热负荷计算.doc

1 室内供暖系统的设计热负荷供暖热负荷的估算对于只设供暖系统的建筑物，在进行方案初选或只做技术方案比较时，其供暖的供热量可采用下面方法之一进行估算。1） 单位面积热指标法当只知道总面积时，其供暖热指标可参考表2-6的数值。 表2-6 供暖指标 （单位 W/m2）建筑物功能住宅办公、学校医院、 幼儿园旅馆图书馆商店单层住宅食堂、餐厅影剧院大礼堂、体育场供暖指标4670608065806070467665808010511514095115115165若建筑物总面积大，外围护结构热工性能好，窗户面积小，采用下限的指标；反之，采用较大的上限指标。2） 窗墙比公式法当已知外墙面积、窗墙比及建筑面积时，供暖指标也可按下式估算： q=(1.163(6a+1.5)A) (tN-tW)/F (W/m2)式中 q建筑物供暖热负荷指标，W/m2,按表2-6选取； 新风系数，1.31.5； a外窗面积与外墙面积（包括窗）之比； A外墙总面积（包括窗），m2 F总建筑面积，m2 tN冬季空调室内计算温度，； tW冬季空调室外计算温度，。 在冬季，人们为了满足正常活动和生产工艺的需要，要求室内具有一定的温度。为此就得向房间供给一定的热量，以维持供暖房间在该温度下的热平衡。所谓供暖系统的设计热负荷，是指在某一室外温度下，为了维持所要求的室内温度，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。该热量随着房间失热量与得热量的变化而变化。当室内能维持在一定温度时，必须保持供暖房间在该温度下的热平衡。通过对供暖房间热平衡时得热量和失热量情况的分析和计算，就可以确定供暖系统的设计热负荷。 供暖系统的热负荷是指在某一室外温度下，为了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。它随建筑物得失热量的变化而变化，是一个动态的概念5。11供暖房间的热平衡 冬季供热通风系统的热负荷应根据建筑物或房间的得、失热量确定，即根据(建筑物或房间的)热平衡确定热负荷Q。(1)失热量 失热量()包括以下几部分： (1)围护结构传热耗热量Q1。； (2)冷风渗透耗热量Q2(加热由门窗缝隙渗入的冷空气的耗热量)； (3)冷风渗入耗热量Q3(加热由外门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量)； (4)水分蒸发耗热量Q4； (5)加热外部进入的冷物料和运输工具的耗热量Q5； (6)通风耗热量Q6(通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量)。(2)得热量得热量(Qd)包括以下几部分：(1)工艺设备散热量Q7，以工艺设备最小负荷时散热量计，即最小负荷班散热量；(2)非供暖通风系统的其他管道和热表面的散热量Q8；(3)热物料散热量Q9；(4)太阳辐射进入室内热量Q10；(5)其他途径散失或获得的热量Q11;(3)热负荷.热负荷的计算公式如下 (1-1) 对于没有由于生产工艺所带来的得失热量，不需设置通风系统，不考虑其他途径的得失热量(如人体、照明散热量，散热量小且不稳定)，建筑物或房间的热平衡就简单多了。失热量只需考虑(2)所述前三项耗热量；得热量只需考虑太阳辐射进入室内的热量，即 (1-2)12供暖系统的设计热负荷 供暖系统的设计热负荷是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。设计热负荷是一个静态的概念，它是设计供暖系统最基本的依据，是供暖设计中最基本的数据；影响供暖系统方案的确定、管径的大小、设备的大小、使用效果、经济效果；影响集中供热系统热源设备的容量、管网的管径、投资和使用效果。 对于没有设置机械通风系统的民用建筑，供暖系统的设计热负荷可用下式表示： (1-3) 式中带上标“”的符号均表示在设计工况下的各种参数，如表示设计工况下的失热量。13工程设计中供暖系统热负荷的计算方法 围护结构的传热耗热量是指当室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量。在工程设计中，计算供暖系统的设计热负荷时，常把它分成围护结构传热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综合。 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)耗热量包括风力附加、高度附加和朝向修正耗热量。朝向修正是考虑围护结构的朝向不同，太阳辐射得热量不同而对基本耗热量进行的修正。 