住宅建筑空调负荷计算中同时使用系数的确定_张蓓红

l41999年第l期住宅建筑空调负荷计算中同时使用系数的确定张蓓红☆蔡龙俊(同济大学)摘要」从住宅空调使用工况的随机性本质出发用概率分析的方法并结合电算程序求得同时〔使用系数计算结果与调研情况基本相符采用同时使用系数确定住宅集中空调系统的设计负荷有助于降低系统的初投资及运行费用〔关键词]住宅建筑同时使用系数概率分析热负荷对系统的初投资和经济可靠的运行影响很月lJ胃大住宅中央空调系统设计负荷的确定在一定程度上有别于公共建筑其中同时使用系数的确定是计算的关键住宅空调使用工况的随机性本质这种差别不仅体现在室内人员灯光设备等负荷因素上更重要的在于住宅空调涉及到一个同时使用的问题住宅空调使用工况的不均匀性与许多因素有关如气候条件居民的生活作息制度住宅建筑特这是因为住宅建筑的空调作用有其特殊性通常一户居民家中所有点等等在这诸多影响因素中尽管室外气温的变房间同时开启空调的概率是比较小的各家各户就餐休息睡眠的时间也有差异化是有规律可循的然而包含居民生活方式在内的因此居民住宅的其它影响因素具有相当大的随机性即使某一家庭空调使用情况是不均匀的它不象公共建筑商业建的日常生活有严格的规律但同样仍具有相当多的筑的空调系统有确定的使用规律而是在一昼夜间不断变化也就是说在不同的时刻一幢住宅楼中随机因素使得住宅空调使用工况具有随机性的本质随机性因素对许多个别用户的工况虽具有决同时开启的空调台数是变化的在某一空调使用高定性的意义但对于该类型的众多的用户从总体上峰时段同一幢大楼内所有居民家中的空调同时开启的概率是非常小的说却具有某种固定的关系随着用户数量的增加这就引出了同时使用系数的叠加的空调使用工况的总的规律性仍具有随机的概念即在空调高峰使用时段整幢大楼内同时开启的空调机的冷量占大楼内空调总冷量的百分比(概率的)性质3随着家用空调的日益普及由此产生一系列问题诸如室内空气品质较差城市电力供需矛盾加剧居住小区环境恶化等等对住宅空调使用工况的概率分析与计算思想住宅空调使用工况随机性的本质使得在计算有鉴于此上海地区已住宅空调负荷和确定同时使用系数的时候要应用概率的概念经出现了高层住宅的集中空调系统其中南市区新同时使用系数K是一个小于1的无量纲建的二十多万平方米的高层居住小区利用热电厂的抽汽或背压排汽实行集中供冷供热即对每一幢住宅大楼实行中央空调和集中热水供应常数它反映的是空调高峰时段的居民空调同时使用的概率它与住宅的特点家中人口结构日常生此举对节约活规律所用空调设备的数量和容量安装情况等诸用电节约城市煤气改善城市环境相当有利此因素有关确定这一系数的基础是住宅空调使用工况的实际调查数据外湖南大厦信和大厦等高层住宅楼也相继实行中央空调而确定适用于任何用户数的同如何确定住宅建筑中央空调系统的设计冷☆时使用系数值是以有限数取得的调查结果为基础作者简历收稿日期张蓓红上海四平路同济大学热能系2(x洲刃2198011建筑热能通风空调的这就有可能应用概率论的方法如上所述同时使用系数反映高峰时段住宅空换言之即认为在用户数大于mn户用户中高峰时段开启空调的的概率是极小的可以不考虑计算调同时使用的概率在高峰时段对住宅空调使用情中采用的置信概率是表示可信的程度该值选取得越大则同时使用系数值也越大由同时使用系数计算得到的设计负荷也相应增大这就加大了系统的初投资况进行实际观测结果为空调开启或关闭两种情况这样进行mnn次观测(每户观测一次)观测结果如有户的空调在高峰时开启则同时使用系数K二耐因此在决定置信概率时应有充分的根据这里有一点需要说明的是每户空调机数量有可在本文中该值取098能不只一台空调机的数量和容量由住宅结构特点和居民的实际需求决定在空调高峰时段单个用户开启空调的概率P对一次观测而言如该户值对所有用户来说取值都是相同的对于高峰时段用户空调时段用户空调开启工况这个特定的随机现居民家中有两台空调而高峰时段只开启其中一台在统计结果中应体现这一差别即应将观测所得资象而言该值是特定的它不随所研究的用户数量而变化料换算成当量值是有m如在高峰时段作n次观测结果根据伯努里极限定理当用户数无限增大时户的空调开启而这m户中实际使用的空调可认为高峰时段用户使用空调的频率与单个观测机冷量为Q而m户空调机总冷量为Q则在空调m的用户使用空调的概率为P相差极小而高峰时段高峰时段使用空调用户的当量数应为Q二mxQ/用户开启空调的频率乃是由实际预测所得到的同时这一当量值并没有偏离基本上是随机性过程的使用系数P二K即本质可应用伯努里的基于重复观测的定理来计算伯努里概型是一个应用极为广泛的概率模型UmKn如果在分析研究时用户数相当大则由观测其本质为一两点概型即每一次独立试验只可能出现两上对立的结果通过上述分析我们可以看出住宅空调使用工况符合伯努里概型方法得到的同时使用系数值接近于单个用户在高峰时段使用空调的概率P根据伯努里定将如此得到的概率P值代理从n次观测中事件A出现m次的概率衅可由入伯努里计算式可求出在置信概率为098的条件下对应不同用户数n的Km值即可求出对应不同用下式求得:衅二pmC浑P(l一P)mn!