1 前言

空调能耗在整个建筑能耗中占有相当大的比例。世界上有人估计，空调耗电量每年以4%-5%的速度增长，许多发达国家空调用电量将占发电量的1/2，合理支配空调系统的能量消耗已日益引起各国的重视。空调系统的节能是建筑节能的主要部分，通过对空调的负荷模拟可预测系统的性能，以便利用模拟结果修改空调和建筑的节能设计；也可通过模拟研究负荷组成的各因素对负荷和能耗的影响，从而实现空调系统的最优设计和运行。因此，空调能耗模拟对空调系统节能的优化设计和运行管理都有着重要的意义。

2 模拟方法

空调系统的能耗计算分为精确模拟计算和简化模拟计算两种方法。基于精算法各国学者已开发出了很多较为成熟的软件如DOE-2、BLAST、HASP、NBSLD等。但这类软件一般较为复杂，不适于一般的设计人员和运行管理人员使用。简算法包括度日法、当量运行小时法和BIN法等。笔者以BIN法为基础，设计了南京地区建筑物空调能耗的模拟计算程序，并用该程序对南京地区一办公楼的空调能耗进行了模拟和分析。

空调假想负荷的组成主要包括太阳辐射热、建筑传热、内部负荷、新风及渗透风负荷。为了简化计算可作如下假设：假设围护结构负荷（包括温差传热和日射得热）和新风(渗透风)负荷与室外温度有着线性关系。

3 能耗模拟数学模型

3.1 日射负荷

（1）

——平均日射负荷（W/m²），7月份和1月份的平均日射负荷分别记为，；

——建筑物所有外窗的朝向数；

——朝向的最大得热因素（W/m²）；

——朝向的窗的总面积（m²）；

——朝向的遮阳系数；

——朝向的24小时日射冷负荷系数之和；

——月平均日照率；

——空调系统运行小时数（h）；

——建筑物的空调面积（m²）；

与室外气温之间存在如下的线性关系：

（2）

式中：

——高峰冷负荷温度（℃）；

——高峰热负荷温度（℃）；

3.2 传导负荷

传导负荷由两部分组成：（a）通过屋面、墙体、玻璃窗由温差引起的稳定传热部分，用下式进行计算。

（3）

——分别为夏季、冬季由温差引起的传导负荷（W/m²）

——建筑物传导表面数；

——第个表面（或玻璃窗）面积（m²）；

——第个表面的传热系数（W/m².℃）；

——室外气温（℃）；

——室内设计温度（℃）；

（b）通过屋面、墙体由日射得热引起的不稳定传热部分可通过下式计算

（4）

则有： (5）

其中：

——由日射形成的传导负荷（ W/m²），下标表示月份；

——由日射形成的墙体冷负荷温差（℃）（可查阅参考文献[1]）；

——墙体外表面颜色修正系数

T_ph——高峰热负荷温度

3.3 内部负荷

（6）

式中：——同时使用系数

——设备和照明的最大负荷或房间内最大人数的人体散热；

3.4 新风负荷

显热负荷： （7）

潜热负荷： （8）

式中：——新风量（m³/h）；

——对应各温度频段的室外空气含湿量（g/kg）；

4 南京地区一办公楼年空调负荷的模拟

南京地区一四层办公楼，层高3.6m，南北朝向。建筑面积3200 m²，工作时间为8：00-18：00。夏季室内设计温度26℃，相对湿度50%；冬季设计温度20℃，相对湿度50%。人员密度按0.1人/ m²，新风量标准30m³/h .人；电脑、复印机、打印机等办公自动化设备发热量按15W/m²，同时使用系数按0.6计；照明负荷按20W/m²，同时使用系数按0.5计。其它计算参数为：

(1)外墙：水泥沙浆+24砖墙+石灰沙浆，传热系数K=1.95W/m².K；南墙621.3 m²，北墙638.6 m²，东墙178.1 m²，西墙178.1 m²。

(2)外窗：单层3mm平板玻璃单层铝合金推拉窗，内挂浅绿色窗帘，遮阳系数SC为0.55,传热系数K=6.4W/m².K；北窗260 m² ，南窗255 m² ，西窗12 m² ，东窗12 m² 。

(3)屋面：加气混凝土保温屋面，保温层200mm，传热系数K=0.94W/m².K，面积823.7 m²。

以南京地区1992年的气象参数为例，采用一班制空调（8：00-18：00）其BIN参数^[3]如下表所示。

根据南京地区的气候特点和建筑物的用途，取38 ℃，取-6℃。夏季空调运行时间均按10小时，冬季供暖时间按24小时计。按文献[1]计取，取1；7月份和1月份的分别取0.64和0.44。根据（1）-（8），可计算出总供冷负荷与室外温度的关系式：

（9）

将各频段的能耗量乘以相应的BIN小时数并进行叠加则可得全年的总空调能耗量。