第三章 车间冷热负荷计算

西南大学纺织服装学院纺织厂空调工程2013.5.10西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算西南大学纺织服装学院Contents3.13.23.3房屋的热损失车间的得热和得湿量车间总冷热负荷的确定西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆冷负荷：为保证车间或物体低于周围环境温度所需供应的冷量，称为冷负荷。西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆热负荷：为保证车间或物体高于周围环境温度所需供应的热量，称为热负荷。西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆湿负荷：为了维持车间温度恒定需从车间除去湿量称为湿负荷。西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆确定冷热湿负荷的意义：冷热负荷计算是空调设计的依据，是设计设备的容量大小、方案确定及系统大小等的前提。西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆冷、热、湿负荷计算依据：室外气象参数和室内需求保持的参数。西南大学纺织服装学院第三章车间冷热负荷的计算◆产生冷、热负荷的主要原因：★冬天，室外气温低，车间热量向外传递；★夏天，室外的空气热量和太阳辐射热量从外面传入车间；★车间机器设备的散热量；★照明设备的散热量；★人体散热散湿；★其他工艺设备的散热散湿。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失◆热损失：冬季室外温度低，热量通过围护结构（墙、门窗、屋顶、地板等）向外传递，造成热损失，车间通过围护结构散热的总量为房屋热损失。围护结构所传递的热量属不稳定传热现象。◆基本热损失：由温差产生的围护结构热损失，称为基本热损失。◆附加热损失：在基本热损失的基础上，考虑其他影响因素而加以修正的热损失，称为附加热损失。※围护结构的热损失是基本热损失和附加热损失之和。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失1热的传递过程三阶段（假设室内温度大于室外温度）（1）吸热阶段：热量从室内传至墙内表面（2）导热阶段：热量从墙内表面传至墙外表面（3）散热阶段：热量从墙外表面传至室外空气ntnwtw图3－1热的传递过程西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失2传热的基本计算（一种材料单层围护结构）（3-1）或（3-2）其中：（3-3）（3-4）式中：－室内的计算温度；－室外的计算温度（设）；F－外墙的传热面积；，—围护结构内表面及外表面的换热系数（查表）；－围护结构的厚度；－材料的导热系数。（工程上常查表得到K值）()jnwQKFtt()()nwjFttQWR201(/)11nwKWmC2011(/)nwRmCWntwtnwttnw西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失2传热的基本计算（几个概念）◆导热系数：材料单位厚度内外温差1℃，1小时内通过1m3表面的热量，低于0.23W/m℃的材料为隔热或保温材料；◆传热系数K：结构材料内外温差1℃，1小时内通过1m3表面的热量；◆热阻：热量传递过围护结构时遇到的阻力。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失2传热的基本计算（多层结构）计算公式：（3-5）（3-6）式中：－各材料层的热阻之和；－各空气层的热阻之和。层气空ntn1234wwt图3－2多层围护结构的传热过程1111nwK111nwR1西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失2传热的基本计算（修正）有的围护结构外表面不直接与室外空气相接触(如有坡屋面的顶棚，与不采暖房间相邻的隔墙，与地下室相连的地板)，传热量需要进行修正。（3-7）（3-8）式中：－围护结构外面空气的温度与室外空气温度有差别时的修正系数，简称温差修正系数，无量纲，见表3-3。()jnwQKFtta()nwjFttaQRa西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失3室内外计算温度的确定室内外计算温度（统计数据）的确定对车间冷热负荷的计算影响很大，节能标准编制过程中,通过计算得到的结果是：供暖工况下，室内计算温度每降低1℃，能耗减少5%～10％；供冷工况下，室内计算温度每升高1℃，能耗减少8％～10％。纺织厂各个车间温度要求参见第一章。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失4围护结构面积的丈量（1）原则：避免重复和遗漏（2）丈量尺寸：门窗的面积、墙壁的面积、顶棚和楼板的面积、地下室外墙部分。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.1围护结构基本热损失5围护结构的最大传热系数（避免出现凝露现象）围护结构传热系数大，则热损失就大，为了防止围护结构室内温度达到空气的露点温度，要求围护结构的内表面温度高于室内空气的露点温度。当围护结构内表面温度时，所算出的传热系数称为允许最大传热系数（3-11）为了排除凝结水，玻璃要垂直安装，同时窗下应装有排水管来收集和排除凝结水。01nltCmaxKmax[(1)]()nnlnwttKttamax(1)()nlnnwttKtta西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.2房屋热损失的附加值1方向附加：以北向为基准，对其他朝向的垂直外围结构的基本热损失进行附减，附减值参照图3-6规定方向附减率乘以基本热损失计算。