暖通空调课件Ch2.ppt

第二章热负荷 冷负荷与湿负荷计算 2 1室内外空气计算参数 2 2冬季建筑的热负荷 2 3夏季建筑围护结构的冷负荷 2 4室内热源散热引起的冷负荷 2 5湿负荷 2 6新风负荷 2 7空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷 2 8计算举例 1 冷负荷 为补偿房间得热 保持一定热湿环境 在单位时间内所需向房间供应的冷量 称为冷负荷 2 热负荷 为补偿房间失热在单位时间内所需向房间供应的热量 称为热负荷 3 湿负荷 为了维持房间湿度恒定需从房间除去湿量称为湿负荷 4 正确确定冷热湿负荷的意义 负荷计算是暖通空调设计的依据 关系到环境指标 保证设备容量大小 方案确定 系统管道大小等 5 冷 热 湿负荷计算依据 室外气象参数和室内空气参数 2 1室内外空气计算参数 一 室外空气计算参数 1 室外空气计算参数 指在负荷计算中所采用的室外空气参数 2 确定室外空气计算参数 按现行的 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 中规定的计算参数 3 我国确定室外空气计算参数的基本原则 按不保证天数 小时数 法 即全年允许有少数时间不保证室内温湿度标准 若必须全年保证时 参数需另行确定 4 室外空气计算参数主要类别 1 夏季空调室外计算干 湿球温度 规范 确定 夏季空调室外计算干球取夏季室外空气历年平均不保证50h的干球温度 湿球温度也同样 见附录2 1 历年平均 指近三十年平均 用途 用于计算夏季新风冷负荷 2 夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 空调围护结构传热负荷计算原理是按非稳态传热过程计算 因此须知夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 逐时温度按下式计算 逐时温度 夏季空调室外计算日平均温度 规范规定取夏季历年平均不保证5天的日平均温度 见附录2 1 室外空气温度逐时变化系数 按表2 1确定 夏季空调室外计算平均日较差 按附录2 1或下式计算 夏季空调室外计算干球温度 3 冬季空调室外空气计算温度 相对湿度 用途 在冬季利用空调供暖时 计算围护结构的热负荷和新风负荷均用此温度 确定原则 规范规定冬季历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度 相对湿度 规范规定 采用累年最冷月平均相对湿度作为冬季空调室外空气计算相对湿度 4 采暖室外计算温度和冬季通风室外计算温度 采暖室外计算温度的确定 规范 规定取冬季历年平均不保证5天的日平均温度 通风室外计算温度的确定 取累年最冷月平均温度 采暖室外计算温度的用途 用于计算采暖建筑物围护结构的热负荷及冬季使用的局部送风 补偿局部排风和消除有害物质的全面通风等的进风 通风室外计算温度的用途 计算消除余热余湿的全面通风 5 夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度 通风室外计算温度的确定 规范 规定取历年最热月14时的月平均温度的平均值 通风室外计算相对湿度的确定 取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值 用途 计算消除余热余湿的通风及自然通风中的计算 进风需冷却时的进风冷负荷也采用 二 室内空气计算参数 室内空气计算参数选择考虑因素 1 房间使用功能对舒适性的要求2 地区 冷热源情况 经济条件和节能要求等因素 对舒适性空调 采暖室内计算参数的要求 参见规范及相关设计手册 工艺性空调根据工艺及卫生要求来确定 参见规范及 空气调节设计手册 3 1 3 2工艺性空气调节室内温湿度基数及其允许波动范围 应根据工艺需要及卫生要求确定 活动区的风速 冬季不宜大于0 3m s 夏季宜采用0 2 0 5m s 