太阳辐射得热量不易精确确定，而且地理位置、朝向、时间、围护结构材料等影响因素太多，一般将的计算并入到围护结构传热耗热量计算之中。围护结构传热耗热量是室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量。可将它分成基本耗热量和附加耗热量分别进行计算。 因此，在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分几部分进行计算。 (1-4)式中 围护结构的基本耗热量，是在设计条件下，通过围护结构传到室外的稳定 传热量的总和； 围护结构的附加(修正)耗热量，包括指风力附加、高度附加和朝向附加。其中朝向附加是考虑围护结构的朝向不同，太阳辐射得热量不同而对基本耗热量进行的修正(减去部分基本耗热量)，这样将的计算并入到的计算中加以考虑；-室内通风换气的耗热量。在工程设计中，一般建筑物的室内供暖系统允许室温有一定波动幅度，围护结构的基本耗热量按一维稳定传热过程进行计算，即假设在计算时间内，室内外空气温度和其他传热过程参数都不随时间而变化。实际上，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，所以对室内温度允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，可参考其他相关书籍1。1. 3.1 通过围护物的温差传热量用下式计算 (1-5) 式中Qj通过供暖房间某一面围护物的温差传热量(或称基本耗热量)，W； K该面围护物的传热系数，W/（m2.） F该面围护物的散热面积，rn2。tn室内空气计算温度，见表4.1-1,;tw室外供暖计算温度，;a 温差修正系数。整个建筑物或房间的基本耗热量等于各部分围护结构基本耗热量的总和： (1-6)当围护物是贴上的非保温地面时，其温差传热量为，用下式计算: （1-7）式中一房间非保温贴土地面的平均传热系数，见表4.1-2及表4. 1 . 3, W/（m2.）；房间地面面积，m2。当房间仅有一面外墙时的Kpjd(W/m2) 表4.1-2房间宽度（进深）（m）3.03.63.94.54.86.06.68.49Kpjd0.400.350.300.250.20注：具有两面不相邻外墙的房间，应将房间分割为两个彼此相等，具有一面外墙的部分，使用此Kpjd。 当房间具有两面相邻外墙时的Kpjd(W/m2) 表4.1-3房间长度（开间）（m）房间宽度（深度）（m）3.03.64.24.85.46.03.03.64.24.85.46.00.650.600.570.550.530.520.600.560.540.520.500.480.570.540.520.490.470.460.550.520.490.470.450.440.530.500.470.450.430.410.520.480.460.440.410.40注 1、当房间长或宽度超出6cm时，超出部分可按表4.1-2查Kpjd； 2、当房间有三面外墙时，需将房间先划分为两个相等的部分，每部分包含一个冷拐角。然后，据分割后的长与宽，使用本表。 3、当房间有四面外墙时，需将房间先划分为四个相等的部分，作法同2。高层建筑外窗的传热系数随高度的增加而增加，表4.1-4给出了增加以后的值，将此值代入式(1-2)计算窗户的温差传热量3。高层建筑窗户的计算传热系数Kj(W/m2) 表4.1-4外窗中心距室外地坪高度（m）单层金属窗K=6.4（W/m2）双层金属窗K=3.26（W/m2） 当地室外风速（m/s） 当地室外风速（m/s）345634561.6 4.5 7.510.513.516.519.522.525.528.531.534.537.540.543.546.549.552.555.558.56.46.46.46.46.46.46.56.56.56.56.56.56.66.66.66.66.66.76.76.76.46.46.56.66.76.76.76.86.86.86.86.86.86.86.96.96.96.96.97.06.4.6.76.86.86.86.97.07.07.07.07.07.07.17.17.17.17.27.27.27.26.66.86.97.07.07.17.17.27.27.27.27.27.27.37.37.37.37.37.47.43.263.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.33.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.33.33.