CN112303856A - 一种空调冷负荷计算的实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调冷负荷计算的实现方法及系统，其方法包括以下步骤：预先设置excel表格中的基础参数项，以及，根据所述基础参数项的计算函数；录入基础参数项的具体数值，并根据所述计算函数进行相应的冷负荷计算。本发明空调冷负荷计算的实现方法及系统由于采用了可重复利用的基础参数项以及计算函数，预先设置在excel表格中，从而在后续的使用中，可以简化空调冷负荷计算的复杂度，并减少工作量，提高计算效率和准确度。

Description

一种空调冷负荷计算的实现方法及系统

技术领域

本发明涉及一种空调冷负荷计算的实现方法及系统，尤其涉及的是一种利用excel软件进行空调冷负荷计算的软件实现改进方法及系统。

背景技术

现有技术中，冷负荷的定义是为保持建筑物的热湿环境和所要求的室内温度，必须由空调系统从房间带走的热量叫空调房间冷负荷，或在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷，冷负荷包括显热量和潜热量两部分。

在现有的建筑设计中，尤其是装修设计中，需要专门就冷负荷进行计算，空调冷负荷计算有明确的计算标准，但非常复杂，要从时间和空间上进行全方位的计算。从时间上，春夏秋冬的季节变换，每天的从白天早晨到晚上夜间，导致对冷负荷的需求不同。从空间上，房间的楼层高度、朝向、周边环境以及建筑材料，门窗设置，家居布置以及居住人口等等，都是空调冷负荷计算的影响因素。空调冷负荷计算的工作量之大，常常使设计人员望而却步，进而可能导致干计算的频频出错，甚至可能在工作量上偷工减料，计算不精准，导致设计存在缺陷。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调冷负荷计算的实现方法及系统，针对现有技术存在的工作量繁琐复杂之缺陷，提供一种方便计算并且减少工作连量的软件实现方案。

本发明的技术方案如下：

一种空调冷负荷计算的实现方法，其包括以下步骤：

A、预先设置excel表格中的基础参数项，以及，根据所述基础参数项的计算函数；

B、录入基础参数项的具体数值，并根据所述计算函数进行相应的冷负荷计算。

所述的空调冷负荷计算的实现方法，其中，还包括步骤：

C、根据所述步骤B的计算绘制图表。

所述的空调冷负荷计算的实现方法，其中，所述基础参数项设置包括针对不同时间点的参数和针对不同空间选项的参数，所述针对不同时间点的参数为计算日24小时的时间点参数，所述针对不同空间选项的参数包括地理位置、朝向、材料的空间参数。

任一所述的空调冷负荷计算的实现方法，其中，所述步骤B还包括：在首次使用之后的后续使用中，根据差异调整相应的各基础参数项。

所述的空调冷负荷计算的实现方法，其中，所述步骤A中的基础参数项还设置在独立的工作表页中。

一种任一所述空调冷负荷计算的实现系统，其中，包括：

一基础参数项输入单元，用于预先设置excel表格中的基础参数项；

至少一计算函数，用于根据所述基础参数项进行冷负荷计算；

一冷负荷计算结果单元，根据录入的基础参数项的具体数值，以及所述计算函数进行相应的冷负荷计算。

所述的空调冷负荷计算的实现系统，其中，还包括一图表绘制单元，跟所述冷负荷计算结果绘制形成图表。

所述的空调冷负荷计算的实现系统，其中，所述基础参数项以及所述冷负荷计算结果采用独立的工作表页设置。

所述的空调冷负荷计算的实现系统，其中，所述基础参数输入单元还在首次使用之后的后续使用中，根据差异调整相应的各基础参数项。

本发明所提供的一种空调冷负荷计算的实现方法及系统，由于采用了可重复利用的基础参数项以及计算函数，预先设置在excel表格中，从而在后续的使用中，可以简化空调冷负荷计算的复杂度，并减少工作量，提高计算效率和准确度。

