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冬季空调热负荷计算为什么要用稳态计算,而不像夏季用逐时负荷计算呢?

2015-02-28科学

结论:使用稳态计算法计算冷负荷,冷负荷峰值会估计过高、峰值出现的时间也会估计错误。

  1. 动态计算 (time-dependent) 并不是单纯的逐时计算法,而是需要考虑蓄热能力,列出能量守恒,数值法求解微分方程的一种较为复杂计算方法。
  2. 计算热负荷时,房间得热最小值决定了热负荷的峰值;计算冷负荷时,房间得热最大值决定了冷负荷的峰值。因此 计算热负荷时,房间得热一般是次要因素;计算冷负荷是,房间得热是主要因素之一。房间得热,造成了两种负荷需要两种不同的计算方式。
  3. 国内的冷负荷计算运用谐波反应法/传递函数法,德国的冷负荷计算标准VDI 2078使用2-Kapazität-Modell(两电容模型), 这几种计算方法的最主要的特点以及最大的共同点,就是考虑了建筑蓄热能力 建筑蓄热能力会导致:
  • 延迟效应 :光照得热、人体散热、设备发热这些会对建筑物形成瞬时的负荷,这些负荷可以分成两种:辐射得热以及对流得热。房间内部空气直接获得对流热,由于空气的蓄热能力较低,对流得热造成空气温度在短时间内就会上升。辐射得热会被建筑物的各个表面吸收,但由于房间表面(墙体)的蓄热能力较高,辐射得热要在一定时间之后才会造成房间各个表面温度上升,房间表面温度上升之后,与空气进行热对流,导致空气温度上升。可见, 由于建筑蓄热,辐射得热有一定的延迟效应。
  • 峰平效应:建筑蓄热除了产生延迟效应之外,还会产生「峰平」效应。 我们来算一个简单的例子,假设室外温度不变,房间的单位蓄热能力是15Wh/(m2*K),某一时刻房间的光照总得热是30W/m2,一小时之后,房间的温升是30/15 = 2摄氏度,如果房间的单位蓄热能力是50Wh/(m2*K),那一小时之后,温升只有30/50 = 0.6摄氏度。可见,蓄热能力越大,得热所造成的温升就越小,所造成的动态冷负荷就越小,瞬时冷负荷峰值被蓄热能力填平。
  • 综合上述两点,瞬时冷负荷与房间蓄热能力的关系可以由下图表示(图片出自空气调节第三版P35,中国建筑工业出版社,作者赵荣义,侵权删)

    实线是瞬时负荷,也是稳态计算出的结果。虚线是各种不同蓄热能力导致的实际负荷。可以看出,如果 使用稳态算法计算冷负荷,冷负荷的最大值会估计过高。建筑蓄热能力越大,静态计算的最大值和实际负荷最大值偏差也越大。(轻型结构例:木质结构,重型结构例:钢筋混凝土)

    P.S.: 负荷计算并不是必须使用稳态算法 ,热负荷也可以采用动态算法,计算的结果较为精确,但是 动态算法一般所需计算时间较长成本较高 (需要计算机进行较大量的运算求解微分方程、辐射角系数等),所以一般不采用动态算法。负荷并不需要高精度,所以就算有精度需求,一般也只会采用简化的动态算法。