑聚苯板保温层，1.2 mm厚FJS防水涂料，轻骨料混凝土2%找坡，随捣随抹光，最薄处30 mm，原建筑屋面板。

2.2 计算参数

输入参数如表1所示。

表1 输入参数

由表1可以看出，天正软件和鸿业软件的输入参数并不完全统一，这是其计算模型不同的缘故。但两者都是经过暖通空调编制组规整的，其计算结果具有较好的一致性。

2.3 计算算例

本文分别选取单体房间和整栋建筑作为算例，分析各分项冷负荷和不同时刻冷负荷的变化情况。

单体房间算例取标准间，如图1所示。房间高度3.6 m，面积14.28 m2；北向外窗4.2 m2，单层钢窗，窗高2 m。工程建筑平面如图2所示。

3 结果分析

3.1 单体房间

由图2可知，天正软件和鸿业软件计算的建筑总冷负荷相对误差约1%。空调系统中新风冷负荷占比较大。房间冷负荷中围护结构的冷负荷比例较大，约为40%。在各项冷负荷计算中，除了空气渗透和外墙两项计算结果相差较大外，其他均相差不大。其原因是两种软件选取的换气次数不同的缘故。从图3可以看出，两种计算软件计算的外墙冷负荷相差较大，其原因是两者理论模型不同，以及围护结构修正系数不同使得围护结构蓄热性能不同，从而导致最大负荷的时刻不同。

3.2 整栋建筑

表2 冷负荷结果汇总

由表2可知，鸿业软件和天正软件计算整栋建筑的全热冷负荷相对误差约8.54%，新风冷负荷的相对误差约11.47%。全热冷负荷和新风冷负荷差异的原因是墙体的蓄热作用引起的温度衰减和延迟使得最大时刻不同而导致结果差异。

由图4可以看出，鸿业软件和天正软件计算的建筑物总冷负荷相差不大，最大相对误差为7.9%，这是由于尽管两者计算理论不同，但其都是经过暖通空调编制组规整的，故其计算结果具有较好的一致性[8]。图5表明，鸿业软件和天正软件计算的最大冷负荷时间分别为上午8:00和下午13:00。鸿业软件最大负荷出现在上午是因为作息时间表，8：00以后室内无人员，故冷负荷开始减少。而天正出现在下午的原因是室外最高温度是下午2：00左右，室外温度高使得房间得热量增大，从而房间冷负荷增大。

4 结语

通过上述分析，可以得出如下结论：

1)对于单个房间，房间的空调负荷基本一致，但是外墙和空气渗透的冷负荷两种软件计算结果相差较大。

2)对于整个建筑而言，鸿业和天正软件各时刻的计算冷负荷存在较大差异，但最大冷负荷在各自最大时刻时基本一致，其原因是理论模型的差异和围护结构的蓄热性能影响。

3) 在建筑冷负荷计算时，新风负荷占总冷负荷的比例较大，本项目新风负荷占建筑总冷负荷的31.9%。过大的新风量会导致设备选型偏大，从而增加成本。因此，合理的新风量至关重要。

[1] 孙德宇,徐 伟,邹 瑜，等.空调冷负荷计算方法及软件比对及改进研究[J].暖通空调,2012,42(7):54-60.

[2] 孙春华,金凤云.两种空调冷负荷计算方法工程实际应用及分析[J].河北工业大学学报,2011,40(2):67-71.

[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2008.

[4] 赵荣义.简明空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[5] 马最良.民用建筑空调设计[M].北京:化学工业出版社,2009.

[6] 单寄平.空调负荷实用计算方法[M].北京:中国建筑工业出版社,1989.

[7] 孙延勋.建筑物设计冷负荷计算方法(谐波反应法)编制说明材料系列[R].1982.

[8] GB 50736—2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

Comparative analysis of air conditioning cooling load calculation software

Zhuang Weichen Lv Wenlong

(SchoolofLandscapeArchitecture,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an311300,China)

The thesis introduces calculation models and calculation methods of Hongye calculation software and Tianzheng calculation software, calculates and analyzes the load of single room and the whole building by applying the above-mentioned calculation software. Results show that: the total cooling-load calculation results are in accordance, while respective cooling load is different. Different selecting basis and different theoretical model are the major causes influencing their results.

air-conditioning system, cooling load, calculation software, calculation model

1009-6825(2017)07-0112-03

2016-12-21

庄伟晨(1992- )，男，在读硕士； 吕文隆(1991- ),男，在读硕士

TU831.2

A