01《供热工程》第一课 热负荷计算

能源与安全工程学院成剑林第一章供暖系统的设计热负荷1．供暖设计热负荷的计算，主要是围护结构基本耗热量的计算及修正耗热量的计算。2．供暖设计热负荷与热负荷的区别。本章重点及难点第一节供暖系统设计热负荷•人们为了生产和生活，要求室内保证一定的温度。一个建筑物或者房间可能有各种得热和散失热量的途径。当建筑物或者房间的失热量大于得热量时，为了保持室内在要求温度下的热平衡，需要由供暖通风系统补进热量，以保证室内要求的温度。•供暖系统通常利用散热器向房间散热，通风系统送入高于室内要求温度的空气，一方面向房间不断地补充新鲜空气，另一方面也为房间提供热量。供暖系统热负荷的意义•1.物理意义是指冬季供暖房间所需要的热量，即供暖房间的散热器在一定时间内散出的热量。•2.实际意义是供暖设计的主要依据，它决定着供暖系统的规模和散热设备的多少。教材书上没有，请记笔记第一节供暖系统设计热负荷•供暖系统的热负荷是指某一室外温度tw下,为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它随着建筑物得失热量的变化而变化。•供暖系统的设计热负荷是指在设计室外温度tw'下，为达到要求的室内温度tn',系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q＇。它是设计供暖系统的最基本依据。twtw'有何区别？有何影响？第一节供暖系统设计热负荷twtw'有何区别？有何影响？第一节供暖系统设计热负荷•供暖系统的热负荷是指某一室外温度tw下,为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它随着建筑物得失热量的变化而变化。•供暖系统的设计热负荷是指在设计室外温度tw'下，为达到要求的室内温度tn',系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q＇。它是设计供暖系统的最基本依据。热负荷：变化的值设计热负荷：定值建筑物或房间的得、失热量的确定失热量：•1．围护结构传热耗热量Q1；•2．冷风渗透耗热量Q2（加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量）；•3．冷风侵入耗热量Q3（加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量）•4．水分蒸发的耗热量Q4；•5．加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q5；•6．通风耗热量（通风系统将空气从室内排到室外所需要带走的热量)得热量：•7．生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q7；•8．非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q8，•9．热物料散热量Q9；•10．太阳辐射热量Q10•通过其它途径散失或获得的热量Q11。注：•(1)不经常的散热量，可不计入；经常而不稳定的散热量，应采用小时平均值。•(2)对于民用建筑以及产热量很少的工业建筑，热负荷主要考虑围护结构传热耗热量，冷风渗透耗热量，冷风侵入耗热量，太阳辐射得热量。注：•(3)对于集中供暖分户热计量供暖系统，在确定户内采暖设备容量和计算户内管道时，还应考虑间歇供暖和分室调节引起的隔墙或楼板间的传热，也称户间传热负荷。户间传热负荷不统计在供暖系统的总热负荷内。•(4)对户内供暖系统，其供暖系统的设计热负荷，应为围护结构传热耗热量、冷风侵入耗热量与户间传热负荷之和。教材书上没有，请记笔记供暖系统的设计热负荷在工程设计中，对于没有设置通风系统、不考虑太阳辐射、人体散热量、照明散热量等，设计热负荷可表示为///////sh12310dQQQQQQQ带有“/”上标符号都是表示在设计工况下的各种参数建筑物或房间的得、失热量的确定围护结构传热耗热量Q1冷风渗透耗热量Q2（加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量）；冷风侵入耗热量Q3（加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量）太阳辐射热量Q10供暖系统的设计热负荷当室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量。基本耗热量Q1j附加(修正)耗热量Q1x围护结构耗热量Q1供暖系统的设计热负荷基本耗热量：在设计条件下，通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、地板、窗顶）从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量包括风力附加、高度附加和朝向修正等耗热量。供暖系统的设计热负荷在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分为几部分进行计算。''''1123'jxQQQQQ围护结构的基本耗热量/1jQ围护结构的附加（修正耗热量）/1xQ///////sh12310dQQQQQQQ供暖系统的设计热负荷计算围护结构附加（修正）耗热量时，太阳辐射得热量可用减去一部分基本耗热量的方法列入。风力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行附加。前两项表示通过围护结构的计算耗热量，后两项表示室内通风换气所耗的热量。''''1123'jxQQQQQ///////sh12310dQQQQQQQ•注：对具有供暖及通风系统的建筑，供暖及通风系统的设计热负荷，需要根据生产工艺设备或建筑物的使用情况，通过得失热量的热平衡和通风的空气量平衡综合考虑才能确定。第一节供暖系统的设计热负荷小结///////'''sh123101123'djxQQQQQQQQQQQ第二节围护结构的基本耗热量•在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的。•实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定传热过程围护结构基本耗热量计算公式/'nwqKFtt（）围护结构的传热系数K2W/moC围护结构的面积F2m冬季室内计算温度nt0C供暖室外计算温度'wt0C围护结构的温差修正系数围护结构基本耗热量计算公式/''nwQqKFtt（）整个建筑物或房间的基本耗热量一、室内计算温度tn室内计算温度是指距地面2米以内人们活动地区的平均空气温度。