2风力附加：考虑不同情况的风速，附加热损率5%—10%3外门开启附加：开启次数，厂房层数；4房高附加：当h4m时，每增高1m应附加2%%10~%0%10~%0%10~%0%15~%10%15~%10%15~%10%5%5北图3－6热损失的方向附减率西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失3.1.3渗入冷空气的热损失冬天，因风压及室内外空气的温差形成的热压作用，室外冷空气经门窗缝隙进入室内。纺织厂因有设备散热，车间内一般为正压，渗透热损失可不考虑。西南大学纺织服装学院3.1房屋的热损失综述：纺织厂的房屋热损失是各个围护结构的基本热损失与相应的附加热损失的总和。（3-12）式中：－各围护结构的基本热损失之和(W)－各围护结构附加热损失之和（W）sjfQQQjQfQ西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.1夏季围护结构的传热1特点：冬季房屋热损失按照稳定传热计算，夏季围护结构的传热过程是不稳定传热，应考虑不稳定因素。2原因：一方面，夏季由于太阳辐射热周期变化，对围护结构传热影响较大；另一方面，室外空气温度昼夜呈周期变化，使得围护结构所传递的热量和室内温度也起着周期性的变化。西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.1夏季围护结构的传热3室外空气的综合温度垂直围护结构，太阳照度J，－围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数。两种传热方式：（1）对流方式从室外传至结构的外表面：（3-13）（2）辐射热。辐射传入室内（3-14）总热量：或（3-15）'()QJF1()wzwQFt'1()[()]wJ3－7室外空气综合温度西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.1夏季围护结构的传热上式中（3-16）式中：－室外空气综合温度上式中的值具有温度的单位，可以看作是与太阳辐射热等效的温度值，故称太阳辐射当量温度。结构不同的朝向有不同的J值，同一建筑结构朝向不同也不相同。zwwJttztwJzt西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.1夏季围护结构的传热设为室外的日平均气温，为日平均太阳辐射照度，则总和温度的日平均值为：（3-17）工程计算中，室外日平均气温和照度可以查表求得。wptpzpwpwJttpJ西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.2围护结构的传热计算室外综合气温周期波动，使得围护结构内外表面波动，其规律为：（1）波幅衰减：热量从室外传入室内，在墙厚方向上材料对温度会产生衰减作用。（2）时间延迟：围护结构外表面出现温度的波峰的时间比室外空气综合温度出现波峰的时间会延迟。这是材料有一定的热阻和蓄热能力所致。实际计算中需要考虑修正。西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.3机器的发热量机器发热量：31000QnN(332)式中：3Q－机器发热量()Wn－机器台数N－电动机的铭牌功率()KW－电动机容量安装系数－同时运转系数，即开动的机器数与全部机器数之比－热迁移系数，即车间实际的热量与总发热量之比西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.4照明设备的散热量照明设备散热量1.白炽灯4QN(333)式中：4Q－白炽灯的总散热量()WN－白炽灯的总功率()W2.荧光灯412QNN(334)式中：1N－荧光灯的总功率2N－整流器消耗的功率，一般取荧光灯功率的2025%()W西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.5人体的散热和散湿量当室内的总人数为n时，总的人体散热量为：5Qnq(335)式中：5Q－总的人体散热量()Wn－车间的总人数q为每人每小时散发的总热量(/)W人h总的人体散湿量为：Wnw(336)式中：W－总的人体散湿量(/)ghw－每人每小时的散湿量(/)gh西南大学纺织服装学院3.2车间的得热和得湿量3.2.6室内其他散湿量液体表面与空气间存在水蒸汽的分压差，水分蒸发蒸发量：21101325()WFcPPB(337)式中：W－液体的蒸发量1P－空气中的水蒸气分压力2P－相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力()aPF－蒸发表面积2()mB－当地的实际大气压力()aPc－蒸发系数(/)kgNS蒸发系数可按下式确定：5(0.00363)10ca(338)式中：a－周围空气温度为15－300C时，不同水温下的扩散系数(/)kgNS－液面上的空气流速(/)ms西南大学纺织服装学院3.3车间总冷热负荷的确定房屋的热损失和散热散湿是造成车间冷热负荷的原因。它们相加后若为正值，则车间有多余热量，这就是冷负荷；若为负值，则车间缺少热量，存在热负荷。西南大学纺织服装学院3.3车间总冷热负荷的确定3.3.1夏季车间冷负荷夏季可不考虑照明散热（无窗房除外），吸放湿和人体散热也不考虑。夏季车间的冷负荷为：1235lQQQQQ(339)式中：1Q－夏季通过墙、屋顶传入车间的热量()W2Q－夏季通过玻璃窗传入车间热量()W3Q－车间内机器的散热量()W5Q－人体散热量()W对于无窗厂房或平屋顶厂房，还应考虑照明设备的散热量4Q西南大学纺织服装学院3.3车间总冷热负荷的确定3.3.2冬季车间热负荷冬季要考虑车间的热损失QS和设备Q3和人体散热Q5,一般不考虑太阳辐射热。上式正直则说明车间缺少热量，负值表示车间有多余热量。冬季车间壁负荷：35rsQQQQ(340)上式的rQ可能为正值，也可能为负值。西南大学纺织服装学院