程海峰 張 舉 胡 寧

0 引言

觀演建筑是一個綜合性的藝術(shù)場所，也是觀眾和演員停留和活動的場所，主體由觀眾廳和舞臺區(qū)組成。其特點是觀眾廳面積大、整體空間高、人員多而集中，并且有復雜的布景和燈具，因而給其空調(diào)系統(tǒng)設計帶來一系列復雜問題［1］，而且為了適應不同藝術(shù)、不同季節(jié)的使用需要，其空調(diào)系統(tǒng)還需做相應的不同功能轉(zhuǎn)換。

傳統(tǒng)的設計方法往往根據(jù)計算出的峰值負荷確定主機容量和系統(tǒng)配置，這樣勢必造成資源浪費、運行能耗高。本文采用動態(tài)負荷分析方法分析建筑物內(nèi)各種不同室內(nèi)工況下的負荷分布狀態(tài)，找出其有效穩(wěn)定的負荷基數(shù)，以此作為空調(diào)設備選配依據(jù)，指導空調(diào)運行方案制定。

負荷基數(shù)指建筑物在不同室內(nèi)外工況、不同負荷時段下的常年穩(wěn)定負荷區(qū)間，該區(qū)間同時還應滿足制冷機組的高效運行域。以負荷計算為基礎，通過負荷分析找出建筑物所需負荷基數(shù)的方法稱為負荷基數(shù)法。負荷基數(shù)法能夠客觀的反映建筑內(nèi)各種工況下的負荷分布狀態(tài)，對一些常年存在建筑內(nèi)熱的建筑、功能復雜建筑的主機選配、節(jié)能運行、降低造價，有著十分顯著的作用。筆者采用負荷基數(shù)法對合肥某綜合性演藝場館進行了負荷分析，取得了一些有益的成果和經(jīng)驗。

1 采用負荷基數(shù)法進行建筑物暖通空調(diào)負荷分析

以合肥市某觀演建筑為例，該項目建筑面積202 48 m2，地下1層，地上5層。負1層為公共設備用房、演職員準備間；1層為門廳、入場等候區(qū)與峰值人員1 000人的大型秀場及升降舞臺區(qū)；2層為秀場貴賓包間；3層為演藝職員餐廳，燈光音響設備層及酒吧包廂；4～5層為大型餐廳及包間。采用負荷基數(shù)法對1層大型秀場及其與之功能相關(guān)聯(lián)的區(qū)域進行負荷分析，不包括3層酒吧包廂及4～5層餐飲，結(jié)果如下。

1.1 設定負荷計算與負荷分析的邊界條件

空調(diào)室外設計參數(shù)如表1所示，室內(nèi)典型工況下參數(shù)如表2所示，其他工況下室內(nèi)參數(shù)分別在各種工況中介紹。

表1 室外空調(diào)負荷計算參數(shù)

表2 典型工況下室內(nèi)空調(diào)設計參數(shù)

1.2 典型日各功能區(qū)的負荷計算

匯總結(jié)果如表3所示，逐時負荷如表4所示。

表3 典型工況下各功能區(qū)負荷匯總

表4 典型工況下各功能區(qū)逐時負荷

1.3 改變邊界條件后的建筑負荷

邊界條件改變的各種室內(nèi)外工況如表5所示。

表5 邊界條件改變各種室內(nèi)外工況

在典型工況基礎上，按照單一邊界條件變化得到26種不同工況下的負荷，結(jié)果如下。

1.4 進行負荷分析并確定負荷基數(shù)

1.4.1 負荷計算結(jié)果如表6所示。

1.4.2 負荷基數(shù)

以上所列舉27種工況中值班工況下負荷很小，值班室中直接設置分體空調(diào)即可滿足需要，負荷分析中此工況可略去不計；其余26種工況中最小負荷中的最大值為142 kW，由于機組高效運行區(qū)間一般為50%～85%，因此負荷基數(shù)域為167～284 kW。取27種工況中最大冷負荷中的最大值作為總冷負荷，為783 kW。

