负荷计算方法分析(Load calculation method analysis)张华（苏州科技学院 建筑环境与设备工程0920118131 ） 摘要本文回顾了空调负荷计算方法的发展简史，综述了应用 较为广泛的谐波反应法和冷负荷系数法等计算方法及各自 的优缺点；并介绍了空调负荷模拟的意义和现行 发展概况。关键词：空调负荷计算方法 冷负荷计算 谐波反应法 冷负 荷系数法概算法1空调负荷计算发展简史人们能够比较系统地进行空调负荷的计算是从20世纪40年 代开始的。1964年美国的C. 0. Mackey和L. T. Wight提出了用当量温差法（ETD）计算通过围护结构的负荷计算方法；50 年代初，苏联的A.T. Illkojiobep等人又提出了谐波分解法。 这两种方法共同的缺点是对得热量和冷负荷不加区分，所以 空调冷负荷计算量往往偏大。1968年加拿大D. G. Stephonsen 和G. P. Mitalas提出反应系数法后，掀起了空调负荷计算方 法革新的研究潮，使负荷计算从粗放的稳态计算发展到较 为精确的动态计算。1971年D. G. Stephonsen和G. P. Mitalas又用Z传递函改进了反应系数法，并提出了适合手算的冷负荷系数法合手算的冷负荷系数法（CLF）o我国于上世纪70年代开展了计算方法的研究，并评议通过了谐波反应法和冷 负荷系数法两种新的计算方法。随着计算机技术的发展，自7。年代末，动态负荷计算从古典的单点计算过渡到以典型设计日为基准的负荷计算。到80年代又发展到以设计年为基 准，进行HVAC系统全年的负荷计算与模拟。至此，负荷计 算进入了建筑能耗模拟的新时代。2几种典型的负荷计算方法1谐波反应法室外空气综合温度作用下形成空调负荷有两个过程：一是室 外综合温度作用（外扰）产生室内得热量；另一个是室内得 热量经围护结构和室内家俱等吸热、放热，最后形成冷负荷 的过程。两者的共同点是扰量具有周期性和围护结构及整个 房间对扰量具有衰减和延迟作用。当室外综合温度作用于围 护结构外表面，则内表面温度和热流将产生衰减和延迟。该 热流值即为室内得热量，其中对流部分直接变为室内冷负荷 ;辐射部分经室内围护结构和家俱等的吸热一放热反应后再 形成冷负荷，该负荷有衰减和延迟。因此，衰减度和延迟时 间是谐波法的两个重要参数，它们与材料热阻和蓄热系数有 关，通过求解导热微分方程来求得。对于多层围护结构，衰 减度是多层衰减度之积，延迟时间是各层延迟时间之和。谐 波法对扰量（室外综合温度）进行谐波分解，用指数式表示 谐波反应法CLQt = KFZfA图墙体、屋顶得热形成冷负荷的过程r = &厂标+习a/噂*n = 1实际扰量采用上式实部为“mt., T=、人cos(s注-cpn(1)(2)w = 0(1)墙体、屋顶内表面得热量形成的冷负荷对流得热直接变成冷负荷，辐射得热在室内。吸、放热过程中有衰减和延 迟。从而某一时刻墙体、屋面得热形成的总冷负荷为(3)CLq = FBqN cos(vnr J = Wn；) + FBdq2冷负荷系数是建立在Z传递函数基础上的一种简化计算 方法口。该方法把得热计算和负荷计算两步合并成一步，通 过冷负荷系数直接从各种扰量源求得分项逐时冷负荷。冷负 荷系数可以根据某地的标准气象、室内设计参数、不同建筑 类型等典型条件事先计算成表格查用。对日射得热采用与负 荷强度意义类似的冷负荷来简化计算。11外墙和犀面传热冷负荷计算公式外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Qo (W),按下式计算:QT=KFAtT (1)(1)式中F一计算面积，nT2； T一计算时刻，点钟；T-4-温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻，点钟； ，作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差,C O注例如对于延迟时间为5小时的外墙，在确定16点房间的传热冷负荷时,应计算时刻M16,时间延迟为.5，作用时刻为T-4 =165=1 lo这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表 面温度波产生的结果。式(1)为谐波反应法计算方法。冷负 荷计算法外墙和屋面传热冷负荷计算为QT=KFtcT)Ir (2)1_2外窗的温差传热冷负荷谐波反应法中，通过外窗温差传 热形成的计算时刻冷负荷Q.按下式计算：QT=KFAtT (3)式中t, 一计算时刻下的负荷温差，C； K一传热系数。冷负荷计算法外窗的传热冷负荷公式与以上相同。因为玻璃 的蓄热系数可忽略不计，在计算传导得热时，可不计温度波 的相位延滞，只考虑衰减度。1. 3外窗太阳辐射冷负荷透过外窗的太阳辐射形成的计算时 刻冷负荷Q T,谐波反应法根据不同情况分别按下列各式计 算：1. 