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.43.53.53.53.53.53.33.43.43.43.43.43.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.5注：当室外风速小于3m/s时，Kj=Ko132温差修正系数 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应为q=KF()，式中是传热达到热平衡时，非供暖房间或空间的温度。 计算与大气不直接接触的外围护结构基本耗热量时，为了统一计算公式，采用了围护结构的温差修正系数，即 (1-8) (1-9) 式中 F供暖房间所计算的维护结构表面积，m2； K供暖房间所计算的维护结构的传热系数，Wm2K； th不供暖房间或空间的空气温度；a 维护结构温差修正系数。围护结构温差修正系数a的大小，取决于非供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，不供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。各种不同情况的温差修正系数可见附表2。143室内计算温度 室内计算温度()一般是指距地面上2m以内人们活动范围内的平均空气温度，这正是人们的呼吸区温度，它对人的冷热感有直接影响。这一地带的室内空气温度，称为工作地点温度。冬季室内计算温度的高低应满足人们的生活活动和生产工艺的要求。它的确定与国民经济状况，室内人员的劳动强度，建筑物的性质和用途，人们的生活水平、生活习惯以及室内散热强度、潮湿状况等许多因素有关。冬季室内计算温度的高低，还对供暖系统工程投资和供暖运行效果都有直接的影响。 维护结构温差修正系数a值的大小，取决于非供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与室外空气流通的情况，不供暖房间或空间的空气温度气更接近于室外空气温度，则a接近于1，各种不同情况的温差修正系数，见附录32。1.4.4 围护结构的最小传热阻.应按下式确定: (1-10)或 (1-11)式中Ro.min围护结构的最小传热阻(); 冬季室内计算温度()，按本规范第3.1.1条和 第4.2.4条采用; tw冬季围护结构室外计算温度()，按本规范第4.1.9条采用; a围护结构温差修正系数，按本规范表4.1.8一1采用;冬季室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差()，按本规范表4. 1. 8-2采用; 围护结构内表面换热系数，按本规范表4. 1. 8-3采用; 围护结构内表面换热阻，按本规范表4. l . 8-3采用1表4.1.8-1 温差修正系数围 护 结 构 特 征 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（730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表4.1.8-2 允许温差ty值（）建筑物及房间类别外墙屋顶 居住建筑、医院和幼儿园等 6.0 4.0 办公建筑、学校和门诊部等 6.0 4.5 公共建筑（上述指明者除外）和工业企业辅助建筑物（潮湿的房间除外） 7.0 5.5 室内空气干燥的生产厂房10.0 8.0 室内空气湿度正常的生产厂房 8.0 7.0 室内空气潮湿的公共建筑、生产厂房及辅助建筑物：当不允许墙和顶棚内表面结露时当仅不允许顶棚内表面结露时tn-t17.00.8(tn-t1) 室内空气潮湿且具有腐蚀性介质的生产厂房 tn-t1 tn-t1 室内散热量大于23W/m3,且计算相对湿度不大于50%的生产厂房 12.0 12.0表4.1.8-3 换热系数n和换热阻值Rn 围护结构内表面特征nW/(m2)Rn(m2/W)墙、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚，当h/s0.3时8.70.115有肋状突出物的顶棚，当h/s0.3时7.60.132注：h肋高（m）;s肋间净距（m）1.4.5 计算围护结构耗热量时，冬季室内计算温度，应按本规范第3.1.1条采用，但层高大于4m的工业建筑，尚应符合下列规定: l地面应采用工作地点的温度。 2屋顶和天窗应采用屋顶下的温度。屋顶下的温度，可按下式计算: (1-12)式中 屋顶下的温度(); tg工作地点的温度(); 温度梯度(/m; H房间高度(m)146 围护结构的传热系数匀质多层材料(平壁)的传热系数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，传热过程如图2-2所示。