大面积房间空调内外区的划分方法

-122·设计参考 暖通空调HV＆AC2010年第40卷第8期 大面积房间空调内外区的 划分方法 河北建筑工程学院潘志信☆ 张志红李丹 摘要公共建筑内一些大面积房间的空调系统通常需要划分内外区，但目前尚无合理的 划分规则。从冬季热平衡角度对空调房间进行了理论，阐述了按热平衡原理分区的方法， 并给出了应用实例。 关键词 热平衡 内区 外区 分区方法 Divisionmethodofinteriorandperipheralzonesfor thelargeareaairconditioningroom ByPonzhlX|n★。ZhongZhlhongondLIDon AbstractSomeairconditioningsystemsoflargeroomsinpublicbuildingsgenerallyneedtodividing interiorandperipheralzones，butthereisnoavailablerationalpartitionruleatpresent．Accordingtothe theoreticalanalysisontheairconditionedroomfromtheperspectiveofthermalbalanceinwinter，presents thedivisionmethodandgivesanapplicableexample． Keywordsthermalbalance，interiorzone，peripheralzone，divisionmethod ★HobOiInstituteofArchitecturalEngineering，Zhangjiakou，HebeiProvince，China O 引言 现代公共建筑的规模越来越大，其空调内区所 占比例也越来越大。含有空调内外区而不按内外 区进行空调系统设计，或对内外区系统处理措施不 当的建筑，大都会出现内外区温湿度偏差大、舒适 性差的现象，特别是冬季一些大厦存在内区偏热， 内外区房间的温差过大[1]问题。同时由于冬季内 区过热还会造成能量的大量浪费。 内外区的划分是分区空调设计的一个重要环 节，分区方法不当会影响空调效果和能耗水平。建 筑物的空调内外区系统包括两种情况，第一种是全 部由内区房间或全部由外区房间组成的空调系统， 第二种是一个大房间分为内区和外区的空调系统。 第一种情况房间的隔墙就是空调内、外区的界限， 此种情况不在本文讨论范围之内。第二种情况，内 外区的分界是虚拟的，对于这种情况一直以来没有 科学而系统的划分方法，所以在空调设计中大都存 在盲目性，空调质量和节能效果难以保证。 对于空调内外区的划分，不同的设计者有不同 的观点。例如，美国的一些设计师认为进深超过8 m要划分内外区，欧洲设计者认为进深超过5m 就要划分内外区r1]；日本的设计者一般将办公建筑 沿外窗3一-,4m的范围作为空调外区[23；而我国的 设计者将这一范围控制在距外墙3～8m范 围【1门_]。这些观点均产生于不同的工程背景和个 人经验，缺乏理论支持，而且尺度范围大，可操作性 不强。本文将通过空调外区热平衡分析来讨论这 一问题。 1 按热平衡原理划分内外区 在冬季，外围护结构向外传热，形成热负荷，室 内人员、照明、设备散热形成冷负荷，理论上二者可 相互抵消。在空调外区应尽量使冬季外围护结构 耗热量与室内显热冷负荷相近，以减少冬季供热 ☆潘志信．男，1956年10月生．大学，副教授 075024河北张家L|市建国路33号河北建筑工程学院城建系 (0313)2050823 E—mail：pzx3691@163．tom 收稿F1期：2009—08—05 修回口期：2009—12—31 万方数据 暖通空凋HV&AC2010年第40卷第8期 设计参考·123· 量。空调内外区的划分除了考虑室内空气参数的 调节方便之外，还关系到空调能耗水平的高低。在 一定条件下。当空调房间采用强制对流时，外围护 结构耗热量的变化对室内空气的影响范围是可以 由人工控制的。所以，按照冬季热平衡要求确定空 调内外区的分界一般是合理的，也是可行的。 1．1层房间 图l是标准层大面积房间内外区平面示意图， 图中虚线为内外区虚拟分界线，距外墙尺寸分别为 D】，D2。 