室内空气温度的选定，应满足人们生活和生产工艺的要求。•生产要求的室温,一般由工艺设计人员提出。•生活用房间的温度，主要决定于人体的生理热平衡。冬季室内温度标准•根据国内有关卫生部门的研究结果认为：当人体衣着适宜，保暖量充分且处于安静状况时，室内温度20℃比较舒适。18℃无冷感，15℃是产生明显冷感的温度界限。《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)规定•集中供暖冬季室内计算温度，按下列规定采用：1．民用建筑的主要房间,宜采用16℃~24℃；2．生产厂房的工作地点轻作业：18~21℃，中作业：16~18℃,重作业：14~16℃,过重作业：12~14℃；工业企业设计卫生标准（GBZ1）室内空气质量标准（GB/T18883）《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)规定•对于高度较高的生产厂房，通过上部围护结构的传热量增加。•层高超过4m的建筑物或房间，冬季室内计算温度tn，应按下列规定采用：•(1)计算地面的耗热量时，应采用工作地点的温度，tg(℃)•(2)计算屋顶和天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度，td(℃)•(3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用室内平均温度tp.j=(tg+td)/2(℃)《采暖通风与空气调节设计规范》规定屋顶下的空气温度td确定公式td＝tg+(H—2)△t对于散热量小于23w／m2的生产厂房，其温度梯度值不能确定时，可用工作地点温度计算围护结构耗热量，但应按高度附加的方法进行修正。(2)dgttHt二、供暖室外计算温度tw'供暖室外计算温度的确定，对供暖系统设计有很关键性的影响。•如采用过低的tw’值，使供暖系统的造价增加；•如采用值过高，则不能保证供暖效果。目前国内外选定供暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种：•—是根据围护结构的热惰性原理；•二是根据不保证天数的原则来确定。采用热惰性原理•规定供暖室外计算温度要按50年中最冷的八个冬季最冷的连续5天的日平均温度的平均值确定•根据热惰性原理确定供暖室外计算温度，规定值比较低采用不保证天数方法的原则•人为允许有几天时间可以低于规定的供暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值。•不保证天数根据各国规定而有所不同，有规定1天、3天、5天等。我国供暖室外计算温度值的确定原则•《暖通规范》规定；•“供暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度”。•对大多数城市来说，是指1951一1980年共30年的气象统计资料里。不得有多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度值•我国北方一些城市的供暖室外计算温度值，详见《暖通规范》附录。《暖通规范》附录《暖通规范》附录三、温差修正系数a值•温差修正系数a值：对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔着不供暖房间或空间的场合，通过该围护结构的传热量的计算采用了围护结构的温差修正系数。•1—供暖房间2—非供暖房间三、温差修正系数a值）（）（hnwnttKFttKFq//•传热达到热平衡时，非供暖房间或空间的温度。'nhnwtttt•此值大小取决于非供暖房间或空间的保温性能和透气状况。对于保温性能差和易于室外空气流通的情况，不供暖房间或空间的空气温度更接近于室外空气温度，则此值接近于1.具体见附录1-2温差修正系数α值•（1）a值仅适用于不与室外直接相连的围护结构,且tn-th≥5℃时；•（2）计算外墙时，a＝1；•（3)a值的取法与围护结构的特征有关；根据经验得出的各种不同情况的a值见附录1-2。•⑷与相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板的传热量。与相邻房间的温差小于5℃时，且通过隔墙或楼板的传热量大于该房间热负荷的10%时，应计算其传热量。温差修正系数α值四、围护结构的传热系数K值一般建筑物的外企和屋顶都属于均质多层材料的平壁结构，其传热过程如图四、围护结构的传热系数K值围护结构表面换热过程是对流和辐射的总和过程。围护结构内表面换热是壁面与临近空气和其他壁面由于温差引起的自然对流和辐射换热作用，而在围护结构外表面主要是由于风力作用产生的强迫对流换热，辐射换热占的比例较小。1．匀质多层材料(平壁)的传热系数K值四、围护结构的传热系数K值wjnwiinRRRRK111110围护结构传热阻内表面换热系数外表面换热系数各层材料导热系数各层的厚度附录1-3附录1-42．两向非匀质围护结构的传热系数值•传统的实心砖墙：传热系数值较高；•从节能角度出发，采用各种形式的空心砌块，或填充保温材料的墙体•二维传热2．两向非匀质围护结构的传热系数值•自学内容10pjnwniiiARRRAR3．空气间层传热系数K值•应用场合严寒地区；一些高级民用建筑。常用的形式：双层玻璃、复合墙体的空气间层（间层中的空气导热系数比组成围护结构的其他材料的导热系数小，增加了围护结构传热阻。空气间层传热同样是辐射与对流换热的综合过程。在间层壁面涂覆辐射系数小的反射材料，如铝箔等，可有效增大困难过期间层的换热阻）3．空气间层传热系数K值对流换热强度：与间层的强度、间层设置的方向和形状、以及密封性等因素有关。当厚度相同时，热流朝下的空气间层热阻最大，竖壁次之，而热流朝上的空气间层热阻最小。同时，在达到一定厚度后，反而易于对流换热，热阻的大小几乎不随厚度增加而变化了。3．空气间层传热系数K值•具体详见手册P25表3.1-11空气间层厚度（cm）竖向的空气间层m2·℃∕W热流自下向上的水平空气间层（m2·℃∕W）热流自上向下的水平空气间层（m2·℃∕W）12351015～300.150.160.170.170.170.160.130.150.1550.1550.1550.160.1550.180.200.2150.220.224．地面的传热系数•室内地面的传热系数随着离外墙的远近而变化•在冬季室内热量通过靠近外墙地面传到室外的路程较短，热阻较小、而通过远离外墙地面传到室外的路程较长，热阻增大。•因此，室内地面的传热系数（热阻）随着离外墙的远近而有变化，但在离外墙约8m以远的地面，传热量基本不变。4．地面的传热系数的近似计算方法(1)贴土非保温地面(组成地面的各层材料导热系数都大于1.16W／m.℃）。(2)贴土保温