传热系数K可用下式计算： (1-13)式中 R11围护结构的传热阻，；、围护结构内表面、外表面的换热系数，；、围护结构内表面、外表面的换热阻， 围护结构各层的厚度，nl；围护结构各层材料的导热系数，W(m-)：-由单层或双层材料组成的围护结构各材料层的热阻，1.5 附加耗热，附加耗热量按基本耗热量的百分率计算。考虑了各项附加以后，谋面围护物的耗热量（W）； （1-14）式中附加率(或称修正率)，见表4. 1-5a外端、外窗和屋顶(平)的单位面积传热量详见表4.1-64附加率表（修正率表） 表4.1-5序号附加（修正）项目附加率（修正率）（%）备注1朝向修正北、东北、西北东、西东南、西南南010-5-10 -15-15 -301当围护物倾斜放置时，取其垂直投影面的朝向和面积2.选用值应考虑当地冬季日照率，辐射照度、建筑物使用和被遮挡等情况。3.冬季日照率35%时，东南、西南和南向的宜为-100%。东西向可不修正2风力修正5 10仅用于高地、海边、海岸、旷野3两面外墙修正5仅用于外墙、外门、外窗4窗墙面积比过大修正10当窗墙面积比大于 仅对外窗5房高附加0.02（h-4）15%h:房间净高，m；对外墙，门窗，外门地面和顶棚均适用，不适用于楼梯间6间歇附加仅白天供暖不经常使用2030 对外墙，门窗，外门，地面，顶棚均使用1.6 外门附加率：当建筑物的楼层数为n时：一道门 65*n两道门（有门斗） 80*n三道门（有两个门斗） 60*n公共建筑的主要出入口 500 注：（1）外门附加率，只适用于短时间开启的，无热风幕的热门。（2）阳台门不应考虑外门附加。第3.2.7条 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应附加2，但总的附加率不应大于15。注：高度附加率，应附加于围护的基本耗量和其他附加耗热量上3。 1.7 通过门窗缝隙的冷风渗透耗热建筑物外维护结构在受到由风力和热压造成的室内外综合压力差的作用下，由于室外冷空气经由门、窗等缝隙渗入室内，要把这部分室外冷空气加热到室内温度所消耗的热量就是冷风渗透热耗量。根据规范。不管多层或高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，应根据建筑物内部隔断、门窗构造、门窗朝向、室内外温度和室外风速等因素确定。门窗缝隙渗入冷空气的耗热量为： (1-15)式中Cp一干空气的定压质量比热容，=1.0056kJ/(kg.)； 室外温度下的空气密度，kg/m3; V一渗透空气的体积流量，m3 /h； 室内外供暖计算温度，。 当V=1m3/h时的Qs值见表4. 1-7 每1m3渗风量的耗热量（W/m3） 表4.1-7室外供暖设计温度tw（）室内设计温度tn（）室外供暖设计温度tw室内设计温度tn（）1618（）161825.005.71-1511.7912.5605.756.47-1612.2212.98-57.698.42-1712.6513.42-68.098.82-1813.0813.85-78.499.22-1913.5214.30-88.899.63-2013.9614.74-99.2910.04-2114.4115.19-109.7010.45-2215.8615.64-1110.1110.86-2315.3116.09-1210.5311.28-2415.7616.55-1310.9511.70-2516.2217.02-1411.3712.12-2616.0917.48(1)V的确定: (1-16)式中 I房间某朝向上的门窗缝隙长度,mL每m门窗缝隙的基准渗风量，m3/h.m;m一门窗缝隙的冷风量综合修正系数， 详见下述及表4. 1一11（2）L的确定: (1-17)式中 a、b一与门窗构造有关的特性常数和指数，见表4.1-8； 在基准高度(距地面l0m)处，作用于缝隙两侧的有效风压差，Pa ; 气象台站观侧的(在基准高度上)风速，m/s; Cr风压系数，取迎风面时之值，Cr =0.7. 每m门窗缝隙的基准渗风量L（m3/h.m） 表4.1-8门窗类型冬季室外平均风速（m/s）特性常数、指数123456aB单层木窗1.02.03.14.35.5.6.71.630.56双层木窗0.71.42.23.03.94.71.150.56单层铜窗0.61.52.63.95.26.71.080.67双层铜窗0.41.11.82.73.64.70.760.67推拉铝窗0.20.51.01.62.32.90.360.78开平铝窗0.00.10.30.40.60.80.090.78注：1.每m外门缝隙的L，为表中同类型门窗L的2倍； 2.当有密封条时，表中数据可乘以0.50.6的系数。