关于郑州某高校百人夏季教室降温设备选型设计

周雨薇 向萱

【摘要】本文针对郑州某高校百人教室夏季降温设备选型问题，根据该教室的具体结构，运用空调室内逐时冷负荷的计算方法，制定出适用于百人教室的降温设备选型方案。

【关键词】逐时冷负荷 高校教室 设备选型

1引言

我国南方夏季高温炎热，郑州各大高校教室多采取屋顶安装吊扇的方式进行降暑纳凉。而港澳台地区和一些外国高等学校，大多用空调对百人教室进行室内恒温控制，使室温维持在22℃～28℃[1]的适宜温度。众所周知，空调的耗电量比吊扇的耗电量要大，而节约资源又是进行建筑设计过程中应该考虑的首要因素之一。本文围绕究竟是安装空调还是安装吊扇更利于节约能源的问题，通过对两种制冷设备在室内需求、耗电量和设备投资等方面的性能比较，制定出更加合理的制冷方案。

2计算概况

2.1气候分析

根据中国典型气象年数据，郑州属于暖温带亚湿润季风气候，该地区夏季炎热，室外最高温度可达到零上41℃，最热月7月的日平均温度达到27℃[1]。2015年夏季最热月温度变化如图1所示。

图1 郑州市2015夏季最热月温度变化图

2.2计算对象概述

以位于郑州大学新校区核心教学区的教研室为计算研究对象，该教室结构为非阶梯型百人教室，可容纳120名学生。为了使室内的环境达到最佳效果，建筑设计上就要考虑在采光充足的同时，选取良好的散热及制冷设备能起到更为有效调节作用。

该教室地面面积约为12×9㎡，墙高为3.6m，使用时间段为早上8：00至下午17：00，传热系数为K1=0.48W/（m2·K）。

3 教室夏季热负荷计算及结果

根据Q=K?TA的冷负荷计算方法，冷负荷计算公式如式（1）所示：

Q1=A1K1（T1-TR） （1）

式中，T1=（T1+?t）k1k2，Q1为屋顶墙面的逐时冷负荷（J），A为屋顶面积（㎡），T1为修正过后的屋顶逐时冷负荷温度（℃），TR为室内计算温度，取值为室外计算湿球温度27.4℃，T1为屋顶逐时冷负荷计算温度，?t为地点修正值，k1为外表面放热系数修正值，取1.0，k2为吸收系数修正值，中色屋面取值0.94。见表2。

表2 屋顶冷负荷

时间 8：00 9：00 10：00 11：00 12：00 13：00 14：00 15：00 16：00 17：00

T1 38.1 37.0 36.1 35.6 35.6 36.0 37.0 38.4 40.1 41.9

Q1 534 482 435 409 409 430 48 549 632 720

同理，西外墻为II型结构，且K2=1.6，窗户面积为A2=28㎡。见表3。

表3西外墙冷负荷

T1 37.8 37.3 36.8 36.3 35.9 35.5 35.2 34.9 34.8 34.8

Q2 245 233 223 211 201 192 187 180 177 177

由于该教室采用的是3mm厚的普通平板玻璃，于是在a1=8.7 W/（m2·K）和a2=18.6 W/（m2·K）的条件下[1]，得出夏季K3=5.94 W/（m2·K），该教室窗户全部是单层玻璃窗，修正系数c=1.0。根据公式Q3=cK3A3（T1+?t-TR），如下表4

表4西外窗冷负荷

T1 26.9 27.9 29.0 29.9 30.8 31.5 31.9 32.2 32.2 32.0

Q3 249 415 598 748 898 1014 1081 1131 1131 1097

学生在教室中上课属于静坐，故在27.4℃的条件下（按照n=120名成年男子计算）显热量为Z1=58W，潜热量为Z2=50W，湿量η=75g/h，集群程度达到?=0.96[1]，根据显热计算公式Q5= Z1n?Y2，Y2取值为1.0，潜热散热公式Q6= Z2n?，见下表5。

表5人员散热冷负荷

Y2 0.51 0.61 0.67 0.72 0.76 0.80 0.82 0.84 0.38 0.30

Q5 3407 4075 4476 4810 5078 5345 5478 5612 2539 2004

Q6 5760

表6冷负荷总计

时间 8：00 9：00 10：00 11：00 12：00 13：00 14：00 15：00 16：00 17：00

总计 11742 12802 13523 14065 14569 16316 18785 20478 18354 16812

由上表可以得出以下规律：

（1）上课时间段内最大冷负荷出现在下午15：00。

（2）其中各类冷负荷中人员散热量所占比例最大，外墙散热量最低。

4教室设备选型

根据经济环保性原则，本文提出以下两个方案：

方案一：

选择普通家用空调进行制冷，市场价格为1400元不等，其提供的风量为4.5m3/s，《规范》规定，舒适性空调的室内参数应满足以下要求：新风量平均每人0.5～0.67 m3/s。假定空调送风全部为新风，则未能达到教室人员需求量。空调的制冷量为2600W，制冷功率在800W左右。经计算，该房间需要5～7台空调，购买设备至少需要7000元，每小时该房间最小耗电量为4kW。

方案二：

选择三叶吊顶电风扇，市场价格价格每台约为100元，功率约80W。使用面积为25㎡。现设定室内相对湿度为76%，人体表面积为1.8㎡，汗液蒸发量约为1.23kg/（m2·h），假定汗液成分均为水，标压下水的汽化潜热为2414kJ/kg，结合人的蒸发效率，则平均每人散热量在100W～200W之间，满足人们的散热需求。则该教室需要约为20～22台三叶电风扇，购买设备至少需要2000元，每小时耗电量最少为1.6KW。

通过对两个方案进行对比发现，方案二更能满足室内各项人员制冷需求，设备投资也较方案一节约了5000元，每小时耗电量节约2.4KW。

综上所述，最终确定方案二为相对经济合理又环保绿色的解决方案。

结论

郑州普通百人教室选择室内安装合适数量的吊扇更加经济合理，该教室需要22台三叶电风扇，购买设备需要2200元，每小时最低耗电量为1.6KW。

参考文献

[1] 陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调.中国建筑工业出版社，2007.