對結(jié)構(gòu)已確定的建筑而言，對冷、熱負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確計算，設(shè)計和配置最佳的空調(diào)系統(tǒng)，這是最根本和最重要的降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的手段。由于建筑物冷、熱負(fù)荷的形成和類型比較復(fù)雜，影響因素較多，使得大多數(shù)設(shè)計人員采用粗略估算負(fù)荷的方法，這樣會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)容量配置與建筑物的負(fù)荷相差較大。如果空調(diào)系統(tǒng)的容量過大，則系統(tǒng)的初投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用都將上升;而如果空調(diào)系統(tǒng)的容量過小，則房間內(nèi)溫度和濕度的控制將無法達(dá)到設(shè)計要求，空調(diào)系統(tǒng)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，能耗和維修費(fèi)用也將上升。因此，建筑物冷、熱負(fù)荷的準(zhǔn)確計算顯得十分重要，它是設(shè)計和配置與建筑負(fù)荷相匹配的空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　1 諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法介紹

　　諧波反應(yīng)法的基本原理[1]：在負(fù)荷計算中，得熱量形成冷負(fù)荷的關(guān)鍵是得熱中輻射部分變?yōu)槔湄?fù)荷的比例，因?yàn)閷α鞑糠种苯幼兂闪死湄?fù)荷，諧波反應(yīng)法中輻射擾量轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷的過程為：輻射擾量投到板壁上，相當(dāng)于引起板壁表面空氣邊界層溫度升高，板壁吸熱后溫度升高會以對流的形式向房間放熱，所放出的熱量即為冷負(fù)荷。

　　冷負(fù)荷系數(shù)是建立在Z傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的一種簡化計算方法[2]。該方法把得熱計算和負(fù)荷計算兩步合并成一步，通過冷負(fù)荷系數(shù)直接從各種擾量源求得分項逐時冷負(fù)荷。冷負(fù)荷系數(shù)可以根據(jù)某地的標(biāo)準(zhǔn)氣象、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、不同建筑類型等典型條件事先計算成表格查用。對日射得熱采用與負(fù)荷強(qiáng)度意義類似的冷負(fù)荷來簡化計算。諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法的簡化計算公式如下。

　　1.1 外墻和屋面?zhèn)鳠崂湄?fù)荷計算公式

　　外墻或屋面?zhèn)鳠嵝纬傻挠嬎銜r刻冷負(fù)荷Qτ(W)，按下式計算：

　　Qτ=KFΔtτ-ξ (1)

　　式中F—計算面積，m2;τ—計算時刻，點(diǎn)鐘;τ-ξ—溫度波的作用時刻，即溫度波作用于外墻或屋面外側(cè)的時刻，點(diǎn)鐘;Δtτ-ξ—作用時刻下，通過外墻或屋面的冷負(fù)荷計算溫差，簡稱負(fù)荷溫差，℃。

　　注：例如對于延遲時間為5 小時的外墻，在確定16 點(diǎn)房間的傳熱冷負(fù)荷時，應(yīng)計算時刻τ=16，時間延遲為ξ=5，作用時刻為τ-ξ=16-5=11。這是因?yàn)橛嬎?6點(diǎn)鐘外墻內(nèi)表面由于溫度波動形成的房間冷負(fù)荷是5 小時之前作用于外墻外表面溫度波動產(chǎn)生的結(jié)果。

　　式(1)為諧波反應(yīng)法計算方法。冷負(fù)荷計算法外墻和屋面?zhèn)鳠崂湄?fù)荷計算為：

　　Qτ=KFtc(τ)-tR (2)

　　1.2 外窗的溫差傳熱冷負(fù)荷 諧波反應(yīng)法中，通過外窗溫差傳熱形成的計算時刻冷負(fù)荷Qτ按下式計算：

　　Qτ=KFΔtτ (3)

　　式中Δtτ—計算時刻下的負(fù)荷溫差，℃;