对多层建筑，当无相关数据时，也可按换气次数法计算:Vk房间内部体积，m3N换气次数，次/h，当无实测数据时，可按表2-4选取。表2-4 换气次数房间类型一面有外窗的房间两面有外窗的房间三面有外窗的房间门厅换气次数（n）0.250.660.51.01.01.52.0(3)rn值的确定多层建筑:m=n式中n风压单独作用下，门窗缝隙渗风量的朝向修正系数。见表4.1-10 缝隙渗风量的朝向修正系数n 表4.1-10城市朝 向NNEESESSWWNW北京1.000.500.150.100.150.150.401.00天津1.000.400.200.100.150.150.101.00张家口1.000.400.100.100.100.100.351.00太原0.900.400.150.200.300.200.701.00呼和浩特0.700.250.100.150.200.150.701.00沈阳1.000.700.300.300.400.350.300.70长春0.350.350.150.250.701.000.900.40哈尔滨0.300.150.200.701.000.850.700.60济南0.451.001.000.400.550.550.250.15郑州0.650.900.650.150.200.401.001.00成都1.001.000.450.100.100.100.100.40贵阳0.701.000.700.150.250.150.100.25西安0.701.000.700.250.400.500.350.25兰州1.001.001.000.700.500.200.150.50西宁0.100.100.701.000.700.100.100.10银川1.001.000.400.300.250.200.650.95乌鲁木齐0.350.350.550.751.000.700.250.35高层建筑:对于迎着最不利风向(即n=1时)的缝隙: (1-18)式中 C作用于门窗缝隙两侧的有效热压差与有效风压差之比; h计算门窗的中心线标高，m （1-19）式中Cr一热压系数，对住宅楼，Cr=0.2;对办公楼。Cr =0.5;Hz一热压单独作用下，建筑物中和界的标高，m.对于非迎着最不利风向(即时)的缝隙: （1-20）式中 风量比。指迎着最不利风向上，风压差所产生的渗风量占总压差所产生的总渗风量的计算百分比份额。 （1-21）加热由门窗缝隙渗人室内的冷空气的耗热量，应根据建筑物的内部隔断、门窗构造、门窗朝向、室内外温度和室外风速等因素确定，宜按本规范附录D进行计算。1对于六层以下的民用建筑以及生产辅助建筑物按下式计算门窗缝隙渗入冷空气的耗热量；2 散热器采暖第3.3.1条 散热器的工作压力，应符合下列规定：一、热媒为热水时，各种类型的散热器，应按制造厂的规定选用；二、热媒为蒸气，铸铁柱型和 长翼型散热器，不应高于200KPa(2kgf/cm2)；铸铁圆翼型散热器，不应高于40KPa(4kg/cm2)。第3.3.2条 选择散热器时，应符合下列规定：一、民用建筑宜采用外形美观，易于清扫的散热器；二、放散粉尘或防尘要求较高的生产厂房，应采用易于清扫的散热器；三、具有腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的房间，宜采用铸铁散热器；四、热水采暖系统采用钢制散热器时，应采取必要的防腐措施；蒸气采暖系统不应采用钢制柱型、板型和扁管等散热器。第3.3.3条 布置散热器时，应符合下列规定：一、散热器宜安装在外墙窗台下；二、两道外门之间，不应设置散热器；三、楼梯间的散热器，应尽量分配在底层或按一定比例分配在下部各层。第3.3.4条 散热器应明装；内部装修要求较高的民用建筑可暗装；托儿所和幼儿园应暗装或加防护罩。第3.3.5条 铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：柱型（M132）20片柱型（细柱）25片长翼型 7片第3.3.6条 确定散热量数量时，应考虑其连接方式、安装形式、组装片数、热水流量以及表面涂料等对散热量的影响。第3.3.7条 确定散热器数量时，柱型散热器面积可比计算值小0.1m2；翼型和其他散热器的散热面积可比计算值小5。第3.3.8条 民用建筑和室内温度要求比较严格的生产厂房及辅助建筑物排 保温管道；明设时，应考虑管道的散热量对散热器数量的折减；暗设时，应考虑管道中水的冷却对散热器数量的附加。第3.3.9条 采暖系统制式的选择，应符合下列规定：一、热媒为热水时，多层和高层建筑物宜采用单管系统注：（1）设计时，应计算热媒在管道中的温降。（2）水平单管串联系统，必须采取有利于管道伸缩的措施 。二、热媒为蒸时，宜采用上行下给式双管