01-035基于冷負荷系數(shù)法的辦公建筑高大中庭的空調(diào)負荷簡化算法文章

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1、基于冷負荷系數(shù)法的辦公建筑高大中庭的空調(diào)負荷簡化算法北京市建筑設(shè)計研究院李丹徐宏慶馬曉鈞摘要：本文以一北京地區(qū)實際工程為例，介紹了具有高大中庭的辦公建筑的空調(diào)冷負荷計算簡化方法，對其中庭和與中庭相鄰的辦公室進行了較詳細的算法介紹。本文對同類建筑的空調(diào)負計算具有參考借鑒作用。關(guān)鍵詞：辦公建筑中庭冷負荷冷負荷系數(shù)法1引言隨著越來越多的大型辦公建筑的出現(xiàn)，為保持其具有良好的使用性，中庭也隨之在設(shè)計中得以廣泛的應(yīng)用。雖然中庭也屬高大空間，但辦公建筑的中庭在其熱環(huán)境和空調(diào)負荷的計算上，有其特殊性。對于一般高大空間而言，往往只關(guān)注下部人活動區(qū)域的熱環(huán)境狀況和負荷計算，而大

2、型辦公建筑內(nèi)部的中庭通常與相當數(shù)量的辦公房間相鄰，因而其整個空間的熱環(huán)境和垂直溫度分布，即會對與其相鄰的辦公室的空調(diào)負荷產(chǎn)生較大的影響。所以，在中庭及其周邊辦公室空調(diào)負荷的計算上，則需考慮它們之間的熱量轉(zhuǎn)移與交換。目前在國內(nèi)工程設(shè)計領(lǐng)域，計算冷負荷最常用的方法是冷負荷系數(shù)法，然而冷負荷系數(shù)法基于集總參數(shù)概念，無法準確描述大空間的溫度及負荷的分布狀況。因而在計算大空間建筑的空調(diào)負荷是具有一定的局限性。但是，冷負荷系數(shù)法具有簡便、快速、物理意義直觀的特點，在我國的工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛，為廣大工程設(shè)計人員所熟知和掌握。一直以來，國內(nèi)外學(xué)者和工程設(shè)計人員也不斷對冷負荷系

3、數(shù)法進行了修正和拓展，使其適用性得以更大地增強。本文以北京地區(qū)一實際工程為例，基于冷負荷系數(shù)法原理，從熱傳遞和負荷產(chǎn)生的物理過程入手，對辦公建筑高大中庭的空調(diào)負荷簡化算法進行探討。2中庭熱傳遞過程的簡化2．1簡化計算原則太陽輻射光照射到玻璃上，入射部分的太陽能Φe由三部分組成：透射部分、反射部分、吸收部分，三者之間的關(guān)系如下（見圖1）：τe+ρe+αe=1（1）式中：τe——太陽光直射透射比％；ρe——太陽光直接反射比％；αe——太陽光直接吸收比％。玻璃吸收部分的能量又以熱對流、輻射方式向室外、室內(nèi)熱傳遞，二者關(guān)系如下：αe＝q0+qi（2）式中：q0——室外

4、側(cè)熱傳遞百分比％；qi——室內(nèi)側(cè)熱傳遞百分比％。則太陽能總透射比：g＝τe+qi（3）式中：g——太陽能總透射比％；τe——太陽能直射透射比％；qi——太陽能二次熱傳遞系數(shù)％。對雙層玻璃而言：式中：αe1——室外側(cè)玻璃的太陽直接吸收比％；αe2——室內(nèi)側(cè)玻璃的太陽直接吸收比％；G——兩片玻璃間的熱阻W/m2·k；圖1太陽能通過玻璃的物理過程示意圖ni——室內(nèi)側(cè)玻璃表面的對流放熱系數(shù)W/m2·k；ne——室外側(cè)玻璃表面的對流放熱系數(shù)W/m2·k；圖2進入中庭的太陽輻射分析根據(jù)上述對太陽能通過玻璃的傳熱機理的分析，對于中庭外窗得熱進行簡化計算。因此，簡化計算主要考

5、慮窗玻璃的影響因素，由于外窗玻璃所占面積很大，故玻璃對太陽能的光熱特性，即為整個外窗的光熱特性；考慮到計算的簡便性，由室內(nèi)向外照射的太陽能，只計算經(jīng)玻璃反射和吸收后留在室內(nèi)的一次熱量，二次及更高次反射的能量不計；考慮到工程計算量以及工程精度的要求，進行簡化處理也是可行的。2．2簡化計算主要過程首先對進入到中庭的熱量進行分析，中庭的熱平衡方程為式（2）：（2）其中：——留在中庭的熱量，此部分將做為中庭的得熱進行計算；——進入中庭的熱量，此部分包括：進入中庭的總太陽輻射熱量、中庭內(nèi)擾產(chǎn)生的熱量（人員燈光等）；——從中庭流出的熱量，此部分包括：通過中庭外圍護結(jié)構(gòu)流出

6、室外的熱量、通過中庭進入辦公室的太陽輻射熱。進入辦公室的熱量除輻射熱外，還包括通過壁面的傳導(dǎo)熱。但考慮到中庭與辦公室空氣溫差在計算中庭溫度梯度之前不可知，故不能做為已知熱源條件計算中庭溫度場，而且這部分熱量隨高度的增加而增加，對中庭下層人活動區(qū)域的負荷計算影響幾乎沒有影響，另外，考慮到工程實際情況，這部分熱量在計入中庭負荷中是偏安全的，因此通過中庭進入辦公室的傳導(dǎo)熱做為留在中庭的熱量考慮。在計算中需考慮太陽入射位置與中庭得熱關(guān)系，因此為計算中判斷太陽輻射源位置和方向的簡便，本文約定“太陽位置角a”為太陽與水平面的夾角在正南方向的投影角?；谇笆龊喕瓌t，將太陽

7、位置角a作為太陽能在不同時刻計算室內(nèi)得熱的依據(jù)。根據(jù)不同時刻太陽位置角a的變化，計算出投射到中庭內(nèi)各個壁面的熱量按面積所占太陽入射面面積的比例，從而確定中庭各個壁面的太陽輻射負荷值。對于室內(nèi)各個壁面，將室內(nèi)地面和墻面考慮成為具有相同熱工特性的蓄熱體，用以簡化地面和墻面陰影面積的復(fù)雜計算。同樣，出于計算安全考慮，對建筑物自身遮擋的熱量將不做折減。對散射光部分，按有關(guān)設(shè)計手冊【1】考慮，此處不再進行修正。在確定中庭各個時刻的得熱量之后，進行中庭垂直溫度分布的計算。辦公建筑內(nèi)部的中庭通常與相當數(shù)量的辦公房間相鄰，其整個空間的熱環(huán)境和垂直溫度分布，即會對與其相鄰的辦公

8、室的空調(diào)負荷產(chǎn)生較大的影響。因而，了解