得热有两种分类方法。一种按是否随时间变化分为稳定得热和瞬变得热。照明灯具、人体 及耗电量不变的室内用电设备的散热量可视为稳定得热;而透过玻璃窗进人室内的日射得热及 由室外气温波动、日射强度变化等引起的围护结构的不稳定传热则属瞬变得热。另一种可分为 显热得热和潜热得热。借助对流和辐射方式由温差引起的得热是显热得热;而随人体、设备、工 艺过程等的散湿以及新风或渗透风带入室内的湿量引起的得热则是潜热得热。 (二)空调房间的夏季冷负荷 房阃冷负荷是指为了维持要求的室内温度厕在任一瞬时必须由空调系统从房间移走的热 冷负荷自然与得热量相关,却并不一定相等。在瞬时得热中的潜热得热及显热得热中的对 流成分是直接加入到室内空气中的热流量,它们立刻构成该瞬时的冷负荷。因此,这种得热量与 冷负荷相等。但是,显热得热中的辐射成分则不能立刻构成与得热同瞬时的冷负荷,而要在时间 上滞后一些,并且幅度上也会有所衰减。这是因为空气对辐射热的透射率高,吸收率低,辐射得 热必先投射到围护结构和室内各种陈设等具有蓍热性能的物体表面上,并为它们所吸收,不能立 即被空调系统的送风消除。只有当上述蓄热物体的表面因吸热而温度升高到高于物体内部和周 围空气的温度时,它们所贮存的热量才能再借助对流方式逐时放出给予空内空气形成冷负荷。 所以,辐射得热转化为冷负荷会表现出时间上的延迟和幅度上的衰减。 因此,“设计规范”规定,空调房间的夏季冷负荷,应根据各项得热量的种类和性质以及房间 的蓄热特性,分别进行计算。并且不宜把瞬时得热量直接作为各相应时刻的瞬时冷负荷值。 我国在1982年经城乡建设环境保护部主持,评议通过了两种新的羚负荷计算方法谐波反 应法和冷负荷系数法。这两种新的计算方法,都合理地考虑了显热得热中的辐射成分转化为冷 负荷时的幅度衰减和时间延迟作用。这对于削减空调设计负荷,从而节省投资和运行费用及减 少能耗有重要意义。本书只简要介绍冷负荷系数法。 冷负荷系数法是采用传递函数来计算冷负荷的。为便于利用简化公式进行手算,现已通过 大量计箅,给出了综合反应室外各种因素影响的室外逐时当量温度一逐时冷负荷计算温度,用 于计算围护结构瞬变传热引起的逐时冷负荷;还给出了计算窗户日射和其它辐射得热引起的冷 负荷所需的冷负荷系数及有关基本数据。这些结果都已编制成若干个数据表,详列于中国建筑 科学院空气调节研究所编辑的《空调冷负荷计算方法专刊》(1983年内部发行,以下简称“负荷专 刊”)。参见本书附录I中的附表2 下面将分别介绍冷负荷系数法的各种简化计算公式。 二、冷负荷系数法的简化计算公式 (一)外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 在日射和室外气温综合作用下,外墙和屋面瞬变传热引起的瞬时冷负荷CL,(CL代表冷负 荷,单位为W,角标τ代表计算的时刻),可用下列简化公式逐时计算 CL, =AK(LL-IN) (2-1) 式中A—外墙或屋面的计算面积(m2),查土建资料计算; K——外墙或屋面的传热系数(w/m2K),可根据土建资料给出的外墙或屋面的结构及 厚度按传热学公式计算,或在“负荷专刊”的表3-1和表3-2中对照查取。注意
