《供热工程》第1章 室内供暖系统的设计热负荷

第1章室内供暖系统的设计热负荷供暖系统设计热负荷1.1围护结构的附加（修正）耗热量1.3冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量1.4维护结构的基本耗热量1.2辐射供暖系统热负荷计算1.6供暖设计热负荷计算例题1.5围护结构的最小传热阻与经济传热阻1.7建筑节能及措施1.9高层建筑供暖设计热负荷计算方法1.8供暖系统设计热负荷1.1•指在某一室外温度tw下,为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供暖系统的热负荷•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•它是设计供暖系统的最基本依据,是定值•指在设计室外温度下，为达到要求的室内温度，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量'wtnt'Q失热量Qsh：供暖系统的热负荷的确定1．围护结构传热耗热量Q13．冷风侵入耗热量Q34．水分蒸发的耗热量Q45．加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q56．通风耗热量Q6（通风系统将空气从室内排到室外所需要带走的热量)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）得热量Qd：11.通过其它途径散失或获得的热量Q117．生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q78．非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q89．热物料散热量Q910．太阳辐射热量Q10'''''''12310shdQQQQQQQ供暖系统的设计热负荷的表达式:'''''1.1.23jxQQQQQ——围护结构的基本耗热量'1.jQ——围护结构的附加（修正）耗热量'1.xQ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。维护结构的基本耗热量1.2基本耗热量Q1.j附加(修正)耗热量Q1.x围护结构耗热量Q1•计算方法：一般按一维稳定传热过程进行计算的。•传热特点：是一个非稳态传热过程一.基本耗热量Q1.j组成：通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、地板、窗顶）从室内传到室外的传热量总和。计算公式：''nwqKFtt（）'''1.jnwQqKFtt（）（W）（W）整个建筑物或房间的基本耗热量:室内计算温度tn定义：是指距地面2米以内人们活动地区的平均空气温度。对于一般民用建筑可用其房间无冷热源影响的几何中心处的温度来代表。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。根据《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tn，按下列规定采用：1．民用建筑的主要房间,宜采用16-24℃注意：工业建筑工作地点的温度下限和劳动强度的分级标准是根据《工业企业设计卫生标准》（GBZ1）制定的和执行的。2．工业建筑的工作地点轻作业：18-21℃中作业：16-18℃重作业：14-16℃过重作业：12-14℃(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，td=tg+(H-2)△t，H为屋顶距地面的高度，m；△t为温度梯度，℃/m(3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用室内平均温度tp，tp.j=(tg+td)/23．辅助建筑物及辅助用室的冬季室内计算温度值，见附录1-1。4.层高超过4m的建筑物或房间，按下列规定采用：注意：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。供暖室外计算温度'wt1.根据围护结构的热惰性原理两种确定方法：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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。2.根据不保证天数的原则来确定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《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围护结构的温差修正系数。温差修正系数值htntwtKF供暖房间非供暖房间计算温差修正系数的示意图''nwhnqKFtFttKt（）（）'nhnwtttt传热达到热平衡时，非供暖房间或空间的温度各种不同情况的具体见附录1-2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。4）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。注意：围护结构的传热系数K值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。传热特点：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1．匀质多层材料(平壁)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2．两种以上两向非匀质围护结构的传热系数K值011npjwKRRRR热流方向121a2a1d2dA1m2111a1a2a1d10pjnwniiiARRRAR22200201-3iiinwAmAmRAmRRm——与热流方向垂直的总传热面积，；——按平行热流方向划分的各个传热面积，；——对应于传热面积上的总热阻，.C/W；、——内表面、外表面换热阻，.C/W；——平均传热阻修正系数，按表取值。