曹斌
（华东建筑设计研究院有限公司上海）
摘要：通过建立模型，优化了建筑体形，以降低建筑外区围护结构负荷；通过设定不同的外区组合方式，寻找合理的外区冷热单风道变风量系统划分方式：分析了冬季工况下围护结构散热对及缓解室内过热的措施. 与太阳辐射得热的相对关系，以及发生室内过热的概率，并探讨了外区冷热单风道变风量系统应
关键词：变风量系统：空调系统：建筑外区：建筑体形：建筑朝向；系统划分：太阳辐射得热：热平衡
air condlitioning systems
Cao Bin
(East China Architectural Design and Research Institute Co Ltd. Shanghai)
Ahstract: By establishing a model. the building shape is optimized to reduce the load of tbe envelopestructure in the perimeter zone of the building By setting different bination modes of the perimeter zonea reasonable division of the cold and hot single duet VAV system in tbe perimeter zone is to be pursued . The relative relationship between the heat disipation of the building cnvelope and solar radiation heat gain inalleviate the indoor overheating of the cold and hot single duct VAV system in the perimeter zone are winter as well as the probability of indoor overbeating are also analysed. The measures to deal with anddiscussed
orientation; system division; solar radiant heat gain: heat balance Keywords; VAV system; air ronditioning system; building perimeter zone: building shape; building
量系统的设计难点之一].
0引言
同一建筑内，由于围护结构构造、朝向和使用时间的差异，不同区域会产生不同的建筑负荷.在负荷分析基础上，根据空调负荷差异性，可以将空调区域划分为若干个温度控制区.空调分区的目 的在于使空调系统能有效地跟踪负荷变化，在改善室内热环境的同时降低空调能耗
本文围绕以下问题进行讨论：
1）在双碳背景下，如何优化建筑体形和朝向，降低建筑外区围护结构负荷.
2）外区冷热单风道变风量系统如何合理划分和改善调节质量.
3）冬季工况下，围护结构散热与太阳辐射得热的相对关系及发生室内过热的概率分析，并探讨外区冷热单风道变风量系统如何应对及缓解室内 过热.
外区空调负荷除受外围护结构日射得热、温差和气候条件的影响，外区有时需要供热，有时需要 传热、辐射换热和空气渗透影响外，还受地理位置供冷.变风量空调系统一般按照温度控制区逐一设置变风量末端装置及其他辅助设施.
1研究对象
现代办公楼的空调系统一般均需要划分内外区，并分别计算冷热负荷.外区空调冷热负荷交 替、变化很大，跟踪并处理好外区空调负荷是变风
在制冷或制热一种状态，在冬季工况下，对于不同朝向的外区，由于室外太阳辐射得热在时间和强度上有较大差异，可能导致部分区域外围护结构散失的热量小于太阳辐射得热量，即部分区域 需要供冷，而其他区域需要供热.采用全年模拟的方法，选取冬季12月、2月的工作日进行逐时得热与散热量分析，并研究其产生过热的概率及应对措施.
1.1计算模型
本文所采用的办公建筑标准层模型如图1所示，平面尺寸为40m×40m核心筒位于平面中3.0m，外围护结构为幕墙形式，窗墙面积比约为 间，大空间布局.建筑层高为4.5m，室内净高为0.7.窗台高度为0.65m.根据朝向，将外区划分为：南外区（S）、北外区（N）、西外区（W）、东外区（E）、东北外区（NE）、西北外区（NW）、东南外区 （SE）、西南外区（SW）.选取中间楼层作为典型模型进行分析，围护结构的性能参数为：墙传热系数0.6W/（m²K），屋顶传热系数0.5W/（m²K），幕墙传热系数2.2W/（m²K），太阳得热系数0.3，采用双层Low-E玻璃.整个楼层采用全 空气变风量（VAV）空调系统，内外区分设空调箱，项目所在地选取上海，空调系统夏季一次风送风温度设定为15C，设计参数为：照明功率密度15W/m²，设备功率密度15W/m²，人员密度0.125人/m²，人员散热量130W/人，人员新风量30m²/ （人h），夏季空调设计温度24C、相对湿度55%.
2建筑体形和朝向对围护结构负荷及风量调节的影响
在建筑面积相同的情况（本文取值为1600m²）下，如图2所示，选取长宽比分别为：25164(A) 32 50(B) 40 : 40(C) 50 32(D) 64 : 25 （E），研究不同长宽比（朝向）建筑模型的外区负荷特性.假设整层外区共用1台空调箱，围护结构及室内空调设计参数如上.
图2等面积不同长宽比建筑模型示意
图1建筑物理模型
5种长宽比情况下的外区面积依次为：648、592.576、592、648m²，且随着长宽比A~E变化，南向的面宽（外围护表面积）不断增大.采用HDY 负荷计算软件，计算夏季设计日的逐时负荷，并按照下式计算空调系统的一次风送风量G：
建筑外区的进深通常取3~5m，但实际上变化范围较大，本文设定的外区进深基准值为4m，对各朝向外区的空调系统一次风风量进行计算及分析.
1.2研究思路和方法
(1)
及朝向对建筑外区空调负荷及风量特性的影响. 1）通过分析设计日空调负荷，探讨建筑体形
式中Q为室内显热冷负荷，kW；iv、rs分别为室内空气设计干球温度和送风温度，C：c，为干空气的比定压热容，1.01kJ/（kgC）.
2）对于采用冷热单风道的变风量系统，每层外区可以共用1台空调箱，也可以采用每层设置2套空调系统服务外区，研究后一种情况下不同的外区组合方式对空调系统负荷及风量的影响.