表中用工程制单位; 室内设计温度(℃); 外墙或屋面的冷负荷计算温度逐时值(℃),可在“负荷专刊”的表3-3和表3-4 中查取,并用表3-5所列地点修正值t4加以修正。若设计地不在表3-5中所列 时,可采用气象条件与之接近的附近地点的修正值。 此外制表所采用的外表面传热系数aw=16 call(m2bh℃)=18.6W(m2K),若设计地 不是此数,应将表3-3和表3-4中所查t1:值乘以表3-6中的修正值k,,即设计地的冷负荷逐 时计算温度应为t1=kt1,+t,并将t'1,代入式(2-1)计算。 例2-1广州地区某建筑房间外墙结构如图2-1所示,墙厚δ=240mm。房间外墙南面 的面积为40.5m2,试计算14时南面外墙传热引起的房间瞬时冷负荷,室内设计温度为26℃ 解 1.与“负荷专刊”表3-1外墙结构类型表[见本书附录Ⅰ中附 表2(1)对照,该外墙结构属Ⅲ型(序号2),其传热系数K=1.69 keal(m2h℃)=1.96W/(m2·K)。 2.由“负荷专刊”表3-3[见本书附录I中的附表2(3)]的皿型 外墙冷负荷计算温度查得南面(S)墙在14时的t=31.3℃;由表 水泥白灰 砂浆粉刷 3-5见本书附录I中的附表2(5)]的I~Ⅳ型结构地点修正值查 得广州南面墙的t4=-1.9℃;査“设计规范附录二知广州夏季室 外平均风速v=1.8ms,由aw=3.85v+8.95[kcal(m2h℃)]可 算得广州的aw=3.85×1.8+8.95kcal(m2·h·℃)=15.88 图2-1例2-1 kca(m2h℃)=18.6w(m2K),查“负荷专刊”表3-6见本书附录附表2(6)],得K,≈1,则 得广州地区Ⅲ型南面外墙在14时的冷负荷计算温度为; t'=K。t1+t=[1×31.3+(-19)]℃=29.4℃ 3.根据式(2-1)可算得该房间在14时南面外墙传热引起的房间瞬时冷负荷为 CLI4=AK(! -tN =40.5×1.96×(29.4-26)W=270W 作设计计算时,类似上面的方法,可算出建筑物各房问从0时到23时的由房间各面外墙或 屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷。 二)外囱玻璃瞬变传热引起的冷负荷 在室内外温差作用下,外窗玻璃瞬变传热引起的瞬时冷负荷,可按与式(2-1)形式相同的公 式计算。 式中A—窗口面积,根据土建资料算出,m2 t1,——玻璃窗冷负荷计算温度逐时值,可在“负荷专刊”表3-11中查取,并加上表3-12 中的地点修正值t4; K——窗玻璃的传热系数,其值可根据单层或双层窗玻璃的不同情况,在“负荷专刊”的表 3-8或表3-9中查取,W(m2K)。 此两表中的an和aw分别为窗玻璃内外表面的传热系数,n一般可取8.7W(m2K)[7.5
kcal(m2h℃)];aw可根据设计地夏季室外平均风速,由式aw=3.85v+8.95ka/(m2h·℃) 算出[注意,原表3-8中an和aw取值的单位是kcl(m2h℃)]。在采用表3-8或表3-9中 的数据后,还应根据不同的窗框情况,乘以表3-10的修正值。此外,有内遮阳设施时,单层玻璃 窗的K值应减小25%,双层的K值应减小15%。 例2-2广州地区某建筑外窗系单层玻璃窗。釆用铝合金窗框,约80%玻璃,窗口面积 A=27.82m2,按无内遮阳措施考忠,室内设计温度tN=26℃,试计算14时由窗玻璃瞬变传热 引起的瞬时冷负荷。 解 1.查“负荷专刊”表3-8见本书附录I中附表2(7)],取an=7.5kca(m2h℃)和 15.88kcal/(m2h·t)≈16keal∥(m2h,℃),查得K=5.11kcl(m2h℃)=5.94W(m2K) 再查表3-10[见本书附录I中的附表2(9)],金属窗框80%玻璃的单层窗传热系数修正值为 1.00,又因按无内遮阳考虑,所以传热系数K的取值不变。 2.