供暖系統(tǒng)的設計熱負荷講稿

1、供暖系統(tǒng)的設計熱負荷講稿 第1頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第一節(jié) 供暖系統(tǒng)設計熱負荷供暖系統(tǒng)的熱負荷是指某一室外溫度tw下,為了達到要求的室內溫度tn，供暖系統(tǒng)在單位時間內向建筑物供給的熱量。它隨著建筑物得失熱量的變化而變化。 供暖系統(tǒng)的設計熱負荷，是指在設計室外溫度tw下，為達到要求的室內溫度tn,系統(tǒng)在單位時間內向建筑物供給的熱量Q。它是設計供暖系統(tǒng)的最基本依據(jù)。第2頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一建筑物或房間的得、失熱量的確定 失熱量有：1圍護結構傳熱耗熱量Q1；2加熱出門、宙縫隙滲人室內的冷空氣的耗熱顯Q2，稱冷風滲透耗熱量，3加熱由門、

2、孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量Q3，稱冷風侵入耗熱量，4水分蒸發(fā)的耗熱量Q4；5加熱由外部運入的冷物料和運輸丁具的耗熱量Q56通風耗熱量。通風系統(tǒng)將空氣從室內排到室外所帶走的熱量Q6；第3頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一得熱量有： 7生產(chǎn)車間最小負荷班的工藝設備散熱量Q 7；8非供暖通風系統(tǒng)的其它管道和熱表面的散熱量Q8， 9熱物料的散熱量Q 9；10太陽輻射進入室內的熱量Q10此外，還會有通過義它途徑散失或獲得的熱量Q11。第4頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一供暖系統(tǒng)的設計熱負荷在工程設計中，供暖系統(tǒng)的設計熱負荷，一般可分為部分進行計算。 Q=

3、Q1.j+Q1.x+Q2+Q3式中 Q1.j圍護結構的基本耗熱量; Q1.x圍護結構的附加(修正)耗熱量。第5頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一供暖系統(tǒng)的設計熱負荷對具有供暖及通風系統(tǒng)的建筑(如工業(yè)廠房和公共建筑等)、供暖及通風系統(tǒng)的設計熱負荷，需要根據(jù)生產(chǎn)工藝設備使用或建筑物的使用情況，通過得失熱量的熱平衡和通風的空氣量平衡綜合考慮才能確定。 這部分內容將在“通風工程”課程中詳細闡述。第6頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第二節(jié) 圍護結構的基本耗熱量 在工程設計中，圍護結構的基本耗熱量是按一維穩(wěn)定傳熱過程進行計算的 。 即假設在計算時間內，室內、外空氣

4、溫度和其它傳熱過程參數(shù)都不隨時間變化。實際上，室內散熱設備散熱不穩(wěn)定，室外空氣溫度隨季節(jié)和晝夜變化不斷波動，這是一個不穩(wěn)定第7頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第二節(jié) 圍護結構的基本耗熱量對室內溫度容許有一定波動幅度的般建筑物來說，采用穩(wěn)定傳熱計算可以簡化計算方法并能基本滿足要求。但對于室內溫度要求嚴格，溫度波動幅度要求很小的建筑物或房間，就需采用不穩(wěn)定傳熱原理進行圍護結構耗熱量計算，詳見空氣調節(jié)工程的書籍。第8頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一圍護結構基本耗熱量計算qKF(tn-tw )a W （1-3）式中 K: 維護結構的傳熱系數(shù)，Wm2；F: 圍

5、護結構的而積，m2；tn: 冬季室內計算溫度，tw : 供暖室外計算溫度， a: 維護結構的溫差修止系數(shù)。第9頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一一、室內計算溫度tn室內計算溫度是指距地面2米以內人們活動地區(qū)的平均空氣溫度。室內空氣溫度的選定，應滿足人們生活和生產(chǎn)工藝的要求。 生產(chǎn)要求的室溫,一般由工藝設計人員提出。生活用房間的溫度，主要決定于人體的生理熱平衡。它和許多因素有關，如與房間的用途、室內的潮濕狀況和散熱強度、勞動強度以及生活習慣、生活水平等有關。第10頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一冬季室內溫度標準 許多國家所規(guī)定的冬季室內溫度標準，大致在1

