寒暑假因素对暖通空调负荷及系统的影响

陈彦龙

（北京中铁生态环境设计院有限公司，北京 102600）

0 引言

建筑能耗占全国能源消耗近30%。随着我国经济飞速发展，我国能源供应与经济社会发展的矛盾十分突出，建筑节能对于促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源供应与经济社会发展的矛盾，加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展有着举足轻重的作用，是保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观的一项重要举措。

学校建筑作为重要公共建筑，有其自身使用特点，其显著特征是：人员密度较大、新风换气量大、照明密度也大，但是教学建筑具备每年在负荷峰值期放寒暑假，因而会对其负荷峰值及设备运行产生影响。目前关于该问题的论述在文献中较为少见，因而，本文就此问题展开分析。

1 寒暑假对暖通空调室外计算参数的影响

为准确评价寒暑假对中小学暖通空调设计的影响，首先调研了近五年寒暑假放假时间，如表1 所示。

考虑到暖通空调设计需满足一定保证率，假期时间取近五年并集：寒假时间为 1 月 31 至 2 月 12 日；暑假时间为：7 月 13 至8 月 31。

北京的气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，年平均日照时数在2000—2800h 之间。四季分明，夏热多雨，秋爽冬寒，春短干旱多风。1 月平均气温-4.1℃、最低气温-15℃，7 月平均温度27.6℃、最高气温41.9℃。年降水量500～700mm。

本文选取《中国热环境分析专用气象数据集》（注：以下简称《数据集》）典型气象年逐时参数，按照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50736—2012）》（注：以下简称《民规》）4.1节室外空气参数不满足率的选择方法，得到去除寒暑假后的室外气象参数，如表2 所示。

由表2 可知，考虑暑假因素后，夏季空气调节室外计算干球温度比《民规》低0.2℃，夏季空气调节室外计算日平均温度比《民规》低0.7℃，夏季空气调节室外计算湿球温度比《民规》低1.9℃。考虑寒假因素后，采暖室外计算温度比《民规》高0.5℃，冬季空气调节室外计算温度及相对湿度近似于《民规》相等，下面分析气象参数的差别对负荷及暖通空调系统的影响。

2 寒暑假对空调系统设计的影响

2.1 夏季工况

夏季空调冷负荷可分为三个部分：新风负荷，围护结构负荷及室内负荷。其中新风负荷与围护结构负荷与室外气象参数选取有关。

对于新风负荷：

表1 北京市中小学近五年寒暑假时间统计

表2 气象参数对比

表3 小学体育馆及食堂负荷统计

其中：C′-去除寒假假期后的负荷（注：下同）；H′O-74.7kJ/kg；HO-82.9kJ/kg。

可见，对于新风负荷，暑假因素的影响不可忽略，尤其对于采用全空气系统、新风量巨大的公共建筑，如：体育馆、食堂、厨房等。主要原因是新风含湿量较低，如图1 所示。

图1 去除暑假后室外空气含湿量频数与原始参数对比

对于围护结构负荷，其负荷形成是由于室内外温差和太阳辐射作用的结果，我国常用冷负荷系数法进行计算，其基本原理是传递函数法，考虑到计算较为复杂，且考虑暑假因素后空调室外计算温度及日平均温度均与《民规》较为接近，围护结构负荷计算可近似按《民规》选取。

2.2 冬季工况

根据冬季热负荷计算方法可知，围护结构热负荷近似为：

取tn为18℃可知，考虑寒假因素的热负荷为按照《民规》的98%，故可忽略放寒假对冬季采暖系统设计的影响。

对于冬季全空气系统空调设计，设计内容主要为室外冷空气的加热负荷及加湿负荷，对于加热负荷：

故可按《民规》参数计算冬季工况暖通空调负荷及选择设备容量。

3 实际案例

以笔者参与的某大学附属中学工程为例，分析寒暑假因素对其体育馆及食堂负荷的影响。该工程总建筑面积13.3 万平方米，分为中学及小学两个部分，其中中学部体育馆及食堂情况，小学体育馆及食堂为一栋建筑，总建筑面积为5948m2，各部分面积及负荷情况，如表3 所示。

若考虑到放暑假的因素，新风负荷可减小至：619.57kW，冷机装机容量由1153.9kW 减小为831.87kW，容量减小27.9%，对于减小初投资及提高冷机运行效率均有显著作用。

4 结论

本文分析了夏季与冬季工况中小学校寒暑假对负荷及常见空调形式的影响，得到以下结论：①对于夏季工况，暑假因素对空调负荷尤其是新风负荷影响显著，不可忽略，以本文体育馆及食堂案例，考虑暑假因素后，冷机装机容量减小27.9%，对减小初投资及提升冷机高效运行有显著左右；②对于冬季工况，可按《民用建筑供暖通风及空气调节设计规范》室外设计参数进行设计。