当室内温度高于30 时 可大于0 5m s3 1 5当工艺无特殊要求时 生产厂房夏季工作地点的温度 应根据夏季通风室外计算温度及其与工作地点的允许温差不得超过表3 1 5的规定 2 2冬季建筑的热负荷 采暖通风设计热负荷的确定依据 热量平衡原理 即热负荷 失热量 得热量民用建筑 失热量 围护结构耗热量 由门窗缝隙渗入冷空气 冷风渗透 外门开启侵入冷空气 冷风侵入 得热量 太阳辐射工业建筑 失热量 除上述民用建筑失热量项目 还有冷物料运输工具 水分蒸发 通风等 得热量 设备散热 热物料 一 围护结构的耗热量 围护结构耗热量包含内容 围护结构温差传热量 冷风渗透 缝隙渗入冷空气 冷风侵入 外门开启侵入 太阳辐射 上述代数和为围护结构耗热量 为简化计算可分为基本耗热量和附加耗热量 1 围护结构的基本耗热量按下式计算 j部分围护结构的基本耗热量 W j部分围护结构的传热面积 j部分围护结构的传热系数 W 冬季室内计算温度 冬季室外计算温度 围护结构的温差修正系数 无量纲 见表2 4 的确定 a 外墙高度 本层地面到上层地面 中间层 底层 由地面下表面到上层地面 顶层 平屋顶 地面到屋顶外表面 斜屋面 到屋顶的保温层表面 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 地面和屋顶按内廓尺寸 平屋顶按外廓 d 地下室 位于室外地面以下的外墙 按地面计算 的确定 查有关手册计算 多层匀质平壁 地面通常用地带划分法 第一地带 0 47W 第二地带 0 23W 第三地带 0 12W 第四地带 0 07W 围护结构的热阻全面采暖建筑的围护结构必须具有一定的保温性能 应能满足一定的卫生要求和内表面不结露的要求 技术经济合理 围护结构的热阻是衡量保温性能的主要指标 应根据技术经济比较确定 且符合国家有关民用建筑热工设计规范和节能标准的要求 围护结构最小热阻应按规范中的公式计算确定 选择合适的围护结构 2 围护结构附加耗热量 朝向修正耗热量产生原因 太阳辐射对建筑物得失热量的影响 规范 规定对不同朝向的垂直围护结构进行修正 修正方法 采用修正率 注意各地规定 北 东北 西北朝向 0 10 东 西朝向 5 东南 西南朝向 10 15 南向 15 25 选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小 冬季日照率小于35 的地区 东南 西南和南向的修正率宜采用0 10 其他朝向可不修正 风力附加耗热量产生原因 风力增强 规范 规定在不避风的高地 河边 海岸 旷野上的建筑物以及城镇 厂区内特别高的建筑物 垂直的外围护结构热负荷附加5 10 一般城市中建筑物可不附加 外门开启附加产生原因 加热开启外门侵入的冷空气 方法 短时间开启 无热风幕 按表2 5查取附加率 高度附加原因 高度过高附加方法 当净高超过4m时 每增加1m 附加率为2 最大不超过15 高度附加是在基本耗热量和其他附加耗热量总和上 通过某一围护结构传热量耗热量 二 门窗缝隙渗入冷空气的耗热量1 产生原因 因风压与热质作用室外空气经门窗缝隙进入室内 2 方法 规范 规定 对多层和高层民用建筑用以下方法 加热渗入冷空气耗热量 w 0 278 单位换算系数 1kJ h 0 278w L 经门窗缝隙渗入室内的冷空气量 查规范附录D 多层建筑用换气次数法计算 采暖室外计算温度下空气密度 kg m3 Cp 空气定压质量比热 1kJ kg 渗透冷风量 换气次数 房间体积注意 1 空调房间通常保持正压 不计算冷风渗透 2 封窗 可不计算 3 高层建筑冷风渗透查询有关手册 2 3夏季建筑围护结构的冷负荷 1 冷负荷计算方法 我国工程实用方法 谐波反应法 冷负荷系数法 冷负荷系数法 基础是传递函数法 便于手算 本课程采用这种方法 谐波反应法 得热量形成冷负荷的关键是得热中辐射部分变为冷负荷的比例 谐波反应法中辐射扰量转化为冷负荷的过程为 辐射扰量投到板壁上 相当于引起板壁表面空气边界层温度升高 