　　K—傳熱系數(shù)。

　　冷負(fù)荷計算法外窗的傳熱冷負(fù)荷公式與以上相同。因?yàn)椴ＡУ男顭嵯禂?shù)可忽略不計，在計算傳導(dǎo)得熱時，可不計溫度波的相位延滯，只考慮衰減度。

　　1.3 外窗太陽輻射冷負(fù)荷 透過外窗的太陽輻射形成的計算時刻冷負(fù)荷Qτ，諧波反應(yīng)法根據(jù)不同情況分別按下列各式計算：

　　1.3.1 當(dāng)外窗無任何遮陽設(shè)施時

　　Qτ=FCsCaJwτ (4)

　　式中Jwτ—計算時刻下太陽總輻射負(fù)荷強(qiáng)度，W/m2;

　　1.3.2 當(dāng)外窗只有內(nèi)遮陽設(shè)施時

　　Qτ=FCsCaCnJwτ (5)

　　1.3.3 當(dāng)外窗只有外遮陽板時

　　Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCa (6)

　　1.3.4 當(dāng)窗口既有內(nèi)遮陽設(shè)施又有外遮陽板時

　　Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCnCa (7)

　　式中Jnτ—計算時刻下，標(biāo)準(zhǔn)玻璃窗的直射輻射照度，W/m2;Jnnτ—計算時刻下，標(biāo)準(zhǔn)玻璃窗的散熱輻射照度，W/m2;F1—窗上收太陽直射照射的面積; F—外窗面積(包括窗框、即窗的墻洞面積)m2;Ca—窗的有效面積系數(shù);Cs—窗玻璃的遮擋系數(shù);Cn—窗內(nèi)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)。冷負(fù)荷系數(shù)法用一個總的公式：

　　Qτ=FDjmaxCLQCsCnCa (8)

　　Djmax—最大日射得熱因數(shù);CLQ—窗玻璃冷負(fù)荷系數(shù)。

　　1.4 內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱冷負(fù)荷

　　1.4.1 當(dāng)鄰室為通風(fēng)良好的非空調(diào)房間時，通過內(nèi)窗的溫差傳熱負(fù)荷，可按式(3)計算。

　　1.4.2 當(dāng)鄰室為通風(fēng)良好的非空調(diào)房間時，通過內(nèi)墻和樓板的溫差傳熱負(fù)荷，可按式(1)計算。

　　1.4.3 當(dāng)鄰室有一定發(fā)熱量時，通過空調(diào)房間內(nèi)窗、隔墻、樓板或內(nèi)門等內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差傳熱負(fù)荷，按下式計算：

　　Q=KF(twp+Δtls-tn) (9)

　　式中Q—穩(wěn)態(tài)冷負(fù)荷，W;twp—夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度，℃;tn—夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算溫度，℃;Δtls—鄰室溫升，可根據(jù)鄰室散熱強(qiáng)度采用，℃。

　　1.5 燈光、人員和設(shè)備得熱的得熱量 這三種得熱在其使用期都為一常數(shù)，兩種方法計算結(jié)果一致。

　　2 諧波反應(yīng)法、冷負(fù)荷系數(shù)法和概算法計算結(jié)果比較

　　本文選擇了合肥地區(qū)某公共建筑的一樓進(jìn)行計算?？照{(diào)總面積 2117.4m2，層高4.5m，建筑朝向，正面正南方。圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻，K=0.85W/m2·K;外窗，K=2.49W/m2·K。4　冷負(fù)荷情況分析

　　分別利用諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法計算，對所得結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和比較，并與概算法進(jìn)行比較，計算所得總冷負(fù)荷最大時刻出現(xiàn)在 16：00。表中冷負(fù)荷系數(shù)法和諧波反應(yīng)法所得的數(shù)據(jù)均取16：00時的值。

