成才林

（齐鲁工业大学山东省科学院，山东 济南250353）

本建筑物位于济南地区，建成于2004 年，层高3.75 米，平面布置主要是128 人教室。在中央空调设计的过程中，首先是计算空调负荷的大小，根据现行空调设计规范，利用冷负荷系数法进行逐时冷负荷计算，利用稳态传热法进行热负荷计算。本文就此展开确定空气源热泵机组方案的过程讨论。

1 设计计算参数及建筑物围护结构热工性能

1.1 室内设计参数

根据（GB50736-2012）《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》表3.0.2 室内空气设计参数的规定，教室温度冬季取tn=22℃，夏季取tn=26℃。

1.2 室外计算参数

冬季空气调节室外计算温度[1]：-7.7℃，夏季空气调节室外计算干球温度34.7℃。

1.3 围护结构热工计算

外墙设计做法：黏土空心砖做钢筋混凝土框架结构填充墙，墙厚δ=0.24m，其导热系数查热工设计规范[2]λ=0.44（W/m.K），则热阻R1=δ/λ 计算结果为0.24/0.44=0.545（m2.K/W）。砖墙内外共抹0.04m 厚。

水泥砂浆找平层，内外墙刷涂料，水泥砂浆导热系数λ=0.93（W/m.K），热阻R2=0.04/0.93=0.043（m2.K/W）。查热工设计规范[2]知内表面换热阻Ri=0.11（m2.K/W），外表面换热阻Re=0.05 （m2.K/W）， 则 墙 体 传 热 阻 R0=Ri+R1+R2+Re=0.11+0.545+0.043+0.05=0.748 （m2.K/W），Rmin，w=Ri（tn-tw）/ △tw-（Ri-Re）=0.11（22+7.7）/6-（0.11-0.05）=0.485（m2.K/W）＜0.748（m2.K/W），满足不结露条件（允许温差△tw，外墙取6℃）。外墙体传热系Kq=1/0.748=1.337（W/m2.K）。屋面传热系数计算结果为Kw=0.547（W/m2.K）；玻璃厚度6mm 铝合金窗的整窗传热系数查表Kc=6.5（W/m2.K）[2]。

表1 北外墙逐时冷负荷计算结果CLWq=KF（twlq-tn），tn=26℃（下同），KF=39.27（W/K）

表2 西外墙逐时冷负荷计算结果CLWq=KF（twlq-tn），KF=45.12（W/K）

表3 屋面逐时冷负荷计算结果CLWm=KF（twlm-tn），KF=73.85（W/K）

表4 外窗（北）传热逐时冷负荷计算结果CLWc=KF（twlc-tn），KF=180.2（W/K）

2 负荷计算方法

空调设计规范规定，施工图设计阶段应对空调区的夏季逐时冷负荷、冬季热负荷进行计算[1]。

2.1 夏季空调冷负荷的计算

为了说明问题，取楼顶西晒教室进行计算，房间（外墙）长15 米，宽9 米，层高3.75 米，位置西北角，北墙4 个铝合金窗宽3.3 米，高2.1 米，玻璃厚度6mm。查空调设计规范附表H.0.1-5，外墙类型近似按6 类；查表H.0.1-6，屋面近似按1 类。

2.1.1 计算内容主要包括：通过围护结构的传热、通过玻璃窗的太阳辐射得热、室内人员散热形成的冷负荷等（无新风负荷），各项逐时计算、逐项累加，按逐时分项累加的最大值确定。照明、设备等其它散热引起的冷负荷在此项目中占比很小忽略不计。

2.1.2 围护结构传热计算：围护结构包括外墙面、屋面、门窗等，采用简化计算方法时，通过外墙面传入的逐时冷负荷的计算公式是CLWq=K×F×（twlq-tn），式中CLWq表示外墙传热形成的逐时冷负荷，K 表示外墙的传热系数，F 表示外墙的传热面积，twlq表示外墙的逐时冷负荷计算温度，可从空调设计规范附录H表中查到。本项目中K=Kq=1.337（W/m2.K），北外墙面积Fq=15×3.75-3.2×2.1×4=29.37m2，西外墙面积Fq=9×3.75=33.75m2，屋面面积Fm=15×9=135m2，北墙铝合金窗面积F=3.3×2.1×4 个=27.72m2，玻璃净面积按窗面积的85%计算得Fc=27.72×0.85=23.56m2。空调开启时段7：30-21:00，因篇幅只展示11：00-20:00 的局部时间段的计算结果，如表1～4。

2.1.3 透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷，计算公式CLC=CclCCzDJmaxFc，其中Cz=CwCnCs=0.89×0.6×0.85[3]=0.45，DJmax=145（W/m2）[1]，Fc=23.56m2。结果如表5 所示。

2.1.4 人体散热形成的逐时冷负荷计算包括，人体显热冷负荷与人体潜热冷负荷[4]。φ=0.96[3]，人数n=128，Qrt显=67[5]，Qrt潜=41。其中人体潜热冷负荷CLrt=nQrt潜=5038W。（表6）

2.1.5 各项冷负荷汇总

由表7 可知，最大冷负荷值为17377W，出现在下午17:00点。

2.2 空调热负荷计算

本项目采暖负荷不涉及新风，采用稳态算法计算。通过计算整楼结果为1216.6KW。

表5 外窗（北）辐射逐时冷负荷计算结果

表6 人体（显热）散热逐时冷负荷计算结果CLrt=CclrtφnQrt 显

表7 各项逐时冷负荷汇总结果（W）

3 设计方案

3.1 冷热源方案确定

由于该建筑物处于夏热冬冷地区，满足夏季制冷冬季供热的热泵机组就成为首选，对于这种后加的中央空调系统，采用空气源热泵机组非常合适。它可以放置在楼顶，不占用空间，施工方便，对原有建筑的影响很小。根据制冷负荷、制热负荷的大小，在决定机组容量时以较大的负荷为依据，校核较小的一方负荷。

3.2 机组的选型

机组选型的主要参数包括热泵机组的制冷量、制热量、COP值等。经房间计算、楼层汇总，本建筑物总的空调夏季冷负荷为1760.5KW，冬季热负荷为1216.6KW。据此选用的某模块式机组的型号为YCAE130DRME50，其制冷量为138KW，则模块机组的数量，为1760.5/138 即12.8 台，取14 台。每台模块机组制热量为101KW（工况：室外环境干球温度-12℃），总的制热量为101×14=1414KW，融霜修正系数取0.9 进行修正。机组设计工况下的制热量为1272.6KW（1414×0.9）＞1216.6KW，故机组选型满足。本型机组COP=3.1，大于设计规范要求的2.0[1]。

4 结论

夏热冬冷地区，空气源热泵的全年能效比较好，尤其随着制造技术的不断提高，对环境温度的适应越来越宽广，超低温空气源热泵也不断面世，在节能环保的同时为人们创造了舒适的工作生活学习环境。