图1大房间空调内外区平面示意图 一般窄调房间为正压，不考虑冷空气渗透耗热 量，且忽略其他附加耗热量，则冬季外墙的单位面 积耗热量q，和外窗的单位面积耗热量q。分别为 q。一m。K。△￡ (1) qg—m。K。& (2) 式(1)，(2)中m。为考虑太阳热作用的朝向修正 因数，按GB50019--2003《采暖通风与空气调节设 计》确定，北向m。一1．1，南向m。=0．8，东、西 向优。一o．95；K。为外墙传热系数，w／(m2·℃)； &为冬季空调室内外空气计算温差，℃；K。为外 窗传热系数，w／(I-F12·℃)。 设外围护结构的窗墙面积比为z，则含有实墙 体和玻璃窗的外围护结构的冬季平均耗热量q。为 q。一(1一x)q。+凹g= m。[K。+x(K。一K。)]&(3) 设外围护结构计算高度为h。，则宽度为lm 的外围护结构的冬季总耗热量为hwq。；设室内单 位面积人员、照明、设备总得热冷负荷为q，，空调内 外区分界线距外墙尺寸为Di，则宽度为lm的外 区得热龟为Diq，；根据热平衡原理，令hwq。=D，q，， 将式(3)代人并整理得 D。=丝丝型里[K。+z(K。一K。)](4) qr 令 C=mcAtEK。+z(K。一K。)](5) qr 式(4)可改写为 D，=饧。 (6) 式(4)～(6)中C为空调外区进深系数，与围护结 构材料、朝向、窗墙比、建筑物所在地区和房间用途 有关；D，即图l中的D，或D。。计算出进深系数 C就可以方便地计算出空调外区进深尺寸D，。 以上计算式是在只有一个方向外墙的条件下 导出的。如果外区只有一面外墙，按式(6)确定的 内外区界限，理论上冬季在设计工况下可以使空调 外区实现热平衡，有可能实现“零供热”，最大限度 地节省能量。当冬季室外空气温度低于计算温度 时，由外区末端设备进行补充供热，当室外温度高 于计算温度时，末端设备转为供冷，此时同内区一 样，外区也可以利用室外空气的冷源消除余热。 当外区有不同方向的相邻外墙时，用上述方法 确定的外区拐角处(图1中阴影部分)冬季不能实 现热平衡，该区域在设计工况下外围护结构耗热量 大于室内得热冷负荷，为了避免使空调系统过于复 杂，拐角处仍可采用上述方法确定的分界线，但该 区域冬季需要多补充一些热量。 1．2顶层房间 位于建筑顶层的房间，外区比标准层多出屋顶 的耗热鼍，设屋顶传热系数为K。，那么宽度为1 m，进深为n的外区屋顶耗热量qa为 qd—D，KdAt (7) 根据热平衡原理，令h。q。+qa—Diq，，将式 (3)，(7)代入并整理得 D，5嵩[Kw+z(Ks—Kw)](8) 令 c。揣[Kw+z(Kz～Kw)](9) 式(9)就是顶层房间外区进深系数的计算公 式，进深尺寸Di仍由式(6)确定。对于顶层房间有 相邻两面外墙的情况，处理方法与标准层相同。 1．3底层房间 冬季能够向室外传热的地面主要或全部在外 区，因此外区应考虑地面耗热量。参照供暖热负荷 万方数据 ·124·设计参考 暖通窄调HV&AC2010年第40卷第8期 计算中的“地带法”，将距外墙6m(3个地带)以内 的地面的传热系数取平均值，式(7)～(9)中的Ka 换为地面平均传热系数，那么就可用与顶层房间相 同的方法确定底层的内外区。计算会存在一定的 误差，但由于地面传热量很小，引起的误差也很小， 在工程上是可以接受的。 2计算实例 计算条件：北京地区，冬季空调室外计算温度 为～9．8℃；某商场营业厅，冬季空调室内计算温 度为22℃；房间朝向为正南，两侧相邻空调房间， 房间宽24m，进深21rn，高4．5m；墙体传热系数 为0．7w／(m2·℃)；3个外窗，尺寸均为高2．4 m，宽7．2m，窗台距地面0．9m，玻璃窗的传热系 数为2．1w／(m2·℃)；单位面积人员冷负荷为 21．3w／mz；单位面积电气设备、照明得热冷负荷 为9．9W／m2。要求确定空调外区范围。 1)计算窗墙面积比：X-=---7．2InX2．4rrlX3÷ (24mX4．5m)=0．48； 2)计算冬季空调负荷室内外计算温差：△z一 22℃+9．8℃=31．8℃； 3)计算室内冬季单位面积总得热冷负荷：q，= 21．3W／m2+9．9w／m2—31．2W／m2； 4)取朝向修正率77z。=0．8，由式(5)计算进深 系数：C一1．12； 5)由式(6)计算空调外区进深尺寸：D·= 1．