附图说明

图1为本发明所述空调冷负荷计算的实现方法及系统的示例图表。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明所提供的一种空调冷负荷计算的实现方法及系统，其较佳实施例中，主要是利用excel表格的计算能力，预先设置excel表格中的基础参数项，以及根据所述基础参数项的计算函数，形成冷负荷计算的结果表格。较佳地是，将所述基础参数项都分别设置在不同的表格中，通过表格之间的参数项调用进行函数计算，并形成最终的冷负荷计算结果。

在所述基础参数项录入其相应的具体数值，并根据所述预先设置的计算函数进行冷负荷计算，将计算结果输出到相应的表格中。所述结果表格为方便后续处理，可以设置到独立的全新表格中。

在进一步的实施例中，本发明所述冷负荷计算的实现方法及系统还可以利用excel的处理能力，进行针对冷符合计算结果的自动检查，例如可以设置某些个结果选项的数值范围，从而可以自动进行校对和检查。针对空调冷负荷计算的结果还可以设置成自动绘制图表，例如柱形图或波形图，以便直观地判断冷负荷针对时间或空间的变化趋势。

本发明所述空调冷负荷计算的实现方法及系统中，所述基础参数项可以设置在独立的工作表页中，并且包括针对不同时间点的参数和针对不同空间选项的参数，请参见以下具体实施例。所述针对不同时间点的参数为计算日24小时的时间点之相应参数，虽然以年为周期基本上每年的变化规律大致是相同的，但本发明基于冷负荷系数计算法的处理方式，一般是针对具体的计算日，按照24小时进行分时计算，确定相应的冷负荷需求。

而在空间上，包括地理位置、朝向、材料等等各种空间参数，另外，还需要考虑其他的特殊参数，例如台风、湿度、容纳人数等变化参量，考虑这些所有的参量，最终形成的冷负荷计算才是较为科学的计算处理。而现有技术中因为该计算量的繁琐和复杂，很容易导致处理过程中的计算失误或人为减少对某些参量的考虑，导致无法精准判断应该装载的空调制冷能力，导致要么过大的加载空调机，导致能耗浪费，要么空调机制冷能力不够，以及针对不同的时间点空调的制冷能力不匹配，造成对空调工作能力的浪费或者制冷不足，室内空气质量不好。

在本发明的较佳实施例中，所述基础参数项的录入在首次是比价复杂的，需要一一录入，并且同样存在着失误的可能性。但在首次使用之后的后续使用中，就可以根据各基础参数项的差异进行调整相应的基础参数项，对有经验的使用者来说，就可以大大节省后续工作的工作量。

本发明所述实现方法及系统中，还可以将所述步骤A中的基础参数项分门别类地设置在独立的工作表页中，并从各不同表格中调用对应的基础参数项具体数值，从而方便针对各基础参数项的录入、核对检查等。

以下针对具体的较佳实施例进行说明本发明的实现方案，参照图1是某栋深圳建筑的冷负荷计算方案，其中示出了冷负荷计算的局部，采用的excel表格是将各个参数项以及相应的冷负荷计算公式预先输入到了excel表格中，并可以从不同的表格中调用并依照相应的计算函数(公式)进行计算处理。

在针对不同地方的冷负荷计算时，需要预先设置和输入不同的基础数据，例如在针对深圳的冷负荷计算时就需要输入深圳的基础参数项。而在以下的实施例描述中，则以天津为例进行了说明。

首先，预先设置的基础参数项包括基本气象参数:

地理位置:例如天津市

台站位置:例如北纬39.100 东经117.160

夏季大气压:1004.80kPa

夏季室外计算干球温度:33.40℃

夏季空调日平均:29.20℃

夏季计算日较差:8.10℃

夏季室外湿球温度:26.90℃

夏季室外平均风速:2.60m/s

其次，针对外墙和屋面传热冷负荷计算公式：

外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Qτ(W，瓦特)，按下式计算：

Qτ＝KFΔtτ-ξ (1.1)