一户数的同时使用系数m值一m!(mn)!-Pm(l一P;)m4式中—从中取的组合数—可理解为在高峰时段住宅空调开关于事件C罗n一次观测中出现事件A的概率调研情况与计算结果为确定住宅空调的同时使用系数笔者于年561998A月间进行了一次关于上海市住宅空调使用情启的情形对于所有用户在空调高峰时每个用户况的调查调查采用问卷表的形式其内容涉及到使用空调的概率是相同的所研究的用户数等于观测数n家庭人口数住宅面积客厅卧室大小空调机数用伯努里的公式可写为:+量匹数安装及使用情况等多方面P由于冬季居民此++p++三此…P罗=e护Zp(l一)+e`P(l一P)一’住宅空调使用工况不及夏季集中调研重点放在夏季空调的使用情况上结论同样适用于冬季工况…+C浑Pmn(l一)m二P式中m—高峰时段开启空调的用户数(当量—值);所研究的用户数;考虑到节假日居民的生活起居更无规律可循关于夏季空调使用情况的调查主要针对非节假日即平时的使用情形此时—所采用的置信概率—同时使用系数为o而nPP高峰时段单个用户开启空调的概率;这次调查的范围较广并具有代表性从房型来看有一室户一室一厅二室一厅三室一厅等其中二室一厅占多数;被调查家庭主要成员的职业K二上式可以这样来解释:在空调高峰使用时段所有教师机关干部科研人员也有企业职工普通工人;家庭收入层次以工薪阶层居多收入较高的家庭占有一定比例这是因为实行中央空调的住宅楼的观察的n户用户中有0l2.二m户使用空调取其概率的总和等于计算中所采用的置信概率的数值199年第l期购买者一般收入较高;调查地段有市中心地段内环线周边地区城市边缘的新建住宅小区个别为郊区;在确定同时使用系数时还应适当考虑在空调高峰时段有的住户家中无人的情况由此确定的同时使用家庭人员结构以三口之家为主个别家庭只有系数(20户时)约为06左右可以肯定的是当一到两个人也有的三代同堂用户数非常大时由实际调查所得的同时使用系数调查结果显示夏季上海市住宅空调使用的高将小于06因此在P等于06的前提下按伯努里峰时段为下午五点左右至晚上十一点左右即在下班回家至晚上睡觉前这一时段空调使用最为集中定理计算的同时使用系数必然大于实际值计算是偏安全的在P其次为晚上十一点左右至次日早上八点左右即晚上睡眠时间在白天空调使用较少等于06的前提下按照伯努里计算式编n因此确定下午制C语言程序当用户数m二01n20…170时分别得0五点至晚上十一点为夏季住宅空调使用的高峰时到的值及KZ值见表1当7大于1时计算程170段在这一时段分别对用户数10户20户30户序发生数值溢出为安全起见当用户数超过n……作实际调查得到与之对应的用户使用空调的户时的同时使用系数可以按照7等于10户时的K数量以此实际调查数据得到的同时使用系数lK值见表1值选取5表用户数1同时使用系数值计算结果由伯努里定理计算所得数据同时使用系数应用实例以某高层住宅楼为例将其在不考虑同时使用实际调查数据误差L%)系数时的系统初投资年运行费用和年度费用与考mK}KK!/K虑同时使用系数后的情况作一比较327108叨印059519团5940320卯757361954703200如8065选取上实花苑一期3%l一7栋住宅楼作为对象建0筑总建筑面积为9240衬住户共8户同时使用100770750742%O%系数按表取07由于空调系统大部分时间是在075068部分负荷下运行故采用温度频段法并利用上海地区的三班制BIN气象参数进行建筑物能耗计算841%1%当07007000730室外干球温度频段法并利用上海地区三班制BIN气7114%象参数进行建筑物能耗计算22℃当室外干球温度超过l9628%4时开始供冷全年供冷时间共计3or8℃小时供3%热时间按室外气温低于果见表2和表3计共2555小时计算结l田687379068707607029%43%41101200606969表BIN2℃夏季BI22N频段冷负荷425370仅18389(洲5101108113000003%1301401501创」17085例〕0000656844%温度62718283032437736酬636368676