由“负荷专刊”表3-1见本书附录I中的附表2(10)]查得14时t1=31.9℃;由表 3-12[见本书附录I中的附表2(11)查得广州修正值t=1℃,则广州玻璃窗在14时的冷负荷 计算温度为 t';=!14+t4=(31,9+1)℃=32.9℃ 3.根据式(2-1)可算得该房间外窗玻璃在14时传热引起的瞬时冷负荷为 CLu=AK(t'1-t)=2782×5.94×(32.9-26)W 1140W 类似地可算出从0时到23时由房间外窗玻璃瞬变传热引起的逐时冷负荷。 (三)透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷 要区分无外遮阳和有外遮阳设施两种情况,分别计算。 1.无外遮阳时的计算。透过无外遮阳玻璃窗的日射得热引起的房间瞬时冷负荷按下式计 CL,=AC, D). nu C, C. CcL(r 式中A—外窗窗口面积,由土建资料计算,m C.—窗的有效面积系数W/m2。可在“负荷专刊”表2-4中查取,AC即为窗玻璃的 净面积; D,m—夏季1m2窗玻璃最大日射得热量(或称日射得热因数的最大值)可按设计地所 处纬度带和窗的朝向,在“负荷专刊”表2-1中查取[注意,表中单位为 kcal/ (m2h)]采用日射得热量的最大值计算,是考虑最不利的情况; C、—窗玻璃的遮挡系数,反映窗玻璃为非“标准玻璃”及窗的类型对日射得热的影 响,在“负荷专刊”表2-2中查取; C。—窗内遮阳设施的遮阳系数,在“负荷专刊”表2-3中查取,无内遮阳时,Cn=1 Cu—冷负荷系数反映日射得热与形成的冷负荷的转化关系。按设计地位于北区还是 南区(以北纬2730划线)有无内遮阳和窗的朝向,在“负荷专刊”表2-5-2-8 中查取各钟点相应的冷负荷系数逐时值
例2-3广州地区某建筑房间南面外窗采用5mm厚的单层吸热玻璃,铝合金窗框,窗口面 积A=20.4m,用深黄颜色布帘作内遮阳。试计算14时透过该窗进入的日射得热引起的冷负 荷(窗无外遮阳设施)。 (1)查“负荷专刊”表2-4[见本书附录I中的附表2(15)],近似按单层钢窗取值 C,=0.85。 (2)查“设计规范”附录二,广州处于北纬2308,介于北纬20°~25间,因为每一纬度带宽为 230′,所以广州应属25纬度带,再查“负荷专刊”表2-1见本书附录I中的附表2(12)],25 纬度带南面朝向的D,m=125ka(m2h)=1454W/m2。 (3)查“负荷专刊”表2-2[见本书附录I中的附表2(13)],5mm厚吸热玻璃C,=0.88。 (4)查“负荷专刊”表2-3[见本书附录I中的附表2(14)],深黄布帘内遮阳Cn=0.65。 (5)由广州地处北纬23'08,知广州属南区,且窗有内遮阳设施,故查“负荷专刊”表2-8南 区有内遮阳冷负荷系数表[见本书附录I中的附表2(19)]得南窗14时的C4=0.74 (6)根据式(2-2),计算14时透过该窗进人的日射得热引起的冷负荷 CL 4=AC,D, max C, C CCL. I =20.4×0.85×145.4×0.88×0.65×0.74W 1067W 类似地可算出从0时到23时透过无外遮阳玻璃窗进入的日射得热引起的逐时冷负荷。 2.有外遮阳时的计算。窗的外遮阳比内遮阳对减少日射得热更为有效。外遮阳是周围其 他建筑物产生的遮阳作用,或是建筑物自身的某些设施(如阳台、挡雨板、遮阳板等)产生的遮阳 作用。由于东向和西向的日射得热大,空调建筑不宜开设东窗和西窗,必须开设时,宜加外遮阳 设施。设计合理的外遮阳设施,可减少达80%的日射得热量。 有外遮阳的计算方法与无外遮阳时基本相同,只是必须区分阴影部分的日射冷负荷与光照 部分的日射冷负荷,这两部分之和即为透过有外遮阳玻璃窗的日射冷负荷。