¿Cómo calcular la carga dinámica de la envolvente HVAC?

A finales de la década de 1970, los cálculos de transferencia de calor transitoria reemplazaron los cálculos de transferencia de calor estable para cargas de ingeniería de aire acondicionado, y se distinguieron los conceptos de ganancia de calor y carga. Todos los libros sobre aire acondicionado publicados en la década de 1980, como Ingeniería de aire acondicionado, Manual de diseño de aire acondicionado, Manual de datos comunes de HVAC, Aire acondicionado y ahorro de energía para edificios de gran altura, etc., citaban cálculos de carga dinámica.

El cálculo de cargas dinámicas en la estructura envolvente es relativamente engorroso. Incluso si varios manuales adoptan algunos métodos simplificados, la carga de trabajo de cálculo también es grande. La aparición del software de cálculo parece haber resuelto este problema, pero su aplicación no es universal. Solo la estimación es el atajo más simple y común entre los humanos, y poco a poco es reemplazado por él. Sin embargo, la base de la estimación no es sólida y es inevitable ser conservador. Es comprensible que siempre nos preocupe que la estimación sea demasiado pequeña. 1 El primer ejemplo de proyecto de aire acondicionado La Figura 1 es un diagrama esquemático del plano de planta estándar de una habitación de huéspedes en un edificio de hotel en Suzhou. La altura del piso es de 3 metros, el décimo piso, 24 paredes están enlucidas en ambos lados. y la habitación de invitados es una ventana de vidrio de acero plástico de una sola capa con un área de 6 m2, cuelgan cortinas de colores claros y el coeficiente de transferencia de calor del techo es de 1,19 W/m2 ℃. Se requiere que la habitación de huéspedes esté diseñada con una temperatura de bulbo seco de 25 °C, una habitación para 2 personas, un volumen de aire fresco de 30 m3/persona y un consumo de energía interior promedio de 150 W. Las partes comunes, como pasillos, escaleras, ascensores, etc., reciben aire frío para mantener una temperatura de 27 °C. La diferencia de temperatura entre las habitaciones y los pasillos es de 2 a 3 °C. Por lo tanto, se pueden ignorar los cálculos de la estructura envolvente. Muchas habitaciones de huéspedes son sólo partes exteriores de paredes, ventanas exteriores, techos, etc. Como se puede observar en la Figura 1, existen seis tipos de cerramientos de habitaciones de huéspedes en cuanto a tamaño y orientación, y están numerados de la siguiente manera: 1. Sur, 2. Norte, 3. Suroeste, 4. Noroeste, 5. Hacia Sureste , 6. Hacia el noreste. Hay un techo más en el piso superior, numerado del 1 al 6. Utilizando el cálculo dinámico de la transferencia de calor, la carga máxima de enfriamiento y el tiempo de ocurrencia se enumeran en la Tabla 1. Las características del cálculo dinámico se pueden ver en los resultados del cálculo en la Tabla 1. La diferencia de carga entre el suroeste y el noroeste o el sureste y el noreste no es grande, pero el tiempo de ocurrencia es diferente. Esto se debe a que el cálculo dinámico se calcula en la forma matemática de ponderación o convolución. El cálculo de la transferencia de calor en cualquier momento debe incluir la influencia de otros momentos en ese momento, que es convolucional. Los datos de la Tabla 1 son la base para seleccionar equipos terminales en las habitaciones. La diferencia de carga máxima entre la habitación 2 y la habitación 5 es 1616,6 W. Es razonable seleccionar equipos terminales con diferentes capacidades. Hay dos métodos para seleccionar la capacidad del equipo de refrigeración para proyectos de aire acondicionado: uno es considerar todo el edificio de