6、622范圍內。根據(jù)國內有關衛(wèi)生部門的研究結果認為：當人體衣著適宜，保暖量充分且處于安靜狀況時，室內溫度20比較舒適。18無冷感，15是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限。第11頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范(GBJl 9-87) 規(guī)定 設計集中供暖時，冬季室內計算溫度，應根據(jù)建筑物的用途，按下列規(guī)定采用： 1民用建筑的主要房間,宜采用1620； 2生產(chǎn)廠房的工作地點 輕作業(yè)不應低于15， 中作業(yè)不應低于12 , 重作業(yè)不應低于10； 3輔助建筑物及輔助用室的冬季室內計算溫度值，見附錄11。第12頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一采暖通風

7、與空氣調節(jié)設計規(guī)范(GBJl 9-87) 規(guī)定對于高度較高的生產(chǎn)廠房，由于對流作用，上部空氣溫度必然高于工作地區(qū)溫度，通過上部圖護結構的傳熱量增加。因此，當層高超過4 m的建筑物或房間，冬季室內計算溫度t n，應按下列規(guī)定采用： ()計算地面的耗熱量時，應采用工作地點的溫度，tg() (2)計算屋頂和天窗耗熱量時，應采用屋頂下的溫度，td() (3)計算門、窗和墻的耗熱量時，應采用室內平均溫度tp.j=(tg+td)/2()第13頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范(GBJl 9-87) 規(guī)定屋頂下的空氣溫度td受諸多因素影響，難以用理論方法確定。最

8、好是按已有類似廠房進行實測確定；或按經(jīng)驗數(shù)值，用溫度梯度法確定 即 fdtg+ (H-2) t 式中 H屋頂距地面的高度，m t溫度梯度，m。 對于散熱量小于23wm2。的生產(chǎn)廠房，當其溫度梯度值不能確定時，可用工作地點溫度計算圍護結構耗熱量，但應按后面講述的高度附加的方法進行修正，增大計算耗熱量。 第14頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一二、供暖室外計算溫度tw供暖室外計算溫度的確定，對供暖系統(tǒng)設計有很關鍵性的影響。如采用過低的tw值，使供暖系統(tǒng)的造價增加；如采用值過高，則不能保證供暖效果。 目前國內外選定供暖室外計算溫度的方法，可以歸納為兩種： 是根據(jù)圍護結構的熱惰性原

9、理；另一種是根據(jù)不保證天數(shù)的原則來確定。第15頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一我國供暖室外計算溫度值得確定原則 暖通規(guī)范采用了不保證天數(shù)方法確定北方城市的供暖室外計算溫度值。規(guī)范規(guī)定； “供暖室外計算溫度，應采用歷年平均不保證5天的日平均溫度”。對大多數(shù)城市來說，是指1951一1980年共30年的氣象統(tǒng)計資料里。不得有多于150天的實際日平均溫度低于所選定的室外計算溫度值我國北方一些城市的供暖室外計算溫度值，詳見暖通規(guī)范附錄。第16頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一 采用不保證天數(shù)方法的原則人為允許有幾天時間可以低于規(guī)定的供暖室外計算溫度值，亦即容許這

10、幾天室內溫度可能稍低于室內計算溫度值。不保證天數(shù)根據(jù)各國規(guī)定而有所不同，有規(guī)定l天、3天、5天等。 第17頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一 三、溫差修正系數(shù)a值 溫差修正系數(shù)a值：對供暖房間圍護結構外側不是與室外空氣直接接觸，而中間隔著不供暖房間或空間的場合(如圖11)，通過該圍護結構的傳熱量的計算采用了圍護結構的溫差修正系數(shù)。第18頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一三、溫差修正系數(shù)a值q=aK F(tn-tw)= KF(tn-th)W式中 F供暖房間所計算的圍護結構表面積，m2； (1-6) K供暖房間所計算的圍護結構的傳熱系數(shù)， Wm2 th 不供

11、暖房間或空間的空氣溫度， ； a一 圍護結構溫差修正系數(shù)。 ；第19頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一三、溫差修正系數(shù)a值注意事項：維護結構溫差修正系數(shù)得大小，取決于非供暖房間或空間的保溫性能和透氣狀況。對于保溫性能差和易于室外空氣流通的情況，不供暖房間或空間的空氣溫度更接近于室外空氣溫度，則a值更接近于1。此外，如兩個相鄰房間的溫差大于或等于5時，應計算通過隔墻或樓板的傳熱量 。第20頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一四、圍護結構的傳熱系數(shù)K值1勻質多層材料(平壁)的傳熱系數(shù)K值。 2出兩種以上材料組成的、兩向非勻質圍護結構的傳熱系數(shù)值。 3空氣間層傳