其中，式中F为计算面积，标准单位为㎡(平方米)；τ为计算时刻，标准单位为点钟；τ-ξ为温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻，标准单位为点钟；Δtτ-ξ是指在作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，标准单位为℃。该公式可以将其作为计算函数预先设置在excel表格中。例如对于延迟时间为5小时的外墙,在确定16点房间的传热冷负荷时,应取计算时刻τ＝16,时间延迟为ξ＝5,作用时刻为τ-ξ＝16-5＝11。这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生的结果。

当外墙或屋顶的衰减系数β<0.2时，可用日平均冷负荷Qpj代替各计算时刻的冷负荷Qτ：Qpj＝KFΔtpj(1.2)

其中，式中Δtpj—负荷温差的日平均值，标准单位为℃(以下各公式中与前式相同的参量不再重复)。

第三，针对外窗的温差传热冷负荷计算：

通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷Qτ按下式计算：

Qτ＝KFΔtτ(2.1)

其中，式中Δtτ为计算时刻下的负荷温差，标准单位为℃；K为传热系数。

第四，针对外窗太阳辐射冷负荷的计算：

透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据不同情况分别按下列各式计算：

1.当外窗无任何遮阳设施时

Qτ＝FCsCaJwτ(3.1)

式中Jwτ为计算时刻下太阳总辐射负荷强度,标准单位为W/㎡；

2.当外窗只有内遮阳设施时

Qτ＝FCsCaCnJwτ(3.2)

式中Jwτ为计算时刻下太阳总辐射负荷强度,标准单位为W/㎡；

3.当外窗只有外遮阳板时

Qτ＝[F1Jnτ+FJnnτ]CsCa(3.3)

对于北纬27度以南地区的南窗，可不考虑外遮阳板的作用，直接按式(3.1)计算。

4.当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时

Qτ＝[F1Jnτ+FJnnτ]CsCnCa(3.4)

上述各式中，Jnτ是在计算时刻下，标准玻璃窗的直射辐射照度，标准单位为W/㎡；Jnnτ是在计算时刻下，标准玻璃窗的散热辐射照度，标准单位为W/㎡；F1是窗上收太阳直射照射的面积；F是外窗面积(包括窗框、即窗的墙洞面积)，F1和F的标准单位都是㎡；Ca是窗的有效面积系数；Cs是窗玻璃的遮挡系数；Cn是窗内遮阳设施的遮阳系数，Ca，Cs和Cn都与所选择的材料有关；对于北纬27度以南地区的南窗，可不考虑外遮阳板的作用，直接按式(3.2)计算。

第五，针对内围护结构的传热冷负荷计算，分别不同情况进行：

1.当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内窗的温差传热负荷，可按式(2.1)计算。

2.当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热负荷，可按式(1.1)计算，或按式(1.2)估算。此时负荷温差Δtτ-ξ及其平均值Δtpj，应按"零"朝向的数据采用。

3.当邻室有一定发热量时，通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷，按下式计算：

Q＝KF(twp+Δtls-tn)(4.1)

式中Q为稳态冷负荷，下同，标准单位为W；

twp为夏季空气调节室外计算日平均温度，标准单位为℃；

tn为夏季空气调节室内计算温度，标准单位为℃；

Δtls为邻室温升，可根据邻室散热强度采用，标准单位为℃。

第六，针对人体冷负荷的计算：

人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Qxτ，按下式计算：

Qxτ＝nq1CclrCr(5.1)

式中Cr群体系数，也就是说，在室内多个人时因为相互之间有热辐射影响，并不是一个人的完全倍数关系，而是要根据实际的经验设置不同的群体系数；

n计算时刻空调房间内的总人数；

q1为一名成年男子小时显热散热量，标准单位为W；

Cclr为人体显热散热冷负荷系数。

第七，关于灯光冷负荷的计算：

照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算：

1.白炽灯和镇流器在空调房间外的荧光灯

Q＝1000n1NXτ-T(6.1)

