深圳文化中心全年冷熱工況模擬分析

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摘要：深圳文化中心特殊的功能、復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)和重要的地位使得傳統(tǒng)的負荷計算方法無法得到其它時間建筑的冷熱需求，尤其無法分析過渡季利用新風(fēng)給室內(nèi)降溫這一重要的節(jié)能措施。建筑熱環(huán)境設(shè)計模擬軟件包DeST能夠?qū)ㄖ锶?760 小時冷熱工況的進行模擬分析，本文采用DeST對深圳文化中心的全年的冷熱工況進行了模擬分析，研究了其全年冷熱負荷的特點，從節(jié)省能源消耗的角度給出了空調(diào)系統(tǒng)劃分建議和全年新風(fēng)運行策略。    

　　1、工程特點深圳文化中心是深圳文化局籌建的工程項目，建筑方案由日本磯崎新設(shè)計室設(shè)計，施工圖由北京市建筑設(shè)計院深圳分院設(shè)計。深圳文化中心由兩個單體建筑組成，一個是圖書館，建筑面積40885 m²，另一個是音樂廳，建筑面積22436m²，建筑共八層，高40m。

　　深圳文化中心是功能特殊、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有著重要地位的建筑，它的下述特殊之處使得有必要對它的冷熱工況進行特殊計算和分析：使用功能特殊。深圳文化中心由圖書館和音樂廳兩棟建筑組成，這兩種使用功能都比較特殊，不是常見的商業(yè)建筑類型，其冷熱需求也有著與眾不同的特殊性。例如，音樂廳總照明配電功率為300kw，其面積為2173m²，平均141w/m²，遠超過常規(guī)商業(yè)建筑20～40 w/m²的照明配電功率。直接把這300kw看成室內(nèi)的余熱量是不合理的，因為這些照明設(shè)備并不同時使用，并且有一半左右的熱量以輻射方式散出，這些輻射熱量并不直接形成冷負荷，有一定滯后。

　　 空間拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖書館和音樂廳東向外墻為曲線形并且向內(nèi)傾斜的玻璃幕墻，入口門廳為從2層到7層貫通的高大中庭，門廳的屋頂由多個多面錐形的玻璃頂組成。音樂廳為從2層到6層向外伸展的碗狀空間。音樂廳和閱覽室的屋頂是帶架空隔熱層的懸鏈梁保溫屋面，并且自東向西成弧形升高。

　　地位重要。深圳文化中心是深圳文化局籌建的重要文化設(shè)施，是當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑之一，有非常重要的地位。

　　上述的特殊性使得難以用傳統(tǒng)的計算方法分析深圳文化中心的冷熱特性，并且其重要地位需要對它的全年冷熱工況進行詳細分析，只計算最大冷熱負荷難以滿足工程要求。因此北京市建筑設(shè)計研究院委托清華大學(xué)分析深圳文化中心的全年冷熱特性，我們采用清華大學(xué)空調(diào)教研室開發(fā)的建筑熱環(huán)境設(shè)計模擬軟件包DeST[1]模擬分析深圳文化中心的全年冷熱工況，希望能對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提供建議和指導(dǎo)。

　　2、采用DeST模擬分析的步驟

　　2.1、建筑模型首先在DeST界面內(nèi)按照建筑的尺寸和形狀輸入外墻、內(nèi)墻，添加門窗，描述建筑的拓撲結(jié)構(gòu)。

　　用DeST建立建筑模型時，可以用復(fù)制生成樓層的按鈕生成新的樓層，并且最好盡量使用該命令生成新樓層，一是可以加快繪圖速度，二是可以減少不必要的錯誤。繪圖時還需盡可能地將功能相同的相鄰房間合并一個大房間，這樣可以減少房間數(shù)目，加快模擬計算的速度，而又不影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　對于音樂廳這種高大空間，我們在建立模型時進行了適當(dāng)?shù)暮喕郧筝^為準(zhǔn)確的反映實際情況。簡化的方法是將音樂廳按照周圍房間的樓層高度分成多層，相鄰層之間設(shè)置了比較接近實際自然對流工況的2次/h 的換氣次數(shù)。

　　2.2、設(shè)定計算參數(shù)建筑模型建立完成后需要設(shè)定計算參數(shù)，包括定義建筑物的地理位置、維護結(jié)構(gòu)類型、室內(nèi)熱擾參數(shù)、房間功能、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、全年內(nèi)擾及空調(diào)作息模式等。對于該工程，我們采用如下參數(shù)進行計算：音樂廳、音樂廳小廳、圖書館報告廳的照明按照功率特別大，折算到平米指標(biāo)音樂廳為140 w/m²，音樂廳小廳為840 w/m²，圖書館報告廳260 w/m².如果直接按照此照明功率數(shù)計算，顯然是不合理的，因此我們參考《影劇院空調(diào)設(shè)計》[3]并考慮了排風(fēng)直接帶走熱量的影響作用，按照實際照明安裝功率乘以相關(guān)系數(shù)，如下式：N＝B1 B2 B3 B4∑n式中：N——照明計算功率；B1——燈具同時使用系數(shù)，取0.7；B2——燈具調(diào)光系數(shù)，取0.6；B3——燈具位置系數(shù)，取0.4；B4——排風(fēng)影響系數(shù)，考慮燈具散熱量中的50％為對流散熱，這部分熱量集中在吊頂處，對于從上部回排風(fēng)的系統(tǒng)，有一部分對流散熱量直接被排風(fēng)帶走，一般空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)比為20％，故該系數(shù)取0.9；∑n——照明安裝功率。

　　2.3、模擬計算完成上述工作后，DeST就可以模擬計算出建筑物全年的冷熱工況，包括全年逐時基礎(chǔ)室溫（指房間沒有空調(diào)時在外擾和內(nèi)擾作用下將達到的溫度值）、逐時冷熱負荷、空調(diào)箱逐時冷熱耗量、全年逐時最佳的新風(fēng)比。這正是該工程所需要而使用傳統(tǒng)計算方法不能得到的數(shù)據(jù)。