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供暖工程绪论供暖是指用人工方法向室内供给热量，以创造适宜的生活或工作条件的技术。热能工程将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术。供热工程生产、输配和应用中低品位热能的工程技术。供暖供暖系统的组成热媒制备设施/热源；热媒输送管道；热媒利用设施/散热设备。供暖方式将热源和散热设备合并成一个整体，分散设置在各个房间里，叫做局部供暖。如火炉、火墙、火炕、电红外线供暖、等均属于局部供暖。1.局部供暖：热源和散热设备分别设置，热源通过热媒管道向各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中式供暖系统。以热水和蒸汽作为热媒的集中采暖系统可以较好地满足人们生活、工作以及生产对室内温度的要求，并且卫生条件好，减少了对环境的污染，广泛应用于营房建筑供暖工程。2.集中供暖：供暖系统的分类（集中供暖）热水供暖系统；蒸汽供暖系统；热风供暖系统。对流供暖－散热器供暖系统；辐射供暖－金属板辐射或顶棚、地板辐射。按热媒分按散热方式分第一篇供暖工程第一章供暖系统的设计热负荷第一节供暖系统的设计热负荷指在某一室外温度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。1、供暖系统的热负荷是指在设计室外温度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Q。2、供暖系统的设计热负荷供暖系统的热负荷与供暖系统的设计热负荷并不相同。3、失热量①围护结构传热耗热量Q1；②加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量Q2，简称冷风渗透耗热量；③加热由门、孔洞及相邻房间侵入室内的冷空气的耗热量Q3，简称冷风侵入耗热量；④水分蒸发耗热量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Q6，即通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量；⑦其他失热量Q7。①生产车间最小负荷班工艺设备散热量Q8；②非供暖系统的热管道和其他热表面的散热量Q9；③热物料的散热量Q10；④太阳辐射进入室内的热量Q11；⑤其他得热量Q12。房间的得热量对于民用建筑或产生热量很少的工业建筑，计算供暖系统的设计热负荷时，失热量只考虑围护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量；得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。其他得失热量不普遍存在，只有当其经常而稳定存在时，才能将其计入设计热负荷中，否则不予计入。一般包括：围护结构的基本耗热量，围护结构的附加耗热量，冷风渗透及侵入耗热量，有时还需考虑建筑物内部散热以抵消若干耗热量，如人员较多的公共建筑应适当考虑人体的散热量等。供暖系统的设计热负荷第二节、围护结构的基本耗热量围护结构基本耗热量指经过墙、窗、门、地面和屋顶等，由于室内外的空气温差而造成的从室内传向室外的热量。常分成两部分计算，即围护结构的基本耗热量计算和附加耗热量计算。基本耗热量是指在设计的室内、室外温度条件下通过房间各围护结构稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量是指由于气象条件和建筑结构特点的影响，使传热状况发生变化而对基本耗热量进行的修正，包括朝向修正、风力附加、外门附加和高度附加等耗热量。一、围护结构的基本耗热量Q＝αKF（tn－tw’）式中K——围护结构的传热系数（W/m2·℃）；F——围护结构的面积（m2）；tn——冬季室内计算温度（℃）；tw’——供暖室外计算温度（℃）；α——围护结构的温差修正系数。1．室内计算温度tn室内计算温度tn通常指距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。这个区域的温度对人的冷热感觉有直接影响，应根据建筑物的用途考虑满足人们生活和生产工艺要求而确定。