3. 1当外窗无任何遮阳设施时。产FCsC大，(4)式中j。，一计算时刻下太阳总辐射负荷 强度，W/m2；1. 3. 2当外窗只有内遮阳设施时Q产Fcqc/w,1. 3. 3当外窗只有外遮阳板时QHFA+FJmJCC (6)1. 3. 4当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时Q,=旧 JFJmGCC(7)(7)式中J。, 一计算时刻下，标；佳玻璃窗的直射辐射照度, W/m2： J。，计算时刻下，标准玻璃窗的散热辐射照度， W, m2； F, 一窗上收太阳直射照射的面积；F一外窗面积(包括窗框、即窗的墙洞 面积)m2； Ca.窗的有效面积系数；C广窗玻璃的遮挡系数： Cn窗内遮阳设施的遮阳系数。冷负荷系数法用一个总的公式：Q,=FDgCgGCC 8)Do耐一最大日射得热冈数；Co r窗玻璃冷负荷系数。1. 4内围护结构的传热冷负荷1. 4. 1当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内窗的温差传热负荷，可按式(3)计算。1. 4. 2当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼 板的温差传热负荷，可按式(1)计算。1. 4. 3当邻室有一定发热量时，通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷，按下式计算Q=KF(tf+mf (9)9)式中Q一稳态冷负荷，W； to一夏季空气调节室外计算日平均温度，C： tn一夏季空气调节室内计算温度，C： tls一邻宰温升，可根据邻窜散热强度采用1.5灯光、人员和设备得热的得热量这三种得热在其使用期 都为一常数，两种方法计算结果一致。3空调负荷的模拟空调的负荷模拟是一种广义的空调负荷计算和分析方法。随 着计算机技术的发展和对建筑节能技术要求的不断提高，负 荷计算的重点逐渐偏向长期负荷。对空调的负荷模拟可预测 系统的性能，以便利用模拟结果修改空调和建筑节能设计； 也可运用各地气象条件和资料预测-./()系统的装机容量；同时 还可通过模拟研究负荷组成的各因素对负荷和能耗的影响， 从而实现空调系统的最优设计和运行。空调负荷模拟计算主 要分为静态模拟和动态模拟两种。静态模拟是一种简化的能 耗计算方法，计算结果较为粗略，但计算速度快，易于手算。可用于研究能耗趋势，进行系统比较与替代。此类方法主要 包括度日法、温频法（123法）、满负荷系数法、有效传热 系数法等。动态模拟方法是一种比较精新的能耗模拟方法， 是自4）年代随着计算机技术的发展而出现的。该方法比较耗 时，主要用于系统能耗分析和评估、经济性分析和优化，是 当今国内外能耗模拟的研究重点。该类方法主要有加权系数 法、热平衡法等。各国学者在此基础上开发出了很多较为成 熟的软件如DOE-2, HASP等。目前，各国还在进一步研究建 筑物热过程的动态模拟计算，我国在此领域的研究相对还比 较薄弱。4几种方法的比较通过利用这两种计算方法的软件对空调工程在相同计算参 数的情况下进行冷计算，同时采用概算指标简要计算，并将 所得结果进行分析比较，概算法远远大于谐波法和冷负荷系 数法，为1. 6倍多，谐波法和冷负荷系数法计算结果相当。所以在实际的负荷计算中不宜采用概算指标，概算法只能在 系统初步方案确定时用来参考。对于各城市的计算，该结果 与建筑热工分区相符合。根据国家规范要求，空气调节区的空调冷负荷应按所服 务空气调节区同时使用情况、空气调节系统的类型及调节方 式，按各空气调节区逐时冷负荷的综合最大值或各空气调节 夏季冷负荷的累计值确定，并应计入各项有关的附加冷负荷。一般设计人员在计算夏季冷负荷时大多利用负荷计算软 件进行计算，这些软件一般也按照规范中所给公式计算围护 结构传热、外窗日射得热、室内热源散热及新风冷负荷等附 加冷负荷，而忽略了空气调节系统的类犁及调节方式对夏季 冷负荷的影响。这些因素对冷负荷的影响一般只能通过人工 计算，建筑物逐时空调负荷应在软件计算结果的基础上加以 人工计算调整才能更加准确。所以，即使软件使用者非常准 确地输入各项数据，所得结果也不一定可以作为进一步空调 系统设计的依据，有时仍需要考虑不同的空调系统对空调冷 负荷的影响和特殊区域的室调冷负荷而进一步手工计算。参考义献：1单寄平空调负荷实用计算法Ml中国建筑工业出社.1989.2陆亚俊暖通空调IM中国建筑工业出版社.20023魏大俊软件计算空调冷负荷中应注意的问题【JI广东建 材2006 9： 137138.4顾小松,；傅俊萍空调动态负荷计算软件开发【J】制冷与空调2005. 5(1)： 21245顾小松用谐波反应法计算空调负荷应注意的问题暖通空调J 2004. 34 (4): 7981.