habitaciones (el podio en el piso inferior no está incluido) como un todo aislado y utilizar la estructura envolvente total, total número de invitados y consumo total de electricidad. El segundo es superponer los valores calculados en la Tabla 1 capa por capa y luego calcular la carga de la estructura envolvente en los lados este y oeste de la pasarela y el techo de la pasarela superior. . Los resultados calculados en la computadora se enumeran en la Tabla 2. Tabla 2 Teóricamente hablando, el primer método es el más correcto. La carga máxima del edificio se produce a las 13 horas. Dado que las 13 horas no es la carga máxima de todas las habitaciones, naturalmente es menor que el valor calculado por. El segundo método, sin embargo, al aplicar el primero, este método selecciona la capacidad del equipo de refrigeración. El sistema de aire acondicionado debe tener un buen sistema de control y debe poder ajustar la energía en diferentes momentos. Por supuesto, los requisitos en este sentido son muy altos. . Utilice el segundo método para seleccionar la capacidad del equipo de refrigeración, que es más conservador pero fácil de garantizar el efecto de la habitación de invitados. Al observar el valor de carga por unidad de área, los valores en la Tabla 2 son más pequeños que los de la Tabla 1 (excepto para el Cliente No. 2. Esto se debe a que la Tabla 2 incluye el área de la pasarela al calcular el edificio total). El área de la pasarela de todo el edificio es de 1408 m2. La capacidad de carga de la envolvente del edificio se muestra en la computadora como solo 43454,9 W, y el valor de carga por unidad de área de la pasarela es inferior a 31 W/m2. Sin embargo, a menudo vemos esta situación al revisar los dibujos. Los equipos terminales de habitaciones con aire acondicionado con la misma área y condiciones, independientemente de la orientación y la estructura del recinto, utilizan todos el mismo tipo de equipo terminal. Esta razón se debe principalmente al uso. de estimaciones para el resultado de los cálculos de carga.

Actualmente existen dos métodos de estimación: uno son los datos recomendados de varios libros publicados. El rango general para habitaciones de huéspedes es de 80 a 110 W/m2. En comparación con la Tabla 1 calculada en el ejemplo anterior, se puede ver que es aplicable a la mayoría. habitaciones de huéspedes, pero no se puede satisfacer para algunas habitaciones de huéspedes. Si estimamos la capacidad de alojamiento de todo el edificio, la capacidad de alojamiento es aproximadamente un 14 % mayor en base a 80 W/m2 y aproximadamente un 57 % mayor en base a 110 W/m2. es que cada diseño Según la práctica propia de la unidad, si la habitación climatizada se estima en 150kcal/m2 (174W/m2), y todo el edificio se estima en el 70% del mismo, es decir, 109kcal/m2 (122W/ m2), la capacidad frigorífica de todo el edificio será de 122×1036,8× 10=1264896W. La estimación en sí es muy aproximada y está relacionada con factores como la bahía, la profundidad, el número de personas y el consumo de electricidad del edificio específico. No sólo debe cumplir con los requisitos de las condiciones de diseño, sino también lograr una aplicación razonable de energía. . Según la experiencia del diseño a largo plazo, un buen cálculo de carga es un trabajo básico. En las décadas de 1950 y 1960, era difícil aprobar el diseño sin un libro de cálculo de carga con el que se pudiera realizar correcciones o mejoras. Para tenerlo en cuenta, tomando el ejemplo anterior como ejemplo, el cálculo de la Tabla 1 es indispensable. En cuanto a seleccionar la capacidad total del equipo de refrigeración, si se utiliza el segundo método