中央空调系统建筑节能方案研究

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1、中央空调系统建筑节能方案研究中央空调系统的能耗在建筑物总能耗中占有很大的比例,有的甚至高达60%,而且这一比例还有逐年增大的趋势[1].为了实现建筑节能,近年来,围护结构的内、外隔热技术得到了迅速的发展和广泛的应用,并且收效显著[2].　　夏季室外空气温度波对建筑物的热作用是一个复杂的非稳态传热过程[3],如果能深入地分析传热机理,充分考虑室外空气温度和太阳辐射的周期性变化,同时,有效地利用围护结构的放热衰减和放热延迟特性,并结合不同类型建筑物使用时段的规律性,在建筑设计阶段,合理选择适当的建筑材料,控制墙体的热惰

2、性指标,合理确定墙体各层材料的厚度及位置,将会取得更加显著的节能成效[4-6].1夏季室外空气温度的变化规律　　1.1室外空气温度变化　　夏季室外空气温度的变化是由于白天地球表面接收太阳辐射热,使气温升高;夜晚地球表面向大气层放散热量,又使气温降低.无论建筑物所在何处,当地时间中午12点时的太阳时角都为0°,前后每隔1h增加15°,也就是说夏季太阳辐射最强的时段是在每天的11点到13点.但由于地球本身是个蓄热体,使得地面附近空气温度的变化与太阳辐射强度的变化并不同步,室外空气温度的最高值一般出现在15点左右[7],

3、大约延迟了3个小时.　　1.2室外计算日平均温度和逐时温度　　根据《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87的规定,夏季空调室外计算日平均温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度[8].考虑到夏季空调室外计算逐时温度受日照影响呈周期性变化,可以用正弦函数项的级数表达,将其变换为傅立叶级数展开式,分解为多阶谐波的组合.但在工程上,为了简化计算过程,一般按照一阶简谐波近似计算,并给定气温峰值出现在15时.即τ时刻的室外空气温度为[9]:　　其中tw·τ为τ时刻夏季空调室外计算逐时温度,℃;tw·p为夏季空调室外计算

4、日平均温度,℃;tw·max为夏季空调空外干球温度,℃;(tw·max-tw·p)为设计日室外室气温度波动的波幅,℃.　　1.3室外空气综合温度[10]　　在计算空调房间得热量时,围护结构外表面的温度是一个重要的参数,由于围护结构外表面同时受到太阳辐射和室外空气温度波的热作用,所以计算时采用室外空气综合温度tz·τ.　　其中ρ为吸收系数;I为太阳辐射强度,W/m2;αw为墙体外表面换热系数,W/(m2·℃).2谐波反应法计算空调冷负荷　　由于围护结构本身也是一个蓄热体,因此,墙体的传热存在着延迟和衰减现象,如图1所

5、示.工程上常用谐波反应法计算空调的冷负荷[11].　　　　 　　图1墙体在室温25℃时的内外壁温度　　其中K为围护结构的传热系数,W/m2·℃;F为外墙的面积,m2;€tZ为计算日室外综合温度的平均值,℃,€tZ=tz·τ;tN为夏季空调室内空气计算温度,℃;βd、βf分别为空调房间得热量中对流热和辐射热占总得热量的比例;αN为外墙内表面的换热系数,W/m2·℃;Δtz·1为第1阶室外综合温度波的波幅,℃;υ1为围护结构对1阶综合温度扰量的衰减度;υ′1为房间对1阶墙体或屋顶传导得热中辐射热扰量的衰减度;ε1为围护

6、结构对1阶综合温度扰量的相位延迟,rad;ε′1为房间对1阶墙体或屋顶传导得热中辐射热扰量的相位延迟,rad.3建筑节能方案分析　　3.1传热系数K　　从某种意义上讲,传热系数是影响空调冷负荷的决定性因素,K值越小,墙体的热阻则越大,空调冷负荷就越小.传热系数的计算公式如下[12]:　　其中δi为围护结构各层的厚度,m;λi为围护结构各层材料的导热系数,W/m·℃.　　由(3)式可知,减小αN和αw可以相应的减小K值,若将外墙的内、外表面都采用非光滑表面,对于内表面来讲可以阻碍室内空气沿墙的流动,降低流动速度,弱化

7、对流换热过程减小αN;对于外表面来讲不但其对室内空气的热作用效果是不同的[14].　　3.2围护结构的放热衰减度r　　围护结构对综合温度扰量的衰减度υ1和房间对墙体或屋顶传导得热中辐射热扰量的衰减度υ′1都是与室外空气温度的作用周期有关的参数,反映了建筑物的热惰性.衰减度按下式计算[11].　　式中D为围护结构的热惰性指标,D=6n　　i=1RiSi;S1、S2、⋯、Sn为由内到外各层材料的蓄热系数,W/(m2·℃),S=2πcρλZ;Y1、Y2、⋯、Yn为由内到外各层材料外表面蓄热系数,W/(m2·℃);Ri为各

8、层材料的热阻,m2·℃/W;c为材料的质量热容,J/(kg·℃);ρ为材料的质量密度,kg/m3;Z为温度波动周期,s(一般取24h=86400s计算).决定衰减度大小的参数是热惰性指标D,而影响热惰性指标的因素有材料的质量热容和质量密度.热惰性指标越大,则墙体的蓄热能力越强,室外空气温度波进入室内的幅值就越小,这对减小空调冷负荷以及室内空气热稳定性都是有利