第一章采暖系统设计热负荷

LOGO供热工程GONGREGONGCHENG第一章供暖系统设计热负荷知识目标：1、采暖系统设计热负荷；2、围护结构的基本耗热量；3、围护结构的附加（修正）耗热量、冷风渗透耗热量；4、围护结构的最小传热阻和经济传热阻。能力目标：1、能够掌握围护结构耗热量的计算方法；2、能够进行冷风渗透耗热量计算方法；3、能够进行围护结构最小传热阻的确定与校核；4、能够进行一般建筑物采暖热负荷的计算。目录课题1采暖系统设计热负荷课题2围护结构的基本耗热量课题3围护结构的附加(修正)耗热量课题4冷风渗透耗热量1234目录课题5围护结构的最小传热阻与经济传热阻课题6采暖设计热负荷计算例题56人们为了保证正常的生产和生活，要求室内保持一定的温度。一个建筑物或房间可有各种得热和散失热量的途径。当建筑物或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，需要由采暖通风系统补给热量，以保证室内要求的温度。采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，这样,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。采暖系统的设计热负荷是指在设计室外温度下，为了达到要求的室内温度，采暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是设计采暖系统的最基本依据。课题1采暖系统设计热负荷1.1采暖系统设计热负荷ntwnt采暖系统的热负荷是指在室外温度下，为了达到要求的室内温度，采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。建筑物失热量：（1）围护结构的耗热量；（2）加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称冷风渗透耗热量；（3）加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称冷风侵入耗热量；（4）水分蒸发的耗热量；（5）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；课题1采暖系统设计热负荷wntnt1.2建筑物得热量和失热量课题1采暖系统设计热负荷（6）通风耗热量。通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量；（7）通过其它途径的耗热量。建筑物得热量：（1）生产车间最小负荷班的工艺设备散热量；（2）热管道及其他热表面的散热量；（3）热物料的散热量；（4）太阳辐射进入室内的热量。此外，还会有通过其它途径散失或获得的热量。课题1采暖系统设计热负荷冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物或房间的得、失热量确定。对于没有由于生产工艺所带来得失热量而需设置通风系统的建筑物或房间(如一般的民用住宅建筑、办公楼等)，失热量只考虑上述的前三项耗热量。得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。至于住宅中其它途径的得热量，如人体散热量、炊事和照明散热量，一般散发量不大，且不稳定，通常可不予计入。1.3热负荷确定的基本原则课题1采暖系统设计热负荷对没有装置机械通风系统的建筑物，围护结构的耗热量是指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。在工程设计中，计算采暖系统的设计热负荷时，常把它分成围护结构的基本耗热量和附加(修正)耗热量两部分进行计算。基本耗热量是指在设计条件下，通过房间各部分围护结构(门、窗、墙、地板、屋顶等)从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加(修正)耗热量是指围护结构的传热状况发生变化而对基本耗热量进行修正的耗热量。附加(修正)耗热量包括朝向修正、风力附加、高度附加和外门附加等耗热量。课题1采暖系统设计热负荷计算围护结构附加(修正)耗热量时，太阳辐射得热量可采用对基本耗热量附加（减）的方法列入，而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。本单元主要阐述采暖系统设计热负荷的计算原则和方法。对具有采暖及通风系统的建筑(如工业厂房和公共建筑等)，采暖及通风系统的设计热负荷，需要根据生产工艺设备使用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。backbackbackback课题2围护结构的基本耗热量围护结构的传热耗热量是指当室内温度高于室外温度时，通过房间的墙、窗、门、屋顶、地面等围护结构由室内向室外传递的热量。常分为两部分计算，即围护结构的基本耗热量和附加耗热量。基本耗热量是指在设计的室内、外温度条件下通过房间各围护结构稳定传热量的总和。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。但不稳定传热计算复杂，所以对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。但对于室内温度要求严格，温度波动幅度要求很小的建筑物或房间，就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算，具体计算参考有关资料。课题2围护结构的基本耗热量围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式为：W(1-2)式中Q——围护结构的基本耗热量，W；K——围护结构的传热系数，W／(m2·℃)；F——围护结构的传热面积，m2；——采暖室内计算温度，℃；——采暖室外计算温度，℃；a——围护结构的温差修正系数。整个建筑物或房间围护结构的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和。应该注意，在进行计算时一定要注意单位的统一，通常均要采用法定单位。attKFqwn)'('ntwt'课题2围护结构的基本耗热量室内计算温度是指距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。室内空气温度的选择，应满足人们生活和生产工艺的要求。生产工艺要求的室温，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，它和许多因素有关，如与房间的用途、室内的潮湿状况和散热强度、劳动强度以及生活习惯、生活水平等有关。许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在16～22℃范围内。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。