759%60%60%6小时数冷负荷hkw6165873印1921449lX()1052(不考虑同时使用系数)冷负荷kw)(33砚刃381436448524568印540620砚谈1l%(同时使用系数为07)16121627630533936739742注表中实际调查数据为随机数据分别根据不考虑同时使用系数和该系数为07运用伯努里概型对调查数据进行处理经提到当用户数前面已两种情况下的高峰冷(热)负荷选择冷热源设备由n相当大时由实际观测数据计算于该住宅楼地处南市区南市电厂工业蒸汽管的北所得的同时使用系数值即可认为是单个用户在高峰线管道恰好从住宅区南侧通过热网能提供绝对压力不小于0SMPa时段使用空调的概率P在本次调研中由于受实户左右20℃左右的过热蒸汽全年供际条件的限制调研的总户数在20需特汽且不收取热增容费电厂蒸汽为能源故空调冷热源可利用该热别指出的是调研是以假定家庭成员在家为前提的夏季驱动蒸汽双效澳化锉吸收式建筑热能通风空调冷水机组供冷冻水冬季经汽热水统一水热交换器供空调统初投资与年运行费用采用巧%的基准贴现率转化成相应的年度等值空调末端装置为风机盘管设独立的新风系由于水电蒸汽等的价格受国家政策的控制其增长率很难估计故在计算中认表BIN3℃冬季BIN6频段热负荷为在机组运行年限内其价格增长率为04空调设温度4一20268备的折旧年限定为巧年表情况种别比较结果见表o44小时数热负荷hl276l8635l52448644)(498两种情况的比较同时使用系数为07单位:万元相对节约量kw不考虑(不考虑同时使用系数)热负荷kw4肠41937132527823)(184136同时使用9242初投资(同时使用系数为07)3262932印228194161385178%2%12995年运行费用年度费用431326211%两种情况的比较可从以下几个方面考虑:(l)系统初投资主要设备费用计入冷热源设6结论在住宅建筑集中空调冷热负荷计算中必须考虑备冷却塔和水泵的初投资并考虑由于设备容量减小所导致的冷冻水冷却水管材和保温材料的节省同时使用系数当住户数小于10一10户时可按07两种情况下风机盘管及其控制设备的投资相同故不计人总初投资虑范围之中计取;当住户数在07150户之间时可按065-新风系统管道附件等也不在考计取;住户数接近0520户时可按06计取;如果是整个居住小区集中供冷供热的话住户数量大该(2)年运行费用运行费用中计人冷热源设备值可接近考虑同时使用系数后住宅集中空及冷却塔水泵的汽耗电耗和冷却塔的补水耗量调系统的总设计负荷更接近于真实情形初投资和其中电费按12405元/kw7h蒸汽按70元/吨水费按运行费用也相应减少具有良好的经济效益EBE元/时计算由于机组大部分时间在部分负荷1参考文献苏〕A【下运行其能耗也应参照各设备厂家样本提供的机A约宁煤气供应中国建筑工业出版社2蔡龙俊范际礼等上实花苑居住小区区域供冷供热的可行性研组部分负荷性能数据并结合建筑能耗数据进行计算究34197假定在部分负荷时冷却塔和冷却水泵冷冻水杨德保谭浩强龙惟定工程概率统计C北京理工大学出版社泵的电机仍按满负荷运行程序设计清华大学出版社(3)年度费用5在机组运行年限内综合考虑系用BIN参数作建筑物能耗分析暖通空调19222(2;)5imUltsneOUSnCOefiCieninntSetofaResidenntislAirCoditioBygLodCaleulatioiLOr刀祖ng加勺a耐aB潇eC划unAbstratCProeeeeeuAequiremtheranssimsultanaeouseoefiseientbynusingtheeonmethodanofprobabilityeoaneolysisardingorfdomeitutionnofreidetialairditioningdbnliningmPutesulationPrlaoargmTheeoelaeeulationresult15basieallyinaeeodraneeowiththeresresecrarhreeonltTnousethesimultaneousfiietntodestemirsntaethedesi罗loadvesfoidentialeosanaitditioingsystemwillbehelpuflforilowertialgystemeavitlaintmentandPerotraionKewyordSresidenbuildingimultaneouseoeiffeientpbabilitylysisa