板壁吸热后温度升高会以对流的形式向房间放热 所放出的热量即为一部分冷负荷 2 冷负荷产生原因 室内外温差 太阳辐射 人体 照明 设备散热 一 围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法 1 外墙和屋顶逐时传热引起的冷负荷逐时冷负荷按下式 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷 w A 外墙和屋面的面积 K 外墙和屋面和传热系数 查附录2 2 2 3 室内计算温度 外墙和屋面的逐时综合冷负荷计算温度 查附录2 4 2 5 垂直面 0水平面 3 5 4 注意 1 附录2 4 2 5给出的是以北京地区气象参数计算而得 对其他地区 应修正 成为 td 可由附录2 6查得 2 当 18 6W 时 应将 td 乘以表2 8中的修正值 3 当变化时 可不修正 一般取8 7W 4 表中吸收系数已建议采用 0 90 但有把握保持外表面的中浅色时 表中数值可查表2 9所列吸收系数修正值 因此 外墙和屋面的冷负荷计算温度为冷负荷计算式改为 5 为了减少计算工作量 对非轻型外墙 室外计算温度可采用平均综合温度代替冷负荷计算温度 夏季空调室外计算日平均温度 规范规定取夏季历年平均不保证5天的日平均温度 夏季空调室外计算日平均综合温度 围护结构所在朝向太阳总辐射照度的日平均值 W m2 围护结构外表面太阳辐射热的吸收系数 围护结构外表面换热系数 注 附录2 4 2 5中给出的围护结构其类型是根据围护结构热惰性指标来判定的 可参见暖通规范4 1 9或民用建筑热工设计规范 2 内围护结构冷负荷 产生原因 邻室为非空调房间 或有发热量 负荷计算 a 邻室为非空调房间 且通风良好 通过内墙与楼板传热冷负荷 可按式 2 5 计算 b 当邻室有发热量时 可视作稳定传热 按下式 内围护结构传热系数 内围护结构面积m2 夏季空调室外计算日平均温度 附加温升 按表2 10选取 3 外玻璃窗逐时传热引起的冷负荷 温差传热 通过外玻璃窗冷负荷 外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷 外窗传热系数 查附录2 7 2 8 窗口面积 外窗冷负荷温度的逐时值 按式2 1计算或查附录2 10 注意 1 值要根据窗框情况不同修正 修正值查附录2 9 2 要进行地点修正 修正值可查附录2 11 因此 式 2 9 变为 4 地面传热形成的冷负荷舒适性空调 夏季可不计算地面传热形成的冷负荷工艺性空调规范规定 有外墙时 距外墙2m内的地面要计算传热形成的冷负荷 稳态计算 保温地面Kg 0 35W m2 非保温地面Kg 0 47W m2 二 通过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法 一 日射得热因数的概念1 日射得热的分类 通过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热qt窗玻璃吸收太阳辐射后进入室内热量q 2 影响因素 窗类型遮阳设施太阳入射角太阳辐射强度 3 日射得热因数 因素组合太多 无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强度间的函数关系 于是采用一种对比计算方法 采用3mm厚玻璃 普通平板 作标准玻璃 在 8 7 和 18 6 条件下 得出夏季 七月份为代表 通过这一 标准玻璃 的日射得热量和值 称为日射得热因数 经统计计算 得出适用于各地区 不同纬度 的 由附录2 12查得 在非标准玻璃情况下 不同窗类型和遮阳设施对得热影响可对加以修正 乘以窗玻璃的综合遮挡系数 窗玻璃的遮阳系数定义式为由附录2 13查得 窗内遮阳设施的遮阳系数 由附录2 14查得 外遮阳不介绍 二 通过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷的计算方法冷负荷式中 