高层办公建筑空调设计冷负荷与全年耗冷量模拟分析

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摘要：以不同的气候条件、不同的新风方式、分内外区与否为三类基本不同条件，用正交表安排剩余因素并用DOE-2软件进行模拟计算，得出高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量的统计估算指标：哈尔滨、北京、上海三城市的设计冷负荷统计估算值分别为138.3W/m2, 143.9W/m2, 161.4W/m2；焓控新风方式下全年耗冷量统计估算值分别为79.5kWh/(m2•a)，114.5kWh/(m2•a)，134.0kWh/(m2•a)。分内外区设置空调系统及采用焓控新风方式最为节能。

关键词：高层办公建筑 设计冷负荷 全年耗冷量 模拟分析 新风方式 内外区

0 引言 现代高层办公楼在某些方面有许多不同于传统建筑的特点：窗面积与外墙面积的比值高；使用新型的墙体材料与玻璃；内部照明、设备的散热量大；一般有周边区与内区之分等。这些都影响着空调负荷的大小和特性。

高层办公建筑最常见的平面布局为中央型核心式布局[1]（核心式是指把楼梯间、电梯间及前室、卫生间、开水间等这些交通枢纽和必要的公共服务房间集中到一起；中央型是指核心部位位于标准层的中部），本文运用建筑能耗分析软件DOE-2[2]对哈尔滨、北京、上海（可代表三个建筑热工分区）三城市的此类高层办公建筑空调系统设计冷负荷与全年耗冷量进行模拟与分析。考虑到高层建筑的主体是标准层，本文近似建筑的各层功能与办公标准层相同。

1 模拟方案设计 1.1 基本条件

城市不同（代表不同的建筑热工分区）、过渡季新风方式不同（对过渡季负荷产生重大影响），设计冷负荷与全年耗冷量的计算结果就会不同。故将以不同的城市、不同的过渡季新风方式为两类基本不同条件。

为简化起见，只研究标准层形状为方形的情形，标准层方位取正S-N或正E-W。当标准层面积较大时，把标准层分为四周型外区与内区，内外区分用两套空调系统；当标准层面积较小时不分内外区、只用一套空调系统。是否分区也作为一类基本不同条件提出来。

1.2 正交表安排与水平取值

由于正交试验方法[3]具有优选安排模拟、减少模拟次数、简化分析过程、提高分析可靠性等优点，本文将用其来安排模拟试验。

在正交试验中欲考察的因素称为因子；每个因子在考察范围内分成若干个等级，将等级称为水平，在正交表中用“1”、“2”等数字表示。

剩下与负荷（直接地是与逐时负荷）有关的因素共11个：墙类型、窗类型、室温、人员密度、灯光散热、设备散热、新风指标、层高、窗墙比、标准层面积、进深（分内外区时）。

本文取各因子等水平数2。因为不作方差分析，故不考虑交互作用，各单因子安排可随机。正交试验安排及水平取值见表1、表2。

表1 正交模拟安排L12(211)

试验号5 上海分内外区/不分内外区空调系统模拟结果

试 验 号，设计冷负荷小于不分内外区时的；

（b）定新风方式下全年耗冷量比全新风方式（焓控、温控）时大很多；焓控新风方式最为节能；

（c）分内外区的空调系统在过渡季大量使用新风较不分内外区系统更能减少耗冷量与供冷时数；

（d）与采用定新风相比，采用焓控新风与温控新风时，在哈尔滨、北京、上海三城市中，哈尔滨空调系统全年耗冷量、供冷时数减小得最多，而上海则最少。

参考文献： [1] 翁如璧.现代办公楼设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.53~56

[2] Lawrence Berkeley Laboratory, University of California Berkeley. DOE-2 BASICS[M]. May 1994

[3] 关颖男,施大德.试验设计方法入门[M].北京:冶金工业出版社,1985

[4] 管厚林,赵加宁.高层办公建筑空调冷负荷率分布影响因素研究[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(5):688~692