12、熱系數(shù)K值。 第21頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一1勻質多層材料(平壁)的傳熱系數(shù)K值傳熱系數(shù)K值可用下式計算 K=1/R。=1/（1/n+i/i+1/w） =1/(Rn+Rj+Rw) 式中 R。一圍護結構的傳熱阻，m：w； n, w圍護結構內表面、外表面的換熱系數(shù)，wm2； Rn，Rw圍護結構內表面、外表面的傳熱阻，m2W； i一圍護結構各層的厚度，m i圍護結構各層材料的導熱系數(shù)，Wm； Rj一由單層或多層材料組成的圍護結構各材料層的熱阻，m2W第22頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一2兩向非勻質圍護結構的傳熱系數(shù)值傳統(tǒng)的實心磚墻：傳熱系數(shù)值較高

13、；從節(jié)能角度出發(fā)，采用各種形式的空心砌塊，或填充保溫材料的墻體等日益增多。 這種墻體用于由兩種以上材料組成的、非勻質圍護結構，屬于兩維傳熱過程，計算它的傳熱系數(shù)時，通常來用近似計算方法或實驗數(shù)據(jù)。第23頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一3空氣間層傳熱系數(shù)K值應用場合 嚴寒地區(qū)； 一些高級民用建筑 。第24頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一3空氣間層傳熱系數(shù)K值常用的形式： 雙層玻璃、復合墻體的空氣間層等。第25頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一空氣間層傳熱系數(shù)作用原理 間層中的空氣導熱系數(shù)比組成圍護結構的其它材料的導熱系數(shù)小。增加了圍

14、護結構傳熱阻。空氣間層傳熱同樣是輻射與對流換熱的綜合過程。在間層壁面涂覆輻射系數(shù)小的反射材料，如鋁箔等，可以有效地增大空氣間層的換熱阻，對流換熱強度，與間層的厚度、間層設置的方向和形狀、以及密封性等因素有關。當厚度相同時熱流朝下的空氣間層熱阻最大，豎壁次之，而熱流朝上的空氣間層熱阻最小。同時，在達到一定厚度后，反而易于對流換熱，熱阻的大小幾乎不隨厚度增加而變化了。第26頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一4地面的傳熱系數(shù) 室內地面的傳熱系數(shù)隨著離外墻的遠近的變化 第27頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一室內地面的傳熱系數(shù)隨著離外墻的遠近的變化在冬季，室內熱

15、量通過靠近外墻地面?zhèn)鞯绞彝獾穆烦梯^短，熱阻較??；而通過遠離外墻地面?zhèn)鞯绞彝獾穆窂捷^長，熱阻增大；在離外墻約8米以遠的地面，傳熱量基本不變。 第28頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一4地面的傳熱系數(shù)的近似計算方法(1)貼土非保溫地面(組成地面的各層材料導熱系數(shù)都大于1.16Wm) (2)貼土保溫地面(組成地面的各層材料中，有導熱系數(shù)于116wm的保溫層) (3)鋪設在地壟墻上的保溫地面 第29頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一貼土非保溫地面第一地帶靠近墻角的地面面積(圖1-4的陰影部分)需要計算兩次。工程計算中，也有采用對整個建筑物或房間地面以平均傳熱系數(shù)

16、進行計算的簡易方法，可詳見供暖通風設計手冊第30頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一貼土保溫地面第31頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一鋪設在地壟墻上的保溫地面 鋪設在地壟墻上的保溫地面各地帶的換熱阻值可按下式計算 R。 =1.1 8 R。 m2w第32頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一五、圍護結構傳熱面積的丈量不同圍護結構傳熱面積的丈量方法按圖15的規(guī)定計算。第33頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一五、圍護結構傳熱面積的丈量外墻面積的丈量：高度從本層地面算到上層的地面(底層除外，見圖15所示)。 對平屋頂?shù)慕ㄖ铮?/p>