2.1采暖室内计算温度nt课题2围护结构的基本耗热量暖通规范规定，设计采暖系统时，冬季室内计算温度应根据建筑物用途，按下列规定采用：（1）民用建筑的主要房间，宜采用16～24℃；见附录1-2。（2）工业建筑的工作地点，宜采用轻作业18～21℃；中作业16～18℃；重作业14～16℃；过重作业12～14℃。作业种类的划分，应按国家现行的《工业企业设计卫生标准》（GBZ1）执行。当每名工人占用较大面积（50～100m2）时，轻作业时可低至10℃；中作业时可低至7℃；重作业时可低至5℃。3.辅助建筑物及辅助用室，不应低于下列数值：浴室25℃；更衣室25℃；办公室、休息室18℃；食堂18℃；盥洗室、厕所12℃。当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按照国家现行有关专业标准、规范执行。课题2围护结构的基本耗热量对于高度较高的生产厂房，由于对流作用，上部空气温度必然高于工作地区温度，通过上部围护结构的传热量增加。因此，当层高超过4m的工业建筑，冬季室内计算温度tn，尚应符合下列规定：(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。室内平均温度，应按下式计算：2gdnpttt℃课题2围护结构的基本耗热量式中——室内平均温度，℃；——屋顶下的温度，℃；——工作地点的温度，℃。屋顶下的空气温度td受诸多因素影响，难以用理论方法确定。最好是按已有的类似厂房进行实测确定，或按经验数值用温度梯度法确定。即℃（1-3）式中H——屋顶距地面的高度，m；——温度梯度，℃／m。nptdtgt)2(HtttHgdHt课题2围护结构的基本耗热量对于散热量小于23W／m2的工业建筑，当其温度梯度值不能确定时，可用工作地点的温度计算围护结构耗热量，但应按后面讲述的高度附加的方法进行修正，增大计算耗热量。采暖室外计算温度如何确定，对采暖系统设计有关键性的影响。如采用过低的值，在采暖运行期的绝大部分时间里，使设备能力富裕过多，造成浪费；如采用值过高，则在较长时间内不能保证采暖效果。因此，正确的确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。wt'2.2采暖室外计算温度wt'wt'课题2围护结构的基本耗热量目前国内外选定采暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种：一是根据围护结构的热惰性原理，另一种是根据不保证天数的原则来确定。原苏联建筑法规规定各个城市的采暖室外计算温度是按考虑围护结构热惰性原理来确定的。它规定采暖室外计算温度要按50年中最冷的八个冬季里最冷的连续5天的日平均温度的平均值确定。通过围护结构热惰性原理分析得出：在采用砖实心墙情况下，即使昼夜间室外温度波幅为±18℃，外墙内表面的温度波幅也不会超过±1℃，对人的舒适感不受影响。根据热惰性原理确定采暖室外计算温度，规定值是比较低的。采用不保证天数方法的原则是：人为允许有几天时间可以低于规定的采暖室外计算温度值，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。212nt课题2围护结构的基本耗热量围护结构温差修正系数a值的大小，取决于非采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，不采暖房间或空间的空气温度更接近于室外空气温度，则a值更接近于1。围护结构的温差修正系数见表1-1。ht2.3温差修正系数a值课题2围护结构的基本耗热量围护结构特征a外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等1.00闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等0.90与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(1～6层建筑)0.60与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(7～30层建筑)0.50非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时0.75非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时0.60非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时0.40与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.70与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.40伸缩缝墙、沉降缝墙0.30防震缝墙0.70温差修正系数（a）表1-1backbackbackback课题2围护结构的基本耗热量此外，当两个相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板等的传热量。与相邻房间的温差小于5℃时，且通过隔墙或楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时，尚应计算其传热量。（1）匀质多层材料（平壁）的传热系数K值一般建筑物的外墙和屋顶都属于匀质多层材料的平壁结构，其传热过程如图1-1所示。传热系数值可用下式计算：wjnniwiinaKRRRR1111110W/（m2·℃）(1-5)2.4围护结构的传热系数K值课题2围护结构的基本耗热量式中K——围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；——围护结构的传热阻，m2·℃/W；、——围护结构内表面、外表面的换热系数，W/（m2·℃）；、——围护结构内表面、外表面的换热阻，m2·℃/W；——围护结构各层材料的厚度，m；——围护结构各层材料的导热系数，W/（m·℃）；——围护结构本体（包括单层或多层结构材料层及封闭的空气间层）的热阻，m2·℃/W。ORnwnRwRiijR课题2围护结构的基本耗热量围护结构表面换热过程是对流和辐射的综合过程。围护结构内表面换热是壁面与邻近空气及其它壁面由于温差引起的自然对流和辐射换热的共同作用，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。工程计算中采用的换热系数和换热阻值分别于列表1-2和表1-3。课题2围护结构的基本耗热量（2）由两种以上材料组成的、两向非匀质围护结构的传热系数K值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等日益增多。这种墙体属于由两种以上材料组成的、非匀质围护结构，属于两维传热过程。计算它的传热系数K值时，通常采用近似计算方法或实验数据。下面介绍中国建筑科学研究院建筑