依据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019～2003），（以下简称“暖通规范”），设计集中供暖系统时，冬季室内计算温度tn应根据建筑物的用途而定，按下列规定采用。（1）民用建筑的主要房间民用建筑的主要房间宜采用16～24℃。根据国内有关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态时，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。民用及工业辅助建筑的冬季室温要求序号房间名称室温（℃）序号房间名称室温（℃）1卧室和起居室16～186存衣室162厕所、盥洗室127哺乳室203食堂148淋浴室254办公室、休息室16～189淋浴室的换衣室235技术资料室1610女工卫生室23（2）生产厂房的工作地点温度4）过重作业宜采用12～14℃。1）轻作业生产厂房不应低于15℃，宜采用18～21℃。轻作业指的是能量消耗在140w以下的工种，如仪表、机械加工、印刷、针织等工种。2）中作业生产厂房不应低于12℃，宜采用16～18℃。中作业指的是能量消耗在140～220W的工种，如木工、镀金工、焊接等工种。3）重作业不应低于10℃，宜采用14～16℃。重作业指的是能量消耗在220～290W的工种，如人力运输、大型包装等工种。应注意，对于空间高度超过4m室内设备散热量大于23W/m2的生产厂房，由于对流作用，热空气上升的影响，房间上部空气温度高于下部温度，使上部围护结构的散热量增加。因此，对室内计算温度tn有如下规定：2）计算屋顶、大窗传热量时采用屋顶下的温度td，即tn＝td。屋顶下的温度，可按已有的类似厂房进行实测，也可按温度梯度法确定，即td＝tg十Δt（H－2）式中H——屋顶距地面的高度（m）；1）计算地面传热量时，采用工作地点温度tg，即tn=tg。Δt——温度梯度（℃/m）；应根据车间散热设备的散热情况而定，通常取Δt=0.3－1.5℃/m。3）计算墙、门和窗传热量时采用室内的平均温度tp，即对于散热量小于23W/m2的生产厂房，当温度梯度不能确定时，可先用工作地点温度计算围护结构耗热量，再用高度附加的方法进行修正，增加其计算耗热量。2．供暖室外计算温度tw’我国的“暖通规范”采用了不保证天数的方法确定北方城市的供暖室外计算温度tw’，即人为允许每年有几天的实际室外温度低于规定的供暖室外计算温度值，也就是这几天的实际室内温度可以稍低于室内计算温度值。“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”。采用这种方法确定的tw’值，降低了供暖系统的设计热负荷，节约了费用，只要供暖系统在室外温度低于或等于tw’时能按设计工况正常、合理地连续运行或间歇时间较短，就会取得良好的供暖效果，这对人们的舒适感也不会有大大的影响。3．温差修正系数α如果供暖房间的外围护结构不直接与室外空气接触，中间隔着不供暖的房间（图1-2）或空间（如地下室），该围护结构传热量的计算公式)(hnttKFQ式中th——传热达到平衡时，非供暖房间或空间的温度。因th值不易确定，计算与大气不直接接触的外围护结构基本耗热量时，可采用下式)('wnttaKFQ)()(wnhntttta4．围护结构的传热系数K（1）多层匀质材料平壁结构的传热系数一般建筑物的外墙和屋顶属于多层匀质材料组成的平壁结构，其传热系数K可用下式计算wiinwinRRRRK111)(11式中R--围护结构的传热热阻［（m2·℃）/w］；Rn、Rw--围护结构的内、外表面热阻［（m2·℃）/w］；∑Ri--由单层或多层材料组成的围护结构各材料层热阻[（m2·℃）/w]；αn、αw--围护结构的内、外表面换热系数［w/（m·℃）］；δi--围护结构各层材料的厚度（m）；λi--围护结构各层材料的导热系数，［w/（m·℃）］。内表面换热系数α与换热热阻Rn值见表1-1。外表面换热系数αw与换热热阻Rw值见表1-2。（2）空气间层传热系数围护结构中如果设置封闭的空气间层，间层中空气的导热系数比围护结构其他材料的导热系数小，这可以增大围护结构的热阻，减少传热量，提高保温效果，如双层玻璃、复合墙体的空气间层等。空气间层热阻值难以用理论公式确定，在工程设计中，可按表1-3选用。（3）地面传热系数室内的热量通过地面传至室外，传热量的多少与地面距外墙的距离有关，距外墙近的地面向室外传递的热量多，热阻小而传热系数大；距外墙远的地面传热量少，热阻大而传热系数小，地面距外墙距离超过8m后，传热量基本不变。