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常用结构形式：双层玻璃、复合墙体的空气间层等传热特点K值难以用理论公式确定。工程设计中，按表1-4（P16）4．地面的传热系数•在离外墙约8m以内，室内地面传热系数（热阻）随离外墙的距离增加而减小（增大）较小。•室内地面的传热系数（热阻）在离外墙约8m以远的地面，传热量基本不变。地面传热系数（热阻）特点：地面传热地带的划分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.℃）,K0（R0）值查表1-5（P16）•第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次。•工程计算中，也有采用对整个建筑物或房间地面以平均传热系数进行计算的简易方法，可详见《供暖通风设计手册》注意：'001niiiRR(2)贴土保温地面(组成地面的各层材料中，有导热系数小于1.16w／m.℃的保温层）(3)铺设在地垄墙上的保温地面'''001.18RR地垄墙是指房屋底层空铺木地板下的承重矮墙地垄墙围护结构传热面积的丈量门、窗的面积按外墙外面上的净空尺寸计算外墙面积的丈量：高度从本层地面算到上层的地面;外墙的平面尺寸按建筑物外廓尺寸计算。两相邻房间以内墙中线为分界线闷顶和地面的面积，应按建筑物外墙以内的内廓尺寸计算。对平屋顶，顶棚面积按建筑物轮廓尺寸计算。地下室面积的丈量：第一地带第二地带第三地带第四地带室内地面室外地下室地面朝向修正耗热量风力附加耗热量高度附加耗热量围护结构的附加（修正）耗热量1.3一、朝向修正耗热量•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•计算方法：需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构(门、窗、外墙及屋顶的垂直部分)的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。•《暖通规范》规定选用不同朝向的修正率：北、东北、西北:0～10％东南、西南:-10％～-15％东、西:-5%南:-15％～-30％注意：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、西向可不修正。二、风力附加耗热量•风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。•《暖通规范》规定，在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围结构附加5％～10％。三、高度附加耗热量•高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量•《暖通规范》规定：民用建筑筑和工业辅助建筑物(楼梯间除外)的高度附加率，当房间高度大于4m时，高出1m应附加2％，但总的附加率不应大于15％。注意：高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其它附加(修正)耗热量的总和上。通过围护结构的总耗热量））（（）（’‘’‘fchwngxjxxttKFxQQQ11111朝向修正率风力修正率高度修正率冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量1.4一、冷风渗透耗热量•在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量•影响冷风渗透耗热量的因素：如门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。•总的来说，对于多层(六层及六层以下)的建筑物，由于房屋高度不高，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。•计算冷风渗透耗热量的常用方法常用方法缝隙法换气次数法百分数法1.缝隙法缝隙法的概念：对多层建筑，可通过计算不同朝向的门、窗缝隙长度以及从每米长缝隙渗入的冷空气量，确定其冷风渗透耗热量。这种方法称为缝隙法。每米长缝隙渗入的空气量L的确定：可采用表1-6(P20）的实验数据。经门、窗缝隙渗入室内的总空气量V＝Lln(m3/h)门、窗缝隙的计算长度•当房间仅有一面或相邻两面外墙全部计入其门、窗可开启部分的缝隙长度；•当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大一面的缝隙；•当房间有三面外墙时，仅计入风量较大的两面的缝隙；•当房间有四面外墙时，则计入较多风向的1/2外围护结构范围内的外门窗缝隙。冷风渗透耗热量'2Q''20.278wpnwQVctt（）冷风渗透耗热量'2Q2.换气次数法——用于民用建筑的概算法•在工程设计中，按房间换气次数来估算该房间的冷风渗透耗热量。''20.278knpwnwQnVctt（）概算换气次数3.百分数法——用于工业建筑的概算法•由于工业建筑房屋较高，室内外温差产生的热压较大，冷风渗透量可根据建筑物的高度及玻璃窗的层数，按表1—9列出的百分数进行估算。渗透耗热量占围护结构总耗热量的百分率二、冷风侵入耗热量•在冬季受风压和热压作用下，冷空气从开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。''30.278wpwnwQVctt（）•冷风侵入耗热量，可按下式计算•冷风侵入耗热量的经验计算法冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以表l—10的百分数的简便方法进行计算：''31jmQNQ注意:•表1—10的外门附加率，只适用于短时间开启的、无热风幕的外门。•对于开启时间长的外门，冷风侵入量Vw可根据《工业通风》等原理进行计算，或根据经验公式或图表确定并按公式(1—20)计算冷风侵入耗热量。•此外，对建筑物的阳台门不必考虑冷风侵入耗热量供暖设计热负荷计算例题1.5•已知围护结构条件：•外墙：一砖半厚(370mm)，内面抹灰砖墙。K＝1.57W／㎡·℃，D=5.06•外窗：单层木框玻璃窗。尺寸(宽x高)为1.5*2.0m。窗型为