基于冷負(fù)荷系數(shù)法的辦公建筑高大中庭的空調(diào)負(fù)荷簡化算法文

1、基于冷負(fù)荷系數(shù)法的辦公建筑高大中庭的空調(diào)負(fù)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(fù)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(xì)的算法介紹。本文對同類建筑的空調(diào)負(fù)計算具有參考借鑒作用。關(guān)鍵詞：辦公建筑中庭冷負(fù)荷冷負(fù)荷系數(shù)法1引言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

2、辦公建筑的中庭在其熱環(huán)境和空調(diào)負(fù)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(fù)荷計算，而大型辦公建筑內(nèi)部的中庭通常與相當(dāng)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(fù)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(fù)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(fù)荷最常用的方法是冷負(fù)荷系數(shù)法，然而冷負(fù)荷系數(shù)法基于集總參數(shù)概念，

3、無法準(zhǔn)確描述大空間的溫度及負(fù)荷的分布狀況。因而在計算大空間建筑的空調(diào)負(fù)荷是具有一定的局限性。但是，冷負(fù)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(fù)荷系數(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(fù)荷系數(shù)法原理，從熱傳遞和負(fù)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(fù)荷簡化算法進行探討。2中

4、庭熱傳遞過程的簡化中庭熱傳遞過程的簡化21簡化計算原則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）：τeρeαe=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＝q0qi（2）式中：q0——室外側(cè)熱傳遞百分比％；qi——室內(nèi)側(cè)熱

5、傳遞百分比％。則太陽能總透射比：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(fù)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(fù)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

6、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(fù)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

7、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(dāng)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室的空調(diào)負(fù)荷產(chǎn)生較大的影響。因而，了解中庭垂直溫度分布，將是計算與中庭相鄰的辦公室空調(diào)負(fù)荷的前提條件。最后，將計算得出垂直溫度分布的情況，做為計算辦公房間空調(diào)負(fù)荷的外部計算條件。最終計算得出與中庭相鄰

8、的辦公房間的空調(diào)負(fù)荷。3中庭冷負(fù)荷計算實例中庭冷負(fù)荷計算實例31中庭冷負(fù)荷計算中庭冷負(fù)荷計算以下將以某工程為例，介紹辦公建筑高大中庭的空調(diào)負(fù)荷簡化算法的計算過程。該工程中庭分為主中庭、南庭和北庭三部分，其中主中庭面積1700平米，高度52米；北庭面積880平米，高度33米；南庭面積880平米，高度33米。根據(jù)北京地區(qū)氣象資料，得出不同時刻的太陽位置角，如表1所示。表1北京地區(qū)夏季計算日的不同時刻的太陽位置角時刻6：007：008：009

9、：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：00太陽位置角13.524.23647.961.47590105118.6132.1144155.8166.5依據(jù)上文對中庭得熱計算中的簡化原則和簡化條件，分別得出該辦公建筑三個中庭的得熱量，進而依據(jù)冷負(fù)荷系數(shù)法可計算出其夏季逐時空調(diào)冷負(fù)荷。其夏季計算日不同時刻中庭空調(diào)負(fù)荷的分項統(tǒng)計情況見表2－表4。表2主中庭不同時刻空調(diào)負(fù)荷分項統(tǒng)計表（單位：k

10、w）時刻6:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00頂面63.791.6123.5155.4210.6264.3312.2344.1304.7188.7168.1167.3135.4東面112.3166.6208.8280.1263.6172.5139.0134.2129.4119.8115.0100.791.06西面57.5162.3167.1071.897