　　各方法計算所得總冷負(fù)荷最大時刻均出現(xiàn)在16：00?？偫湄?fù)荷最大值分別為：概算法424kw，冷負(fù)荷系數(shù)法252kw，諧波反應(yīng)法255kw。總的來說，冷負(fù)荷系數(shù)法和諧波反應(yīng)法計算結(jié)果相當(dāng)，其中諧波反應(yīng)法稍微偏大，概算法計算結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷負(fù)荷系數(shù)法和諧波反應(yīng)法，為冷負(fù)荷系數(shù)法的1.68倍，諧波反應(yīng)法的1.66倍。

　　通過對冷負(fù)荷系數(shù)法和諧波反應(yīng)法所得結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，可以看出：①絕大部分房間的諧波反應(yīng)法所得冷負(fù)荷指標(biāo)高于冷負(fù)荷系數(shù)法，且最大差值接近30w/m2;②僅4個房間的諧波反應(yīng)法所得冷負(fù)荷指標(biāo)低于冷負(fù)荷系數(shù)法，其中懸殊最大的是宴會廳的冷負(fù)荷，諧波法為193w/m2，冷負(fù)荷系數(shù)法為224w/m2，由于宴會廳在所有房間中面積最大，導(dǎo)致兩種方法的總冷負(fù)荷指標(biāo)相當(dāng);③概算法指標(biāo)過大，一般為諧波法和冷負(fù)荷系數(shù)法的1.5倍以上。

　　假設(shè)該工程位于其它城市，計算其總冷負(fù)荷并進(jìn)行比較。選取其它典型的省會城市(緯度>40、35～40、25～30、<25)，用冷負(fù)荷系數(shù)法計算出總冷負(fù)荷，見表3。可以看出，以上計算結(jié)果東南部偏高，西北部偏低，與建筑熱工分區(qū)相一致。

　　5　結(jié)語

　　通過利用這兩種計算方法的軟件對南京地區(qū)某空調(diào)工程在相同計算參數(shù)的情況下進(jìn)行冷計算，同時采用概算指標(biāo)簡要計算，并將所得結(jié)果進(jìn)行分析比較，概算法遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧波法和冷負(fù)荷系數(shù)法，為1.6倍多，諧波法和冷負(fù)荷系數(shù)法計算結(jié)果相當(dāng)。所以在實(shí)際的負(fù)荷計算中不宜采用概算指標(biāo)，概算法只能在系統(tǒng)初步方案確定時用來參考。對于各城市的計算，該結(jié)果與建筑熱工分區(qū)相符合。

　　根據(jù)國家規(guī)范要求，空氣調(diào)節(jié)區(qū)的空調(diào)冷負(fù)荷應(yīng)按所服務(wù)空氣調(diào)節(jié)區(qū)同時使用情況、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及調(diào)節(jié)方式，按各空氣調(diào)節(jié)區(qū)逐時冷負(fù)荷的綜合最大值或各空氣調(diào)節(jié)夏季冷負(fù)荷的累計值確定，并應(yīng)計入各項有關(guān)的附加冷負(fù)荷。一般設(shè)計人員在計算夏季冷負(fù)荷時大多利用負(fù)荷計算軟件進(jìn)行計算，這些軟件一般也按照規(guī)范中所給公式計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、外窗日射得熱、室內(nèi)熱源散熱及新風(fēng)冷負(fù)荷等附加冷負(fù)荷，而忽略了空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及調(diào)節(jié)方式對夏季冷負(fù)荷的影響。這些因素對冷負(fù)荷的影響一般只能通過人工計算，建筑物逐時空調(diào)負(fù)荷應(yīng)在軟件計算結(jié)果的基礎(chǔ)上加以人工計算調(diào)整才能更加準(zhǔn)確。[3-5]所以，即使軟件使用者非常準(zhǔn)確地輸入各項數(shù)據(jù)，所得結(jié)果也不一定可以作為進(jìn)一步空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，有時仍需要考慮不同的空調(diào)系統(tǒng)對空調(diào)冷負(fù)荷的影響和特殊區(qū)域的空調(diào)冷負(fù)荷而進(jìn)一步手工計算。