17、最頂層的丈量是從最頂層的地面到平屋頂?shù)耐獗砻娴母叨龋?而對有悶頂?shù)男蔽菝妫愕綈烅攦鹊谋貙颖砻?。平面尺?應按建筑物外廓尺寸計算； 兩相鄰房間以內墻中線為分界線。第34頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一五、圍護結構傳熱面積的丈量 門、窗的面積按外墻外面上的凈空尺寸計算。悶頂和地面的面積，應按建筑物外墻以內的內廓尺寸計算。對平屋頂，頂棚面積按建筑物輪廓尺寸計算。第35頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一五、圍護結構傳熱面積的丈量地下室面積的丈量，位于室外地面以下的外墻，其耗熱量計算方法與地面的計算相同，但傳熱地帶的劃分，應從室外地面相平的墻面算起，以及把地

18、下室外墻在室外地面以下的部分，看作是地下室地面的延伸。第36頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第三節(jié) 圍護結構的附加(修正)耗熱量 圍護結構的基本耗熱量，是在穩(wěn)定條件下，按公式(14)計算得出的。實際耗熱量會受到氣象條件以及建筑物情況等各種因素影響而有所增減。由于這些因素影響，需要對圍護結構基本能熱量進行修正。 第37頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一圍護結構的附加(修正)耗熱量附加(修正)耗熱量有：朝向修正耗熱量風力附加耗熱量高度附加耗熱量第38頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一一、朝向修正耗熱量朝向修正耗熱量：是考慮建筑物受太陽照

19、射影響而對圍護結構基本耗熱量的修正。計算方法：需要修正的耗熱量等于垂直的外圍護結構(門、窗、外墻及用頂?shù)拇怪辈糠?的基本耗熱量乘以相應的朝向修正率。第39頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一一、朝向修正耗熱量 暖通規(guī)范規(guī)定：宜按下列規(guī)定的數(shù)值， 選用不同朝向的修正率： 北、東北、西北 010； 東南、西南 -10一-15； 東、西 -5% ； 南-15一-30。第40頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一一、朝向修正耗熱量選用上面朝向修正率時，應考慮當?shù)囟救照章?、建筑物使用和被遮擋等情況。 對于冬季日照率小于35的地區(qū)，東南、西南和南向修正率，宜采用10一0

20、，東、西向可不修正。第41頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一二、風力附加耗熱量 風力附加耗熱量是考慮室外風速變化而對圍護結構基本耗熱量的修正。計算方法：在一般情況下，不必考慮風力附加。只對建在不避風的高地、河邊、海岸、曠 野上的建筑物，以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內特別突出的建筑物，才考慮垂直外圍結構附加5一10。第42頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一三、高度附加耗熱量高度附加耗熱量是考慮房屋高度對圍護結構耗熱量的影響而附加的耗熱量。計算方法：暖通規(guī)范規(guī)定：民用建筑筑和工業(yè)輔助建筑物(樓梯間除外)的高度附加率，當房間高度大于4m時，高出1m應附加2，但總的附加率不應

21、大于15。應注意；高度附加率，應附加于房間各圍護結構基本耗熱量和其它附加(修正)耗熱量的總和上。第43頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一通過圍護結構的總耗熱量建筑物或房間在室外供暖計算溫度下，通過圍護結構的總耗熱量，可用下式綜合表示 ： Q1Q1.j + Q1.x (1+xg) KF(tn-tw )a(1+xch+xf) 式中xch朝向修正率，； xf一風力附加率，xf0； xg一席度附加韋、，15%xg0。 其它符號同前。第44頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第四節(jié) 圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 運用圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻的意義：在供暖

22、期間，圍護結構應滿足使用要求、衛(wèi)生要求和經(jīng)濟要求，這就需要利用“圍護結構最小傳熱阻”或“經(jīng)濟傳熱阻”的概念。確定圍護結構傳熱阻時，圍護結構內表面溫度是一個最主要的約束條件。 除浴室等相對濕度很高的房間外圍護結構內表面溫度值應滿足內表面不結露的要求。內表面結露，可導致耗熱量增大和使圍護結構易于損壞。室內空氣溫度與圍護結構內表面溫度的溫度差還要滿足衛(wèi)生要求。 當內表面溫度過低，人體向外輻射熱過多，會產(chǎn)生不舒適感。根據(jù)上述要求而確定的外圍護結構傳熱阻，稱為最小傳熱阻。第45頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第四節(jié) 圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻室內空氣溫度與圍護結構內表面溫度的