12×4．5m=5．04m。 因此，确定距外墙5．0m以内为空调外区。 3结论 3．1 空调内外区的划分应考虑建筑物层高、外围 护结构的窗墙比和热工性能、地理位置、气候条件 等因素，不能采用统一的经验数值，应通过计算确 定。 3．2当大面积房间为开敞空间且没有有效分隔 时，可采用热平衡法进行空调内外区的划分。在建 筑功能明确、室内分隔意向确定的情况下，空调内 外区应按分隔情况确定，不适合采用热平衡法。 3．3在热平衡法中，国家和各地方已出台的建筑 节能设计标准、法规，大都明确规定了围护结构的 传热系数等热工指标，按照条文规定的数据或按照 建筑设计确定的热工数据计算进深系数都是很方 便的。以上所述空调内外区的划分方法，已经在工 程设计中得到应用，可操作性强、运行效果好，因此 具有较好的实用性。 参考文献： E13薛志峰，江亿．变风量空调系统设计中的系统分区问 题[J]．暖通空调，2003，33(1)；87—90 [2]范存养．EI本办公楼建筑标准层空调方式综述[J1．暖 通窄调，2008，38(8)：30—42 [3]宋宏光．办公建筑变风量分区空调系统设计问题探讨 口]．暖通空调，2006，36(10)：70—74，124 [4]赵伟．有内区建筑物的空调方式[J]．暖通空调，2005， 35(1)：74—76，73 [5]中国有色工程设计研究总院．GB50019--2003采 暖通风与空气调节设计规范[S]．北京：中国出版 社，2003 [6]中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业 委员会．GB50189--2005公共建筑节能设计标准 [S]．北京：中国建筑工业出版社，2005 ·会讯· 北京制冷学会举办庆祝学会成立30周年暨第10届学术年会活动 2010年7月13日，北京制冷学会在中国中元国际工 程公司学术厅召开了庆祝学会成立30周年暨第lO 届学术年会。大会由北京制冷学会副理事长、清华大学李 先庭教授主持。北京制冷学会副理事长吴德绳在大会上 致欢迎辞。北京市科协学会部副部长徐新、中国制冷学会 常务副秘书长邱忠岳、中国制冷窄调工业协会副秘书长胡 兆奎在大会上讲话。清华大学建筑节能研究中心江亿院 士作了题为《对空调制冷领域未来发展的思考》的报告；中 国科学院理化技术研究所吴剑峰研究员作r题为《我国天 然气液化技术的发展路线》的报告；北京中铁快运物流科 技公司李援朝高级工程师作了题为《冷链物流技术创新探 讨》的报告；中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院 路宾研究员作了题为《我国建筑节能标准及检测技术发展 状况》的报告；中围科学院理化技术研究所低温工程学重 点实验室邓中山研究员作了题为《纳米低温牛物医学技术 研究进展》的报告。学会印发了庆祝北京制冷学会成立 30周年暨第lo届学术年会论文集和纪念学会成立30周 年大事记。100余人参加了大会。 (本刊特约通讯员昊延鹏) 万方数据 大面积房间空调内外区的划分方法 作者： 潘志信， 张志红， 李丹， Pan Zhixin， Zhong Zhihong， Li Dan 作者单位： 河北建筑工程学院 刊名： 暖通空调 英文刊名： HEATING VENTILATING & AIR CONDITIONING 年，卷(期)： 2010,40(8) 参考文献(6条) 1.薛志峰.江亿 变风量空调系统设计中的系统分区问题 2003(1) 2.范存养 日本办公楼建筑标准层空调方式综述 2008(8) 3.宋宏光 办公建筑变风量分区空调系统设计问题探讨 2006(10) 4.赵伟 有内区建筑物的空调方式 2005(1) 5.中国有色工程设计研究总院 GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范 2003 6.中国建筑科学研究院.中国建筑业协会建筑节能专业委员会 GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准 2005 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ntkt201008029.aspx