2.镇流器装在空调房间内的荧光灯

Q＝1200n1NXτ-T(6.2)

3.暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯

Q＝1000n0NXτ-T(6.3)

上面各式中N为照明设备的安装功率，标准单位为kW；

n0为考虑玻璃反射，顶棚内通风情况的系数，当荧光灯罩有小孔，利用自然通风散热于顶棚内时，取为0.5-0.6；荧光灯罩无通风孔时，视顶棚内通风情况取为0.6-0.8；

n1为同时使用系数，一般为0.5-0.8；

T为开灯时刻，标准单位为点钟；

τ-T为从开灯时刻算起到计算时刻的时间，标准单位为小时数h；

Xτ-T为τ-T时间照明散热的冷负荷系数。

第八，关于设备冷负荷的计算：

热设备及热表面散热形成的计算时刻冷负荷Qτ，按下式计算：

Qτ＝qsXτ-T(7.1)

其中，式中T为热源投入使用的时刻，标准单位为点钟；

τ-T为从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，标准单位为h；

Xτ-T为τ-T时间设备、器具散热的冷负荷系数；

qs为热源的实际散热量，标准单位为W。

电热、电动设备散热量的计算方法如下：

1.电热设备散热量

qs＝1000n1n2n3n4N(7.2)

2.电动机和工艺设备均在空调房间内的散发量

qs＝1000n1aN(7.3)

3.只有电动机在空调房间内的散热量

qs＝1000n1a(1-η)N(7.4)

4.只有工艺设备在空调房间内的散热量

qs＝1000n1aηN(7.5)

上述各式中，N为设备的总安装功率，标准单位为kW；

h为电动机的效率；

n1为同时使用系数，一般可取0.5-1.0；

n2为利用系数，一般可取0.7-0.9；

n3为小时平均实耗功率与设计最大功率之比，一般可取0.5左右；

n4为通风保温系数；

a为输入功率系数。

第九，针对渗透空气显热冷负荷的计算：

渗透空气的显冷负荷Qx(W)，按下式计算：

Qx＝0.28G(tw-tn)(8.1)

式中G为单位时间渗入室内的总空气量，标准单位为kg/h(公斤每小时)；

tw为夏季空调室外干球温度，标准单位为℃；

tn为室内计算温度，标准单位为℃。

第十，针对食物的显热散热冷负荷计算：

在具有餐厅功能的区域进行冷负荷计算时，需要考虑食物的散热量。食物的显热散热形成的冷负荷，可按每位就餐客人8.7W考虑(此为经验统计概算值)。

第十一，针对伴随散湿过程的潜热冷负荷计算：

1.人体散湿和潜热冷负荷计算：

(1)人体散湿量按下式计算：

D＝0.001φng(10.1)

式中D为散湿量，标准单位为kg/h；

g为一名成年男子的每小时散湿量，标准单位为g/h。

(2)人体散湿形成的潜热冷负荷Q(W)，按下式计算：

Q＝φnq2(10.2)

式中q2是一名成年男子每小时潜热散热量，标准单位为W；Φ为群体系数。

2.针对渗入空气散湿量及潜热冷负荷计算：

(1)渗透空气带入室内的湿量(kg/h)，按下式计算：D＝0.001G(dw-dn)(10.3)

(2)渗入空气形成的潜热冷负荷(W)，按下式计算：Q＝0.28G(iw-in)(10.4)

上述各式中dw为室外空气的含湿量，标准单位为g/Kg；dn为室内空气的含湿量，标准单位为g/Kg；

iw为室外空气的焓，标准单位为KJ/Kg；

in为室内空气的焓，标准单位为KJ/Kg。

3.针对食物散湿量及潜热冷负荷计算：

(1)餐厅的食物散湿量(kg/h)，按下式计算：D＝0.0115n(10.5)

式中n为就餐总人数。

(2)食物散湿量形成的潜热冷负荷(W)，按下式计算：Q＝8.7n(10.6)

