ASHRAE冷热负荷计算

文章来源：Liam Buckley

ASHRAE热平衡法在2001年的ASHRAE手册中首次被定义为负荷计算的首选方法，现在它是实践设计工程师最广泛采用的非住宅负荷计算方法。行业标准ASHRAE热平衡法具有很多重要的概念，其中三个重点如下。

1.包括所有空间表面

热平衡（HB）方法的图1中显示了三个热平衡，其中两个热平衡应用于空间或房间的每个表面。

从设计工程的角度来看，有两个重要的含义：

• 精确的模型几何时必要的，应该考虑到空间或房间的所有表面，包括内墙、天花板和地板。在某些情况下，与地面接触的高热质量地板甚至可能在冷却负荷计算期间从空间中散发出热量。
• 在所有的空间中都应该考虑太阳能追踪，包括内部空间，当太阳角度较低时，内部空间可能会在早晨或下午午后接收太阳辐射。直接针对房间内每个表面的热传导、对流和辐射热平衡进行计算，因此追踪入射的太阳辐射对于准确计算周边和内部空间中的太阳得热量至关重要。在图1中，内部区域的冷负荷报告显示负荷的11.5%是来自于太阳能辐射得热。

2.得热总和≠冷却负荷

ASHRAE热平衡法指出：“在任何给定时间，所有空间瞬时内得热的总和并不一定（甚至经常）等于该空间在同一时间内的冷却负荷”。图2通过演示与“得热与负荷”讨论相关的时间延迟来尝试传达这种现象。

从工程设计的角度来看，有三个重要含义：

• 设计人员应该考虑在充分利用所有内得热（例如最大居住者容量）的情况下，对房间和区域进行冷负荷计算，以考虑该设计条件，而不考虑这种情况发生的频率如何。我们将这种做法称为“饱和”内部内得热的设计冷却负荷计算。
  • 注意，在对中央空调设备（如AHU风机和冷却盘管）进行选型时，应考虑一些负荷差异。根据空间功能和操作的不同，典型的数值对于人员而言可能是90%，照明80%，插头设备50%。一些例外情况可能包括实验室、医疗保健或制药应用程序，这些应用程序可能有恒定的ACH要求。
  • 在预测年度建筑能耗/成本/碳排放时，我们不建议采用这种方法，而应使用每小时运行的情况。
• 典型的负荷计算为“设计日”，但由于负荷峰值不一定发生在外部干球温度峰值的月份，为了考虑所有的影响因素，应按月份进行逐时计算。ASHRAE设计气象数据库为全球数千个地点提供了这些数据。设计数据包括每个月的最高外部干球温度条件以及相应的每月同时发生的湿球温度条件，以防潜在负荷或较低的太阳角成为高峰条件的影响因素。
• 建筑中的所有建筑材料都有热容，因此，每个建筑组件的热质量都包括在冷负荷计算中，包括内部建筑组件。对任何给定的建筑组件特性（总U值，热阻R值）的审查也应该包括建筑组件的热质量（轻、重）。

3.根据经验法则审查结果

尽管最新版ASHRAE基础手册（第18章）提供了有关热平衡法的特殊信息，但它并未包含有关的负荷结果以及这些结果与经验法则的比较信息。有多种选项可用于传达和检查负荷结果。

从工程设计的角度来看，这种审查有三个共同的结果：

• 与经验法则进行比较：一般的经验法则会因气候和空间功能的不同而不同（例如走廊和实验室）。例如，基于ASHRAE手册发布的典型值是：

加热：?10 Btu / h.ft 2   [ 31.5 W/m²] 

显冷：

?15 Btu / h.ft 2 [47 W/m²] 

?1.0 cfm / ft 2 [4.5 l / sec / m² ]

• 添加安全系数（幅度过大）：两个IESVE电子表格报告自动显示包括10%的显热冷负荷和10%热负荷。这可能因公司而异，甚至同一家公司的工程师之间也可能有所不同。许多因素都会影响安，包括配电损失、区域施工质量、空间运营和启动能力。
• 选择并确定HAVC系统类型的大小：例如，一个典型的辐射地板可以提供~13 Btu/h.ft2 [~40 W/m2]的显冷，假设没有太阳能得热，30 Btu/h.ft2 [~90 W/m2] 的显热，取决于完成地板成品。或者，如果要选择全空气系统，则可以选择散流器，并可以确定风道的尺寸，下一步就是计算中央空调系统的容量。