de la Tabla 2 para calcular el valor. También se debe tener en cuenta el valor de pérdida adicional del sistema de aire acondicionado (5%) y el valor adicional en la placa del refrigerador (10%-15%). El refrigerador son datos de prueba en condiciones específicas y la atenuación de la capacidad de transferencia de calor después de un uso prolongado. El valor de carga del área total de la unidad del edificio, incluido el valor agregado, debe ser 70 × 1,05 × 1,15 = 84,5 W/m2. La capacidad total del refrigerador seleccionado debe ser 84,5 × 1036,8 × 10 = 876096 W. El tiempo de aparición es a las 13 o. 'reloj. Esto es aproximadamente 1/3 menos que el valor estimado de 1264896W. Una encuesta sobre el funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado en edificios de gran escala en Suzhou encontró que la capacidad de los hosts de refrigeración instalados está en su mayoría entre el 60 y el 70%. Muchos hosts inactivos solo pueden servir como respaldo, pero este diseño no está permitido. la especificación. En los últimos años, los propietarios de algunos proyectos importantes o de mayor tamaño han pedido a los diseñadores que proporcionen datos de cálculo de carga, lo que debe ser elogiado y apoyado. 2 El segundo ejemplo de proyecto de aire acondicionado. Es un fenómeno común utilizar estimaciones en lugar de cálculos de carga para ser conservador, pero es difícil decirlo para algunos edificios con formas especiales. La Figura 2 es el centro de aprobación de inversión extranjera de una unidad. La ciudad de Suzhou, con una superficie de construcción de unos 210 m2 y una apariencia hexagonal, y la envolvente del edificio está hecha de ventanas de vidrio de color marrón oscuro. La altura del piso es de unos 5 m y en el interior se cuelgan cortinas de colores claros. Hay flores y césped a su alrededor, no proporcionan protección solar externa. Se trata de una oficina con 30 personas en el interior. El aire fresco se calcula en 30 m3/persona-hora. El consumo medio de electricidad para iluminación y equipos de oficina es de aproximadamente 4200 W. El diseño interior requiere una temperatura de bulbo seco de 22 °C y una humedad relativa. del 55-60%. Es difícil para los diseñadores estimar un edificio de este tipo. El valor máximo para una oficina es 140 W/m2. Dado que la temperatura interior es relativamente baja y todas las ventanas de vidrio se utilizan como estructura de cerramiento, la primera idea del diseñador es 140 W/m2. utilizado como carga de la envolvente del edificio, más las cargas adicionales de personal, aire fresco y electricidad. Para los últimos tres elementos, el cuerpo humano es 30×133=3990W, el aire fresco es 30×30×10=9000W, el total es 3999004200=17190W y el valor de carga del área unitaria total es 17190/210 =81,9W/m2. Este valor se suma a 140W/m2 para obtener 221,9W/m2. Pero los estimadores todavía se sienten inadecuados. Finalmente, utilizando 300W/m2 como valor, la carga de refrigeración del edificio de ingeniería de aire acondicionado se calcula en 300×210=63000W. Figura 2 Plano (1:200) Área de construcción 210 m2 Para un edificio de forma tan especial, es difícil obtener la respuesta correcta utilizando el método de estimación. Utilice el método de transferencia dinámica de calor para calcular en la computadora. El techo adopta el tercer tipo. de transferencia de calor El coeficiente es de 1,19 W/m2 ℃, la carga de la envolvente del edificio debe ser de 56242,2 W, más la carga de personal, aire fresco y electricidad de 17190 W, la carga de refrigeración total es de 73432,2 W. 14:00, que es superior al valor estimado. El máximo es 10432,2W, que obviamente es demasiado pequeño.