分别计算了各区域的峰值负荷、累计最大值及区域的综合最大值，并通过式（1）换算为一次 风送风量，结果见图3.对比分析发现，随着建筑
3）冷热单风道变风量系统在同一时间只存
物南北向面宽（外围护表面积）增大，长宽比由A到E，有以下特点：
图3不同长宽比建筑模型的外区负荷/风量特性
1）夏季空调负荷及由此换算得出的空调一次风量整体基本呈下降趋势，A与E、B与D建筑外 区面积均相同，但A和B负荷明显大于D和E，主朝向为东西且狭长的建筑尤其不利于节能.
2）风量综合最大值与累计最大值的比值不断上升，两者越来越接近，增大南向面宽（外围护表面积）有利于减小负荷差异.
3按朝向设置外区冷热单风道系统探讨
对于采用冷热单风道的变风量系统，最理想的系统划分方式是按照建筑物朝向分别设置空调系统，各系统单独运行，送风参数和送风量分别独立 控制，但会导致占用的机房空间较大，增加风/水系统、控制系统造价，因此，通常也可以采用每层设置2个空调箱（AHU）服务外区的做法，这样既可以减小单台设备的风量，缩短主管的延伸长度，空调机房的布局也可以更灵活.图4显示了选取 也能更好地适应不同朝向的负荷变化特性，此外，的4种典型组合方式（以长宽比为1的建筑为例进行图示，仍采用第2章的A~E5种不同长宽比情况进行分析），每台空调箱所服务的空调面积相同，详细描述见表1.
图5显示了不同空调系统方式下的风量特性，可以看出：
1）当采用方案1，即AHU-1服务“北外区西外区”，AHU-2服务“南外区东外区”时， AHU-1所服务区域的空调一次风量综合值与累计值之比接近1，说明其所服务各区域的逐时负荷变化趋势基本一致，可降低VAV系统调节难度；AHU-2所服务区域的空调一次风量综合值与累计值之比在0.91~0.96之间变化，在建筑长宽比 接近1的情况下比值最小.
图4不同外区系统组合方案示意图
表1外区不同方案下空调系统负担区域描述
AHU-1 负扭区域 AHU-2负担区域方案1 方案2 北外区西外区 南外区东外区方累3 南北中轴线的西半边 北外区东外区 南北中轴线的东半边 南外区西外区方累4 东西中轴线的北半边 东西中轴线的南半边
2）对于方案2，即AHU-1服务“北外区东外区”，AHU-2服务“南外区西外区”，AHU-1的一次风量综合值与累计值之比变化趋势与方案1类似，但AHU-2所服务区域的空调一次风量综 合值与累计值之比在0.88~0.94之间变化，说明该空调箱所服务的外区各朝向的逐时负荷变化趋势有一定的差异.
3）对于方案3，即AHU-1服务“西半边”，AHU-2服务“东半边”，一次风量综合值与累计值 的比值变化趋势与方案1类似.
4）对于方案4.即AHU-1服务“北半边”，AHU-2服务“南半边”，AHU-1和AHU-2所服务区域的空调一次风量综合值与累计值之比变化趋0. 89~0.94之间变化. 势基本一致，对于不同长宽比的建筑，基本在
对于变风量系统而言，由于其末端已可以根据不同的负荷需求进行单独调节，进而改变空调系统输出冷/热量，故系统设计最主要的目的并不是“削 峰填谷”，而是各末端瞬时负荷应尽可能一致，以降低调节难度、提高调节质量[空调机组送风机的性能曲线应尽量平缓，在风量减小时送风静压不数升高过快，
4冬季工况下的室内热平衡分析
冷热单风道变风量系统在同一时间只能处于
热的措施
图5外区空调系统风量特性
制冷或制热一种运行状态，在冬季工况下，不同朝 向外区的室外太阳辐射得热在时间和强度上存在较大差异，尤其对于夏热冬冷、夏热冬暖地区，由于围护结构保温性能较好，可能导致部分区域外围护结构散热量Q.小于太阳辐射得热量Q，即内区需 要供冷，外区需要供热.如果此时变风量空调系统维持供热工况，即使将送风末端的风量调至最小值，该房间仍有可能会出现过热（即Q<Q，）.本章进一步分析冬季工况下冷热单风道系统各朝向外区出现过热的概率（即Q;87-90 [5]林忠平，张颖琪，孟华，上海期货大厦变风量空调系统实际运行状况的分析与总结[].暖通空调、2003. 33(6) ; 9193 [6]叶大法，杨国荣，变风量空调系统的分区与气流混合分析[J]，暖通空调，2006 36(6)：12-18 [7]宋宏光，办公建筑变风量分区空调系统设计问题探 [J].暖通空调.2006，36(10);70-74.124 [8]徐新华，王盛卫.多区域变风量空调系统优化控制研究[J].建筑热能通风空调、2006，25(6)：1-4 14[9]马宏权，变风量空调系统新风量的分配研究[D].西 安：西安建筑科技大学，2005：34-40.[10]金宁，李春旺，胡佳林，等，上海某办公楼变风量空调系统设计运行分析[J].暖通空调，2012，42（4）：60-63 49
用了冷热分区或再热型变风量系统，冷热分区由 为了应对冬季部分区域过热的问题，有工程采冷、热2个风道分别送风，可以适应同时有供冷、供热需求的场合，但会存在冷热抵消，且初投资高，控制较复杂：再热型变风量系统也存在冷热抵消，且 需要增加水系统，所以，如能通过合理的系统划分及有效的辅助手段，在一定程度上克服或缓解冬季过热的问题，冷热单风道变风量系统将可得到更好的应用，
5结论
1）在建筑面积相同的情况下，随着南北向建筑面宽（外围护表面积）的增大，夏季空调负荷整体呈下降趋势，主朝向为东西且狭长的建筑尤其不利于节能.
2）不同的系统划分方式下，空调一次风量综