1.4.3 負荷分析

1.4.3.1 冬季全新風運行的可行性

由于該建筑大部分為內(nèi)區(qū)房間，冬季設備、燈光及舞臺散熱量大，因而冬季在除去新風負荷的情況下，建筑不僅不需要供熱，反而需要供冷，此時可考慮全新風運行，并進行新風量校核。以典型工況下冬季熱負荷（不含新風）為例：冬季合肥通風室外計算溫度2 ℃，相對濕度按75%計，則通風室外空氣計算焓值為10.12 k J/kg；室內(nèi)狀態(tài)點參數(shù)為：干球溫度18 ℃，相對濕度60%，則室內(nèi)空氣焓值為37.5 kJ/kg，則通風室內(nèi)外焓差為27.38 kJ/kg冬季空調(diào)熱負荷為-327 k W，考慮直接用通風消除余熱，則所需風量經(jīng)計算得風量為35 294 m3/h；而滿足建筑新風需求的風量為31 155 m3/h，因此這種工況下全新風運行完全可以滿足室內(nèi)熱負荷要求。

1.4.3.2 夏季各種工況下負荷

典型工況下計算負荷為740.75 kW，當觀眾到場率不同時，負荷會發(fā)生相應變化；系統(tǒng)同時也考慮到了當觀眾到場率達120%的極端工況下的正常運行。

新風標準不同時，負荷也發(fā)生變化，通過負荷計算，當新風標準取15 m3/人·h時負荷為557 kW，與新風標準按30 m3/人·h相比，負荷減少了183 kW，因此當滿足衛(wèi)生需要時，小新風量運行，節(jié)能非常顯著；當實際場內(nèi)人員超過設計人員密度時采取定新風量運行以利節(jié)能。

該項目彩排工況根據(jù)人員到場率，設備開啟情況，及彩排工況共分為16種情況，在實際系統(tǒng)運行中，根據(jù)實際工況下空調(diào)負荷，合理啟停機組，以達到節(jié)能高效運行的目的。

2 根據(jù)負荷計算結(jié)果確定的負荷基數(shù)確定的機組配置方案

根據(jù)負荷基數(shù)域為167～284 kW，選擇1臺制冷量為231 kW的機組，全天24 h運行；根據(jù)峰值冷負荷783 kW，選擇1臺制冷量572 kW的機組運行于18：00～2：00時段；根據(jù)逐時負荷的分布特征，分別或組合運行2臺主機。

3 與傳統(tǒng)方案相比較

現(xiàn)行方案冬季采用空場預熱，演藝時段采用通風方式空調(diào)；夏季冷水機組配置依據(jù)負荷分析結(jié)果，與傳統(tǒng)方案不同。傳統(tǒng)方案冷水機組配置一般按照均分原則，即選擇2臺制冷量為376 k W機組，除3：00～17：00開啟1臺機組外，其余時間段要同時開啟2臺機組。合肥地區(qū)夏季空調(diào)制冷期按6～9月120天計算，采用部分負荷綜合能效值IPLV來衡量全年的綜合效益。

表6 不同工況下負荷計算結(jié)果

IPLV＝0.01A＋0.42B＋0.45C＋0.12D[2]

式中 A——100%負荷時COP，對應于冷卻水進水溫度為29.4 ℃；

B——75%負荷時COP ，對應于冷卻水進水溫度為23.9 ℃；

C——50%負荷時COP，對應于冷卻水進水溫度為18.3 ℃；

D——25%負荷時COP，對應于冷卻水進水溫度為18.3 ℃。

查選型手冊，得：A＝6 W/W，B＝8.3 W/W，C＝10.2 W/W，D＝7.8 W/W，計算得綜合能效IPLV為9.07 W/W。

式中 Q——制冷量（kW）；

T——年運行時間（h）。采用部分負荷能效來比較2種方案下年耗電量：

3.1 傳統(tǒng)方案

3.2 現(xiàn)行方案

因此，現(xiàn)行方案在節(jié)能方面更具優(yōu)勢，運行1年節(jié)省電能51 520 kW·h。

4 結(jié)語

（1）采用負荷基數(shù)法對大型演藝場所進行負荷分析，能綜合考慮室內(nèi)外各種工況，以運行全過程的連續(xù)工況變化為依據(jù)，分析系統(tǒng)最佳運行狀態(tài)；

（2）負荷基數(shù)法基于全過程的運行工況制定系統(tǒng)方案并配置相應的設備，使系統(tǒng)的性能指標在最大負荷時和在部分負荷運行時均處于高效區(qū)，節(jié)約能耗；

（3）負荷分析結(jié)果為各種工況下的系統(tǒng)運行策略提供了依據(jù)和節(jié)能運行預案；

（4）合理確定負荷基數(shù)可以最大限度的發(fā)揮設備效能，減少資源浪費，減少裝機容量，降低造價。

［1］顧潔.暖通空調(diào)設計與計算方法.化學工業(yè)出版社，2007

［2］ARI550/590—1998 美國離心式冰水主機性能標準