4.水面蒸发散湿量及潜热冷负荷计算：

(1)敞开水面的蒸发散湿量(kg/h)，按下式计算：D＝(a+0.00013v)(Pqb-Pq)AB/B1(10.7)

式中A为蒸发表面积，标准单位为㎡；

a为不同水温下的扩散系数；

v为蒸发表面的空气流速；

Pqb为相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力；Pq为室内空气的水蒸气分压力；

B为标准大气压，取值为101325Pa；

B1为当地大气压(Pa)。

以下整理主要的空调冷负荷计算公式:

1.关于人体冷负荷的计算公式:

由显热散热造成的冷负荷＝群集系数*计算时刻空调房间的总人数*一名成年男子小时的显热散热量*人体显热散热量的冷负荷系数；

由潜热散热造成的冷负荷＝群集系数*计算时刻空调房间的总人数*一名成年男子小时的潜热散热量*人体潜热散热量的冷负荷系数。

2.关于人体湿负荷的计算公式:

湿负荷＝0.001*群集系数*空调房间人数*一名成年男子小时散湿量。

3.关于灯光冷负荷的计算公式:

白炽灯和镇流器在空调房间外的荧光灯的冷负荷＝1000*同时使用系数*照明设备的安装功率*照明散热的冷负荷系数；

镇流器装在空调房间内的荧光灯的冷负荷＝1200*同时使用系数*照明设备的安装功率*照明散热的冷负荷系数；

暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯的冷负荷＝1000*反射通风系数*照明设备的安装功率*照明散热的冷负荷系数；

其它冷负荷＝1000*照明实际散热量*照明散热量的冷负荷系数。

4.关于设备冷负荷的计算公式:

电热设备冷负荷＝1000*同时使用系数*利用系数*小时平均实耗功率与设计最大功率之比*通风保温系数*设备安装总功率*设备器具散热的冷负荷系数；

电动机和工艺设备均在空调房间内的冷负荷＝1000*同时使用系数*输入功率系数*设备安装总功率*设备器具散热的冷负荷系数；

只有电动机在空调房间内的冷负荷＝1000*同时使用系数*输入功率系数*设备安装总功率*(1-电动机效率)*设备器具散热的冷负荷系数；

只有工艺设备在空调房间的冷负荷＝1000*同时使用系数*输入功率系数*设备安装总功率*电动机效率*设备器具散热的冷负荷系数；

其它冷负荷＝1000*设备散热量*设备散热量的冷负荷系数。

5.关于新风的冷负荷计算公式:

新风全冷负荷Qq＝md*新风量*(iw-in)/3.6；

其中:md为夏季空调室外计算干球温度下的空气密度(1.13kg/m^3)；

iw为夏季室外计算参数下的焓值(kJ/kg)；in为室内空气的焓值(kJ/kg)。

6.关于新风的湿负荷计算公式:

新风湿负荷Qq＝md*新风量*(dw-dn)*0.001(kg/h)；

其中:dw为夏季空调室外计算参数时的含湿量(g/kg)；dn为室内空气的含湿量(g/kg)。

7.关于渗透的冷负荷计算公式:计算方法同上述关于新风的冷负荷计算公式。

8.关于渗透的湿负荷计算公式:计算方法同上述关于新风的湿负荷计算公式。

9.关于外墙和屋面冷负荷的计算公式:

冷负荷CL＝F*K((tl+td)*Ka-tn)；

其中:F为外墙或屋面的面积；K为外墙或屋面的传热系数；tl为冷负荷计算温度的逐时值；td为温度的地点修正值,标准单位为摄氏度；Ka为温度的由于外表面放热系数不同引起的温度修正系数,无因次量值；tn为室内设计温度。

10.关于外窗和天窗冷负荷的计算公式:

该冷负荷可分为三部分:直射冷负荷,散射冷负荷,传热冷负荷

直射冷负荷CL＝Fz*Cz*(Dj,max)*Ccl；

其中:Fz为窗玻璃的直射面积；Cz为窗玻璃的综合遮挡系数；Dj,max为日射得热因数的最大值；Ccl为冷负荷系数；

散射冷负荷CL＝Fs*Cz*(Dj,max)*Ccl；

其中:Fs为窗玻璃的散射面积，其他参数见上一公式。

传热冷负荷CL＝F*K(tl'-tn)

其中：tl’是窗玻璃室外传播温度，该参数不同于实际的室外温度，是影响窗玻璃散热的温度；tn是室内设计温度。

11.内围护结构冷负荷的计算公式:内围护结构包括:内门,内窗,内墙,楼板等

冷负荷CL＝F*K*Tls；其中Tls是邻室温差。

上述各计算公式可以通过预先设置在excel表格中，并相应输入对应的具体数值后，通过对应的计算函数进行自动计算处理。本发明所提供的软件系统还可以将各计算结果进行整理，并通过绘制直观的图表进行显示，例如方形图或波形图表。

本发明还提供一种空调冷负荷计算的实现系统，其设置包括了在excel表格中的基础参数输入单元，用于预先设置excel表格中的基础参数项；并在所述excel表格中设置至少一计算函数，用来根据所述基础参数项进行相应的空调冷负荷计算，具体的计算公式请参见上述实施例中的说明；以及一冷负荷计算结果单元，用于根据录入的基础参数项的具体数值，以及相应的计算函数，进行相应的冷负荷计算，并保存在列表中。

在更佳的实施例中，还设置包括一图表绘制单元，根据所述冷负荷计算结果进行图表绘制，例如形成方形图或波形图。所述基础参数项以及所述冷负荷计算结果可以采用独立的工作表页设置，并通过表格之间的调用进行向相应的冷负荷计算。为方便后续的基础参数项使用，所述基础参数项输入单元还设置采用在首次使用之后的后续使用中，根据基础参数项的差异进行调整相应的各基础参数项，而相同的基础参数项则可以使用原有的数值，这样就减少了后续使用中的参数项的具体数值输入之工作量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种空调冷负荷计算的实现方法，其包括以下步骤：

A、预先设置excel表格中的基础参数项，以及，根据所述基础参数项的计算函数；

B、录入基础参数项的具体数值，并根据所述计算函数进行相应的冷负荷计算。

2.根据权利要求1所述的空调冷负荷计算的实现方法，其特征在于，还包括步骤：

C、根据所述步骤B的计算绘制图表。

3.根据权利要求1所述的空调冷负荷计算的实现方法，其特征在于，所述基础参数项设置包括针对不同时间点的参数和针对不同空间选项的参数，所述针对不同时间点的参数为计算日24小时的时间点参数，所述针对不同空间选项的参数包括地理位置、朝向、材料的空间参数。

4.根据权利要求1至3任一所述的空调冷负荷计算的实现方法，其特征在于，所述步骤B还包括：在首次使用之后的后续使用中，根据差异调整相应的各基础参数项。

5.根据权利要求4所述的空调冷负荷计算的实现方法，其特征在于，所述步骤A中的基础参数项还设置在独立的工作表页中。

6.一种如权利要求1至5任一所述空调冷负荷计算的实现系统，其特征在于，包括：

一基础参数项输入单元，用于预先设置excel表格中的基础参数项；

至少一计算函数，用于根据所述基础参数项进行冷负荷计算；

一冷负荷计算结果单元，根据录入的基础参数项的具体数值，以及所述计算函数进行相应的冷负荷计算。

7.根据权利要求6所述的空调冷负荷计算的实现系统，其特征在于，还包括一图表绘制单元，跟所述冷负荷计算结果绘制形成图表。

8.根据权利要求7所述的空调冷负荷计算的实现系统，其特征在于，所述基础参数项以及所述冷负荷计算结果采用独立的工作表页设置。

9.根据权利要求8所述的空调冷负荷计算的实现系统，其特征在于，所述基础参数输入单元还在首次使用之后的后续使用中，根据差异调整相应的各基础参数项。

Images