3. Cálculo de la carga de la estructura envolvente de los edificios de ingeniería de aire acondicionado. El cálculo de la carga de refrigeración de los edificios de ingeniería de aire acondicionado incluye la carga de la estructura envolvente, la carga del cuerpo humano, la carga de aire fresco, la carga de electricidad, etc. es la carga de enfriamiento instantánea, y la carga del cuerpo humano y el consumo de electricidad son La carga debe calcularse primero y luego convertirse en carga de enfriamiento. La conversión de ganancia de calor a carga es principalmente para la ganancia de calor por radiación. considerada como carga de enfriamiento instantánea. Dado que la temperatura de la superficie del cuerpo humano es relativamente baja, la iluminación, los equipos de oficina, etc. en los edificios civiles no consumen mucha electricidad. Si la ganancia de calor se utiliza aproximadamente como carga de enfriamiento, el impacto no será significativo y resultará engorroso. Se puede evitar el proceso de convertir la ganancia de calor en carga. Lo único que no se puede ignorar es el cálculo de la carga dinámica de la envolvente del edificio. Representa una gran proporción de la carga total, aproximadamente 2/3 de la de los edificios civiles. Para resolver este problema, debemos usar computadoras. Aunque el proceso de cálculo es relativamente complicado, podemos comenzar con el área local. Por ejemplo, las paredes en Suzhou son básicamente 24 paredes más dos superficies enlucidas. Básicamente controlados a 1,20 W/m2 ℃, todos pertenecen al tercer tipo de paredes en los cálculos dinámicos de transferencia de calor. La gran mayoría de ventanas son metálicas de un solo acristalamiento. Simplificar el tipo de envolvente del edificio reduce mucho la carga de trabajo, pero esto sólo se aplica a aplicaciones en Suzhou, y la mayoría de los institutos de diseño locales también prestan servicios en esta región. El contenido del cálculo de carga dinámica de la estructura envolvente del proyecto de aire acondicionado es aproximadamente el siguiente: · Calcule la temperatura del aire por hora diaria para la pared (incluido el techo) → Calcule la temperatura integral por hora diaria en diferentes direcciones → Calcule o introduzca la periodicidad horaria diaria de la pared Coeficiente de ponderación → Calcule la carga de enfriamiento de la pared en diferentes direcciones en el día Calcule la temperatura → Calcule la carga de enfriamiento Qwall de la pared en diferentes direcciones en el día. · Calcule la transferencia de calor diaria por hora de la temperatura del aire qc al interior para ventanas exteriores → Encuentre la intensidad de radiación solar por hora diaria a través de la ventana de vidrio en diferentes direcciones → Calcule o introduzca el coeficiente de ponderación periódico por hora diario de la ventana exterior → Calcule el diario cada hora Las cargas de enfriamiento qd y qf formadas por el calor de la radiación solar a través de la ventana de vidrio → Calcule la carga de enfriamiento Qwindow = qc + qd + qf que ingresa a la habitación a través de la ventana externa cada hora todos los días. · Para paredes y pisos interiores, calcule la temperatura del aire por hora diaria más un valor adicional (valor negativo o positivo) para calcular la transferencia de calor de la pared Qin a la sala de aire acondicionado. Dado que todos los edificios civiles actuales están diseñados con aire acondicionado integral, las cargas en las paredes y pisos interiores pueden ignorarse o calcularse basándose en una simple transferencia de calor. La carga horaria diaria de la envolvente del edificio debe ser Q (0:23) = Qwall (0:23) + Qwindow (0:23) + Qin-wall y luego averiguar la carga máxima y su tiempo de aparición. El contenido anterior se compila en un programa en la computadora. El programa (área de Suzhou) se muestra en la Figura 3. Los símbolos en el diagrama de bloques son cuadros de procesamiento de datos y cuadros de procesamiento especiales. Cada cuadro debe calcularse mediante declaraciones como selección y bucle. 4. Un breve resumen del cálculo de carga para proyectos de aire acondicionado. El uso de estimaciones para calcular la carga es solo un proceso por un período de tiempo y eventualmente se formalizará. Algunos ingenieros siempre han insistido en realizar cálculos de carga sin utilizar métodos de estimación. que debe ser apoyado. Hoy en día se utilizan mucho las computadoras. Se necesita algo de tiempo para programar las condiciones meteorológicas y los métodos de cálculo de la región. Esto es algo que se puede hacer de una vez por todas. Por supuesto, es mejor utilizar directamente el "software de cálculo" ya preparado. Sin embargo, el "software de cálculo" general es adecuado para todo el país, lo que parece un poco más problemático, pero cuanto más lo usas, más. se volverá competente. La clave es usarlo en serio. El valor calculado por el programa es generalmente menor que el valor estimado. No se preocupe. El cálculo de la carga es una ciencia. Es razonable realizar ciertos ajustes según el cálculo. Esto definitivamente hará que el trabajo de diseño sea más práctico y efectivo. y persuasivo. El propósito de escribir este artículo es también ese y animar a mis colegas.

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