负荷分析法在城市综合体空调设计中的应用

程海峰 高瑞凯 胡 宁

(安徽建筑工业学院，安徽合肥 230601)

城市综合体的出现是城市形态发展到一定程度的必然产物［1］。其本质在于通过复合、集聚两种手段提高了空间效率和空间价值，从而达到降低使用成本、提高生活品质、赋予并提高企业综合效率和效益的目的［2］。

我国现有城市综合体建筑，一般以高能耗来满足各建筑功能对动力方面的需求。城市综合体因为体量的庞大，要求必须具备相对完善的城市服务功能，因此多功能、自我服务是其显著的特征。建筑功能的复杂性对建筑能源系统的设计和建设提出了新的要求。传统的根据单功能建筑进行暖通空调系统的设计，容易造成负荷叠加，资源浪费，投资增大，运行费用高，运行效率低。采用负荷分析法能够根据城市综合体建筑的要求和特点，寻求建筑能源系统的合理匹配和运行分配，实现建筑内冷热需求的自我调配，取得良好的经济效益和社会效益。

所谓负荷分析法就是以负荷计算为基础，针对复杂建筑在不同室内外工况、不同建筑功能、不同时段时的负荷分布特点，分析系统在运行时的实际负荷需求，找出系统的负荷基数，以此为依据进行主机的选配和系统的设计，并针对各种工况进行运行方案预案设计的一种方法。通过负荷分析法能够客观的反映建筑物在各种情况下的负荷需求状态，建立系统功能交叉运行模式，减少主机装机容量，提高系统运行效率，实现节能运行，降低能耗。在多功能城市综合体和复杂的大型建筑暖通空调设计中，是非常值得推广的一种技术方法。本文以安徽某城市综合体暖通空调设计为例，采用负荷分析法找出建筑负荷基数，进行了主机选配，为系统设计、多工况节能运行提供了依据。

1 项目概况

该项目位于合肥市，总建筑面积15万m2，规划建设3幢商住楼:学术交流中心、回迁综合办公楼、回迁住宅楼各一幢。

2 空调负荷计算与分析

2．1 空调负荷计算参数

设计参数见表1。

表1 室内设计参数

2．2 软件计算

采用鸿业暖通负荷计算软件计算空调负荷，该软件计算方法基于谐波反应法。负荷计算选用典型工况建筑围护结构，外窗传热系数 K=2．3，外墙传热系数 K=0．7，屋顶传热系数 K=0．6，人员密度根据不同建筑功能分别确定。典型工况条件下计算的逐时负荷最大冷负荷出现在下午3点，最大值为9 236 kW，见图1。

图1 软件计算建筑逐时负荷

2．3 负荷分析

通过软件计算可以得到建筑的夏季空调冷负荷，但不同建筑功能的房间在使用中的要求和使用时间都不同，基于此，对计算出的负荷进行负荷分析，以达到建筑节能的目的。

首先根据建筑功能将建筑分为银行、宾馆、学术茶座、会所、门厅、超市办公、办公、普通公寓、白领公寓、超市等功能段，不同功能段的空调冷负荷见表2。

表2 软件计算法负荷统计表

不同建筑功能的房间在使用中的要求和使用时间都不同，如果直接用这一计算结果进行空调机组选型，那么一年当中大多数情况下机组都在部分负荷下运行，出现所谓“大马拉小车”的现象，所以需要对不同的功能段进行负荷使用率的修正。

蔡龙俊等在区域供冷供热住宅建筑空调负荷同时使用系数的计算文章中提出对于一般的住宅建筑当负荷使用率取0．7时，空调系统在93%左右的时间可以满足整个运行［3］。针对城市综合体建筑对于不同功能的负荷使用率的大小可以根据建筑使用率的大小进行调整。

其中，Q'为修正负荷;Q为计算负荷;k为负荷修正系数。

表3 各功能负荷修正系数

使用表3各功能段同时使用率参数对典型工作日内建筑逐时冷负荷进行修正，得到修正后的结果见图2。

图2 修正后建筑的逐时负荷

负荷基数是指在机组选型设计过程中，以修正后的逐时负荷为依据，满足机组24 h高效工作区运行的负荷区间。由图2可以看出该建筑的夏季空调冷负荷最小值为5 494 kW。

考虑压缩机高效工作区50%～80%，负荷基数为6 867 kW。

3 主机选配与系统运行方案

根据计算结果对该建筑确定不同的机组选型方案，机组设备参数见表4，并对不同方案进行比较，见表5。

表4 机组参数 kW

表5 不同运行方案比较

机组年运行时间分布见图3。根据图3的时间分布可以计算出两种方案的年运行费用，结果见表6，表7。

图3 机组各运行效率时间分布图

表6 方案一年运行费用表

表7 方案二年运行费用表

对本建筑来说经过负荷分析法修正而得出的方案二比常规软件计算得出方案一初投资费用节省210万元，节省约26%，制冷机房运行费用节省251万元/年，降低约44%，降低造价和减少运行费用提高建筑能耗率的效果非常明显。

4 结语

1)负荷分析法在城市综合体建筑暖通空调设计中的应用能够准确的把握整个建筑群的负荷需求状况，避免负荷叠加，实现按需功能;

2)负荷分析法把整个建筑群作为能源需求对象，相对于小型单独系统，能大大节省初投资和装机容量，一般10万m2的多功能公共建筑，约可减少1/3的主机配置;

3)负荷分析法分析了建筑群各种室内外工况下负荷的变化情况，并找出了建筑群常年稳定的负荷基数和负荷峰值，为主机房和空调系统的合理配置提供了依据;

4)负荷分析的结果为系统在各种工况下的节能运行方案提供了预案，可大大节省系统运行费用，提高系统的有效利用率;

5)负荷分析法特别适用于大型城市综合体和复杂功能建筑，如与分布式能源系统结合设计，节能减排效果更显著。

［1］刘贵文，曹健宁．城市综合体业态选择及组合比例［J］．城市问题，2010(5):41-45．

［2］《科技智囊》课题小组．城市综合体引领商业地产新时代［J］．科技智囊，2009(11):9-16．

［3］蔡龙俊，欧阳生春．区域供冷供热住宅建筑空调负荷同时使用系数的计算［J］．能源技术，2006(3):130-132．