窗口面积 有效面积系数 附录2 15查得 窗玻璃冷负荷系数 无因次 附录2 16至2 19查得 注意 分南北区 以北纬27 30 为界 1 室内热源散热的构成 设备散热照明散热人体散热2 室内热源散热的类型 显热潜热显热 因温差造成 以对流形式散出的成为瞬时冷负荷 以辐射形式散出的成为先被围护结构或家具表面所吸收 然后再缓慢散出 形成滞后冷负荷 要采用冷负荷系数计算 潜热 因水分凝结放热 为瞬时冷负荷 2 4室内热源散热引起的冷负荷 一 设备散热形成的冷负荷按下式计算 式中 设备和用具显热形成的冷负荷 W 设备和用具的实际显热散热量 W 设备和用具的实际显热冷负荷系数 可由附录2 20 20 21查得 如果空调系统不连续运行 则 1 0 1 电动设备当工艺设备和电动机都在室内时当工艺设备在室内 而电动机不在室内当工艺设备不在室内 而只有电动机在室内时 其中各项意义N 电动设备的安装功率kW 电动机效率 可由产品样本查 Y系列电动见表2 11 利用系数 电动最大实耗功率与安装功率之比 一般取0 7 0 9 电机负荷系数 电机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比 精密机床可取0 15 0 40 普通机床取0 5左右 同时使用系数 室内电机同时使用安装功率与总安装功率之比 一般取0 5 0 8 2 电热设备散热量对无保温密闭罩的设备 按下式计算 考虑排风带走热量的系数 一般取0 5 其他符号同前 3 电子设备计算公式同 2 17 其中根据使用情况而定 计算机取1 0 一般仪表取0 5 0 9 二 照明设备形成的冷负荷特点 电压一定时 室内照明散热量不随时间变化 是稳定散热量 但以对流与辐射两种方式散热 仍采用冷负荷系数计算 白炽灯荧光灯式中 灯具散热形成的冷负荷 W N 灯具所需功率KW 镇流器消耗功率系数 明装荧光灯的镇流器在空调房间内时 取n1 1 2 当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时n1 1 0 灯罩隔热系数 当灯罩上部有孔 可利用自然通风散热于顶棚内时n2 0 5 0 6 无通风孔n2 0 6 0 8 照明散热冷负荷系数 可由附录2 22查得 三 人体散热形成的冷负荷1 影响人体散热因系 性别 年龄 衣着 活动强度及周围环境条件 温 湿度等 2 特点 潜热量和对流热形成瞬时冷负荷 辐射热形成滞后冷负荷 采用冷负荷系数进行计算 3 计算基础 为设计计算方便 以成年男子散热量为计算基础 对不同功能建筑物中各类人员进行修正 引入群集系数 表2 12给出数据 4 人体显热散热引起的冷负荷计算式为式中 人体显热散热形成的冷负荷 W 不同室温和劳动性质成年男子显热散热量 W 见表2 13 n 室内全部人数 群集系数 见表2 12 冷负荷系数 由附录2 23查得 注 人员密集的场所 影院 剧院 会堂等 由于人体对围护结构和室内物品的辐射换热量相应减少 可取 1 0 5 人体潜热散热引起的冷负荷计算式为 人体潜热形成的冷负荷 W 不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量 W见表2 13 n 同式 2 21 2 5湿负荷1 湿源 人体散湿 敞开水池 槽 表面散湿 地面积水 洗涤洗浴 工艺过程等 2 湿负荷 为维持室内恒定的空气含湿量需去除的湿量 一 人体散湿量人体散湿量按下式计算 式中 人体散湿量 kg s 成年男子小时散湿量 见表2 13 同式 2 21 二 敞开水表面散湿量式中mw 敞开水表面散湿量 kg s A 蒸发表面面积 m2 pw 水面温度下的饱和空气水蒸气分压力 Pa pa 空气中水蒸气分压力 Pa Bs 标准大气压 101325Pa B 当地实际大气压力 Pa 蒸发系数 kg Ns 按下式计算 0 00363v 0 00001 空气温度为15 30 时 不同水温下的扩散系数kg Ns 见表2 14 v 