工程上采用近似计算的方法，把距外墙8m以内的地面沿与外墙平行的方向分成四个地带。具体计算方法如下：1）直接铺在土壤上的非保温地面［组成地面各层材料的导热系数λ均大于1.16W/（m·℃）。从外墙内表面起2m为一个地带，第一地带靠近墙角处的面积（如图1-4中的阴影部分）需计算两次，以补偿外墙角处较多的热量损失。2）直接铺在土壤上的保温地面（组成地面各层材料中，有一层或数层导热系数λ小于1.16W/（m·℃）的保温层），各地带热阻力为iiooRR式中R’—保温地面的传热阻[（m2·℃）/w]；Ro——非保温地面的传热阻[（m2·℃）/w]；δi——保温层的厚度（m）；λi——保温层的导热系数[w/（m·℃）]。5围护结构传热面积的丈量不同围护结构传热面积的丈量方法如图1-5所示。底层：由地面下表面到上层地面。顶层：平屋顶到屋顶外表面。斜屋面：到门顶的保温层表面。长：外表面到外表面，外表面到中心线，中心线到中心线b、门、窗按净空尺寸。c、地面、屋顶面积，地面和门顶按内廓尺寸，平屋顶，按外廓。d、地下室，位于室外地面以下的外墙，按地面。a、外墙高度，本层地面到上层地面（中间层）第三节围护结构的修正耗热量朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。南－15％～－25％1.朝向修正耗热量选用朝向修正时，应考虑当地冬季日照率，建筑物使用和被遮挡情况。对于冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用-10％～0％，东、西向可不加以修正。北、东北、西北0％～－10％东、西－5％东南、西南－10％～－15％风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构耗热量的修正。计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数αw是在室外风速为4m/s时得到的，我国冬季各地平均风速一般为2～3m/s，因此“暖通规范”规定：在一般情况下，不必考虑风力附加。对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及营区内特别突出的建筑物，应考虑垂直外围护结构附加5％～10％。2.风力修正耗热量由于室内空气对流作用的影响，房间上部空气温度高于室内计算温度，使围护结构上部实际传热量大于按室内计算温度计算的传热量，为此需要进行高度附加，附加率应为正值。“暖通规范”规定：民用建筑和工业企业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，房间高度大于4m时，每高出1m附加围护结构基本耗热量和其他修正耗热量总和的2％，但总的附加率不应大于12％；房间高度小于4m时，不考虑高度附加。3.高度修正耗热量4外门附加冬季，在风压和热压的作用下，大量从室外或相邻房间通过外门、孔洞侵入室内的冷空气被加热成室温所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。冷风侵入耗热量可采用外门附加的方法计算，即冷风侵入耗热量＝外门基本耗热量×外门附加率对于民用建筑和工厂辅助建筑物短时间开启的外门（不包括阳台门、太平门和设有热空气幕的外门）：一道门为65n％；二道门（有门斗）为80n％；三道门（有二个门斗）为60n％。其中n为楼层数。二外门附加率确定方法为：)1)(()1(01.wmfchwRjnjjxxxttAKXQ第四节围护结构的最小热阻与经济传热阻建筑围护结构既要满足结构方面的要求，也要满足建筑热工方面的要求。在技术上主要的要求如下：1.要满足建筑结构上的强度要求；2.要保证在建筑结构内表面不结露，即外墙及顶棚内表面温度不应低于室内空气的露点温度；3.围护结构内表面温度不应过份低于室内空气温度，否则人体将因辐射散热过大而感到不舒适；4.要考虑建筑物的热稳定性，即由于室外温度或室内产生的热量发生变化而使经过围护结构的热流发生变化时，室内保持原有温度的能力。对于不同的建筑物，若在相同的热流变化下，室温波动越小则建筑物的热稳定性越好。能满足内表面温度要求的围护结构传热阻就是围护结构的最小传热阻。虽然加大围护结构热阻可以使供热系统建造费用和运行管