建筑群负荷预测研究

申肖肖

摘要：随着建筑群越来越密集，在建筑规划设计阶段，建筑群空调负荷的精准预测，对建筑节能来说越来越重要，本文通过典型建筑的负荷模拟，组合出不同建筑业态群的负荷特性，为规划阶段城市建筑群的精确负荷预测提供方法，为建筑群节能降耗提供规划依据。

关键词：建筑节能建筑群负荷预测

一、前言

随着中国城镇化进程的飞速发展，中国城市的规模越来越大，城市中的建筑群越来越密集。在建筑规划阶段，建筑群负荷的预测，对整个城市的节能建设来说意义重大。建筑群是多种建筑使用空间的组合形态，建筑群负荷计算，是通过将建筑群功能划分为典型的办公、商业、酒店等典型区域后，分区域计算每种建筑空间的空调负荷，通过建筑功能配比，计算出建筑群能耗消耗，也就是建筑群空调负荷预测分为两个步骤进行：（1）通过计算机模拟，得到典型单体建筑的负荷曲线；（2）根据典型建筑群的组成特性，利用权重法和同时使用系数法组合出不同形态建筑群的负荷曲线[1]。

二、典型建筑负荷计算机模拟预测法

城市建筑群中，最重要的建筑使用功能包括办公建筑，商业建筑和酒店建筑，本文主要分析上述三类使用空间组成的建筑群的空调负荷特性。典型建筑空调负荷是通过建筑能耗预测软件EQUEST,通过输入建筑内部人员、照明、围护结构等参数，根据室外气象参数智能输出全年8760个小时的动态空调负荷曲线的计算方法

2.1典型办公建筑负荷特性曲线

本文以规划的某建筑群项目作为研究对象，本项目位于上海市浦东新区，地下5层，地上22～32层，总用地面积约55000m2，总建筑面积510000m2，地上建筑面积约210000m2，地下建筑面积约240000m2。地下3～5层为停车库、冷冻机房、泵房、变配电房等，地下2层为商业、餐饮、数据中心柴油发电机房、健身功能房、运动场所等，地下1层为商业、餐饮、锅炉房、UPS电池房等，地下夹层为自行车库。塔楼中首层是办公大堂，功能空间有数据机房，其他功能空间是办公使用空间等。项目包括3栋超高层综合体。项目围护结构信息如下表所示。

表1围护结构热工参数

备注：(*)为全部外墙加权平均传热系数。

本次空调负荷计算的空调开启时间表，室内温度设置参数和室内照明功率密度、人员时刻表和人员密度参数等均按照目前公共建筑节能设计标准进行设定。

按照目前气象热工分区，上海属于夏热冬冷气候区，春天温暖，夏天炎热，秋天凉爽，冬天阴冷。图3-3为上海地区典型气象年日干球温度分布图。由图3-3可知，自5月起，日最高温度基本达到25℃，逐渐进入夏季制冷季，该时段持续至10月中期。

图6最大负荷日负荷变化曲线

2.2典型商场负荷特性曲线

上海某大型购物超市，地下1层，地上3层，总建筑面积67344m2。

表2围护结构热工参数

备注：(*)为全部外墙加权平均传热系数。

室内参数设置按照目前公共建筑节能标准进行设定。通过全年8760小时负荷计算，可以得出如图12所示日最大冷负荷曲线图。

图15全年单位面积累计热负荷

从上述图可以看出，全年制冷累计负荷最大月出现在七月份，日最大冷负荷在整个空调季节较为一致。冬季采暖累计热负荷集中在1月、2月、12月，日最大热负荷变化较大。本建筑最大冷负荷为117W/m2，出现在7月17日下午5时，最大热负荷为54W/m2，出现在12月24日早上六点。最大负荷日的负荷变化如下图所示。

2.4空调负荷修正：

假设上海地区全年供冷季供冷期设定为每年6.1—9.30，全部供冷时间为122天（2928h）。将三种类型的供冷季的冷负荷累加，如下图所示。

其中负荷大于300W/m2的天数为20天，如下图所示。其中全年满足冷负荷需求的部分负荷系数K=341/351=0.97。

表4同时使用系数

由此可见，通过计算机模拟方式，三类建筑逐时负荷累计数值，公共建筑的同时使用系数较高，但是对于大型能源站，负荷降低3%，对设备数量及选型，还是有一定影响的。

三、典型建筑群负荷预测

典型建筑群一般包括办公、商业、酒店等建筑业态，这三类建筑组成了综合性社区模型，按照不同的体积权重，设置不同情景，如表5所示。由于每个建筑群的功能配比不同，所以本表格中的权重系数是假设三种情况，在实际规划设计中，需要根据区域详细规划的要求，对建筑使用功能空间进行详细的拆分后，根据实际的比例来进行建筑类型的情景功能设定。

表5综合社区建筑使用时间分布情景设置

表5中的权重为任意设置，在实际规划中，需要对区域进行具体分析后进行权重的设置，在区域详细性规划完成之后，建筑类型之间的权重是固定不变的，所以只需分别对每种建筑类型进行情景设置。通过对区域内每种建筑的日人口数量进行逐时加权叠加，可得到不同情景下综合建筑群的负荷曲线，见图18。

图18综合社区人口日分布情景

四、结论

国内外大中型工程项目的冷热源在规划初期阶段，尤其是办公、酒店、商业等多功能组合的建筑群的规划，一直采用传统的冷热源指标估算方法进行空调负荷计算[2]，但应注意：（1）负荷指标法往往由于忽略建筑独特的围护结构结构和人员使用情况，会过高估负荷，我国建筑设计中有时会过高估冷热负荷高达30％；（2）通过案例研究发现，夏热冬冷地区模拟建筑单位面积冷负荷指标普遍低于传统推荐的建筑冷负荷指标，为建筑能源系统的选择提供参考依据。

参考文献

[1]贾珍.城市综合体空调负荷特性分析[J].建设科技,2018.

[2]夏令操，龙惟定，李敏.浅析日本区域供冷供热的负荷预测[J].暖通空调,2009.

课题来源

国家重点研发计划资助项目（2017YFC0702300）之课题“适应夏热冬冷气候的绿色公共建筑设计模式与示范（2017YFC0702308）。