水面上空气流速 m s 为简化计算可按下式式中 敞开水表面的散湿量 kg s w 单位水面蒸发量 kg 见表2 15 A 蒸发表面面积 2 6新风负荷1 通风换气的作用 保障良好的室内空气品质 2 室外新鲜空气 简称新风 的处理 夏季 室外空气焓值和温度比室内空气高 消耗冷量 冬季 气温低 含湿量少 消耗热量和加湿量 3 新风能量消耗比重 新风能耗约占空调系统总能耗25 30 高级宾馆和办公建筑可高达40 耗能可观 4 新风量确定原则 满足空气品质前提下 尽量选较小的新风量 按规范手册规定 或推荐 计算在 6 4和 8 2 5 夏季空调新风冷负荷按下式计算 式中 夏季新风冷负荷 KW 新风量 kg s 室外空气焓值 kJ kg 室内空气焓值 kJ kg 6 冬季空调新风热负荷按下式计算 式中 空调新风热负荷 kW 空气定压比热kJ kg 1 005kJ kg 冬季空调室外计算温度 冬季空调室内计算温度 2 7空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷图2 1给出空调制冷系统负荷的组成框图 表示出空调室内的冷负荷 与制冷系统负荷的形成及组成 1 得热量与冷负荷是两个概念不同而又有关联的量得热量 指某一时刻 瞬时 由室内和室外热源进入房间的热量总和 可以分为显热和潜热 显热中又分为对流热和辐射热 冷负荷 为维持室内温度恒定 在某一时刻 瞬时 应从房间除去的热量 差别所在 瞬时得热量中 以对流方式传递的显热 潜热直接放热给空气 构成瞬时冷负荷 辐射方式传热量 为围护结构和物体吸收并贮存 然后放出 称为滞后冷负荷 瞬时得热量 瞬时冷负荷 只有当得热量中不存在辐射热或结构和物体无蓄热能力时才相等 2 室内冷负荷 包括 由于室内外温差和太阳辐射 通过围护结构进入室内的热量形成的冷负荷 人体散热 散温形成的冷负荷 灯光照明散热形成的冷负荷 其它设备散热形成的冷负荷 上述空调室内冷负荷是确定空调送风处理过程 系统设定和设备容量的依据之一 3 新风冷负荷 处理新风需要的冷负荷 4 空调系统冷负荷 从热平衡角度分析 系统冷负荷包括 室内冷负荷 新风冷负荷 以上两项是主要部分 制冷量输送过程传热 冷损失 输送设备 风机 泵 的机械能转变的得热量 某些空调系统采用冷 热抵消的调节手段 如再加热 其它进入空调系统的热量 顶棚回风 灯光热量带入回风系统 系统冷负荷 房间冷负荷 新风负荷 冷损失 各系统需要冷量 注意 在选择系统总装机冷量时 对各房间最大冷负荷逐时叠加以某时刻出现的最大冷负荷作为选择依据 2 8计算举例 例2 1 试计算西安某宾馆客房 502客房 夏季的空调计算负荷 已知条件 1 客房平面尺寸如图2 2 层高为3500mm 2 屋顶 构造如图2 3 从上到下八层见教材 查附录2 2 k 0 48w 属于 型 3 西外墙 构造图2 4 查附录2 3 k 1 50w 属于 型 4 西外窗 双层金属窗 3mm厚普通玻璃 80 玻璃 白色窗帘 窗高2000mm 5 内墙 邻室包括走廊 均与客房温度相同 6 每间客房2人 在房间总小时数为16小时 16 00 8 00 7 室内压力稍高于室外 8 室内照明 荧光灯明装200W 开灯时间16 00 24 00 9 空调设计运行时间 24小时 10 西安市室外气象条件见教材 11 客房计算参数 见教材 解 按本题条件分项计算1 屋顶冷负荷 由附录2 5查出按式 2 7 算出逐时冷负荷列于表2 16中 2 西外墙冷负荷 由附录2 4查得 型外墙将逐时值及计算结果列入表2 17中 3 外窗瞬时传热冷负荷 根据由附录2 8查得查附录2 9得的修正值对金属框双层窗应本1 2修正系数 由附录2 10查出根据式 2 10 计算 结果列入表2 18 4 透过玻璃窗日射得热引起冷负荷由附录2 15查得双层钢窗有效面积系数Ca 0 75窗有效面积Aw 5 0 75 3 75 由附录2 13查得遮挡系数Cs 0 86附录2 14查得遮阳系数 0 5综合遮阳系数 0 86