用式(2-2)计算光 照部分冷负荷与无外遮阳完全相同;用式(2-2)计算阴影部分冷负荷时,D1m和C都一律 取北面朝向的值,其余与无外遮阳时相同。 窗的阴影面积与光照面积要根据窗的特性尺寸建筑物的地理位置、窗面朝向及计算太阳时 等条件来计算,详见“负荷专刊 所谓太阳时Tm,是以太阳正对当地子午线的时刻为中午12时所推算出的时间。由于每转 过经度1需时4分钟,所以某地太阳时T。与北京标准时T的换算关系为 T≈T+4(L。-Ln) (2-3) 式中L。=120°,是北京标准时子午圈所处经度;L。为当地所处经度。 例如,广州所处经度为1319,则广州平均太阳时T。=12时,相当于北京标准时间 T=12+4×(120-11919)≈12时27分 (四)照明散热引起的冷负荷 室内照明设备的散热是稳定得热,它由辐射和对流两种成分组成。对流成分构成瞬时冷负 荷辐射成分形成滞后负荷。西此,严格计算照明散热形成的冷负荷也需引入相应的冷负荷系
数,详见“负荷专刊”。在一般情况下,可近似认为照明设备的散热量与其形成的冷负荷相等,即 CL≈W。不同灯具的照明散热量的计算式为 白炽灯w=1000N (2-4 荧光灯W=1000Nn1n (2-5) 式(2-4)和(2-5)中,N为照明灯具额定功率(kW)。n,为荧光灯镇流器的消耗功率系数。明 装荧光灯的镇流器装设在空调房间内时取n1=1.2;暗装荧光灯的镇流器装设在顶棚内时取 n1=1.0。n2为灯罩的隔热系数,当荧光灯罩上部穿有小孔(下部为玻璃板),可利用自然通风散 热于顶棚内时,取n2=0.5-0.6;荧光灯罩无通风孔时,可视顶棚内通风情况取n2=0.6-0.8。 (五)人体散热引起的冷负荷 人体散热量中,一般情况下辐射成分约占40%,对流成分约占20%,其余40%为随汗液蒸 发散出的潜热。根据推算,“负荷专刊”表4-2给出了我国一个成年男子在不同温度和不同劳动 强度下的显热散热量(q)、潜热散热量(q)、全热散热量(q,+q)及散湿量(w)。考虑人体散热 因性别、年龄而不同,计算人员群集的场所的人体散热量和散湿量时,应以成年男子为基础,乘以 考虑各类人员组成比例的系数—群集系数n。 人体散热量中的潜热成分及显热中的对流成分可构成瞬时冷负荷,而显热中的辐射成分则 形成滞后负荷。因此,髂分别计算人体显热散热引起的冷负荷和人体潜热散热形成的冷负荷,并 且应引人冷负荷系数来计箅人体显热散热引起的冷负荷。 1.人体显热散热引起的冷负荷。其计算公式如下 CL,-=9, ncCU 式中 个成年男子的显热散热量,W根据室温和劳动强度在“负荷专刊”表4-2中查取 房间额定人数; 群集系数,参照“负荷专刊”表4-3取值 C—人体显热散热冷负荷系数,根据人员在室内的总小时数和每个人进入室内后的小 时数,在“负荷专刊”的表4-4中查取。 2.人体潜热散热引起的冷负荷。其计算公式如下 CL (2-7) 式中q—一一个成年男子的潜热散热量W根据室温和劳动强度在“负荷专刊”表4-2中查 取 m—房间额定人数 n—群集系数,参照“负荷专刊”表4-3取值 注意,对人员密集的场所(如影剧院、会堂等),由于人体对围护结构和室内陈设的辐射换热 量相应减小,可取人体显热冷负荷系数Ca=1。此外,如果室温在全天24h内不能保持恒定(如 夜间停止供冷,旅馆客房客人外出停止供冷等),也可取人体显热冷负荷系数Cc=1。类似这些 情况,人体散热形成的冷负荷都可简化用全热统一计算,即 CL=(,+go 般舒适性空调,大多可按式(2-8)计算。 例2-4某计量室夏季需全日供冷,以保持室温和相对湿度恒定。要求室温为20℃。从