23、溫度差還要滿足衛(wèi)生要求。 當內表面溫度過低，人體向外輻射熱過多，會產(chǎn)生不舒適感。根據(jù)上述要求而確定的外圍護結構傳熱阻，稱為最小傳熱阻。第46頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一圍護結構的最小傳熱阻的確定工程設計中，規(guī)定了在不同類型建筑物內，冬季室內計算溫度與外圍護結構內表面的允許溫度差值。 R。min=a(tn-tw.e)/ ty Rn Wm2 式中 R。 min 維護結構的最小傳熱阻 Wm2 ty 供暖室內計算溫度與圍護結構內 表面溫度的允許溫差， tw.e 冬季圍護結構室外計算溫度 第47頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第四節(jié) 圍護結構的最小傳熱阻與

24、經(jīng)濟傳熱阻冬季圍護結構室外計算溫度tw.e，按圍護結構熱惰性指標D值分成四個等級來確定(見表l6)。第48頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第四節(jié) 圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻當采用D6的圍護結構(所謂重質墻)時，采用供暖室外計算溫度tw作為校驗圍護結構最小傳熱阻的冬季室外計算溫度。當采用D6的中型和輕型圍護結構時，為了能保證與重質墻圍護結構相當?shù)膬缺砻鏈囟炔▌臃?，就得采用比供暖室外計算溫度更低的溫度，作為檢驗輕型或中型圍護結構最小傳熱阻的冬季空外計算溫度，亦即要求更大些的圍護給構最小傳熱阻值。 第49頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一例題1-1哈

25、爾濱市住宅建筑，外墻為2磚墻，內抹灰(20m m)。試計算其傳熱系數(shù)值，并與應采用的最小傳熱阻相對比。 第50頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一例題1-1解 ： 1哈爾濱市供暖室外計算溫度：=-26。由附錄12查出，磚墻的導熱系數(shù)0.81Wm，內表面抹灰砂漿的導熱系數(shù)o87Wm。 根據(jù)公式(1-8)、表(1-1)和表(1-2)，得R=0.786 m2WK=1/R。=1.27 Wm2第51頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一例題1-1通過計算可見，該外墻圍護結構的實際傳熱阻R。小于最小傳熱阻R。min 值。不滿足暖通規(guī)范規(guī)定，故外墻應加厚到兩磚半(620mm

26、)，或采用保溫墻體結構型式。 第52頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一民用建筑節(jié)能設計標準 由于按經(jīng)濟傳熱阻確定圍護結構，需要增加許多基建投資。目前我國尚難立刻實現(xiàn)。為了節(jié)約能源和逐少加強圍護結構保溫措施，建設部于1986年制訂了民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)。標準中規(guī)定了不同地區(qū)供暖居住建筑圍護結構平均傳熱系數(shù)的最大值和一些具體要求，從總體控制供暖的能耗。第53頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一建筑圍護結構平均傳熱系數(shù)的計算KmKiFiF。 Wm 2 （1-18）式中 Ki 參與傳熱阻各圍護結構的傳熱系數(shù)，Wm 2; Fi 相應的得圍護結構面

27、積，m 2； F。 參與傳熱的各圍護結構結構的總和，m 2; Km 建筑物圍護結構的平均傳熱系數(shù)，Wm 2 設計值不得超過該標準的規(guī)定。如哈爾濱市，不得超過093Wm 2，北京市不得超過Wm 2 等。第54頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一第五節(jié) 冷風滲透耗熱量 在風力和熱壓造成的室內外壓差作用下，室外的冷空氣通過門、窗等縫隙滲入室內，被加熱后逸出。把這部分冷空氣從室外溫度加熱到室內溫度所消耗的熱量，稱為冷風滲透耗熱量 Q2。 冷風滲透耗熱量，在設計熱負荷中占有不小的份額。第55頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一影響冷風滲透耗熱量的因素影響冷風滲透耗熱量的因素很多，如門窗構造、門窗朝問等?？偟膩碚f，對于多層(六層及六居以下)的建筑物，由于房屋高度不高，在工程設計中，冷風滲透耗熱量主要考慮風壓的作用，可忽略熱壓的影響。 第56頁，共63頁，2022年，5月20日，0點1分，星期一計算冷風滲透耗熱量的常用方法常用方法有： 縫隙法；