05-超高层住宅供暖负荷分析-刘立芳PPT课件.pptx

超高层住宅供暖负荷分析 刘立芳唐强 2020 3 25 1 项目背景 引言随着社会经济的不断发展 建筑高度不断增加 高层建筑乃至超高层建筑越来越多 超高层建筑是指当时当地高度超过100m的高层建筑统称为超高层建筑 因其宏大的气势而日益受到人们的关注 同时超高层建筑也被看做是一个城市综合实力的体现 目前 超高层建筑的建筑高度增加之快已经难以想象 世界最高建筑的称号一般也只能维持一段时间 大有一种没有最高 只有更高的势头 2020 3 25 2 项目背景 随着建筑高度的增加 建筑设备专业中供暖系统的形式已经不能单纯依靠高层建筑设计的经验来设计 需要设计人员根据超高层建筑的功能特别为该建筑进行设计 因此超高层建筑的发展在为设备专业提供了一个新的发展空间的同时 也提出了相当高的要求 供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本的数据 它直接影响供暖系统方案的选择 管道管径和散热设备等的确定 关系到供暖系统的使用和经济效果 尤其对于超高层建筑更是有很大的意义 2020 3 25 3 项目背景 设计依据供暖系统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 它是设计供暖系统的最基本的依据 根据热平衡的原则 供暖负荷应该包括以下几部分 围护结构的基本耗热量Q1围护结构的附加 修正 耗热量Q2冷空气渗透耗热量Q3冷风侵入耗热量Q4 2020 3 25 4 项目背景 围护结构的基本耗热量Q1在工程设计中 围护结构的基本耗热量是按一维稳态传热进行计算的 可按照下式计算 Q1 K F tn tw a式中 K 围护结构的传热系数W m2 F 围护结构的面积m2tn 冬季室内计算温度 tw 冬季供暖室外计算温度 a 围护结构的温差修正系数 2020 3 25 5 项目背景 围护结构的附加 修正 耗热量Q2围护结构的基本耗热量是在稳定条件下 按公式 1 1 计算得出的 但是实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况不同等因素会有所不同 因此在计算时 还需要对基本耗热量进行修正 即为附加耗热量 附加耗热量包括朝向修正 风力附加和高度附加耗热量等 2020 3 25 6 项目背景 冷空气渗透耗热量Q3在风力和热压造成的室内外压差作用下 室外的冷空气会通过门 窗等缝隙渗透室内 被加热后逸出 加热这部分空气所消耗的热量 称为冷风渗透耗热量 影响冷风渗透耗热量的因素很多 热压和风压的影响最为显著 对于多层建筑 由于建筑物高度不高 冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用 对于高层建筑 则需考虑热压和风压的综合效应 2020 3 25 7 项目背景 冷空气渗透耗热量Q3冷空气渗透耗热量应按下式计算 Q3 0 278 L w cp tn tw cp 冷空气的定压比热kJ kg 0 278 单位换算系数 w 供暖室外计算温度下的空气密度kg m3L 房间冷风渗透量m3 h 2020 3 25 8 项目背景 冷空气渗透耗热量Q3房间冷风渗透量 L l L0 mb L 房间冷风渗透量m3 hl 房间某朝向上的可开启门 窗缝隙的长度mL0 理论渗透风量m3 m h m 渗风压差的综合修正系数b 外窗 门缝隙的渗风指数 2020 3 25 9 项目背景 冷风侵入耗热量Q4在冬季受风压和热压的作用下 冷空气由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 由于流入的冷空气量不易确定 根据经验总结 冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以外门附加率来进行计算 2020 3 25 10 项目背景 负荷计算表根据以上设计理论 北京市建筑设计研究院有限公司编制了高层建筑供暖负荷计算表 并在院内设计共享文件库中提供使用 本文旨在分析结果 所以就以该表格为基础计算分析该建筑物的供暖热负荷 计算中采用的数据 1 单位面积换气量 1 5 m3 h m2 2 门窗等级 外窗为4级 阳台门为1级 3 楼梯间类型 有外墙外窗不供暖楼梯间 4 户间传热量 12 W m2 2020 3 25 11 项目背景 超高层住宅楼 58层南北向 层高3m 建筑高度177 6m 两个单元 建筑面积55000m2 供暖水系统采用下行上给垂直双管系统 户内采用散热器供暖 各组散热器均设置温控阀以达到分室控制室温的要求 建筑入口处有大堂 大堂设置地板辐射供暖系统 工程概况 2020 3 25 12 项目背景 图2是以建筑每层的热负荷为纵坐标 分析负荷随建筑物层数的变化 如图所示 供暖负荷首层负荷最大 为64 18kW 而30层到58层负荷相同 也最小 为40 44kW 其变化幅度达40 图中2层负荷出现的突然减小的现象 是因为首层设置了大堂 大堂类似中庭形式 连接首层和2层 使得2层的负荷相对其他楼层减少了一定面积的供暖负荷 而同样首层的负荷也相对于其它层增加了部分负荷 图2中负荷曲线的变化波动 是因为冷风渗透耗热量由于建筑高度的增加 受到热压和风压的影响 从而出现底层由于渗透的影响供暖负荷增大的现象 实质上 也是渗透法和换气法计算的冷风渗透耗热量进行比较得出的结果 结果分析 建筑物总负荷 2020 3 25 13 项目背景 卧室的房间面积一般在10 15m2左右 外窗面积3 6m2 图3为卧室随建筑物楼层的负荷变化 可以看出除首层受大堂的影响出现了负荷变化 2层 57层负荷基本相同 58层由于屋顶负荷的影响 也出现了一定的增加 这是因为相对于其他房间 卧室房间面积较大 而其可开启外窗和外门缝隙相较于其房间面积来讲并不大 所以对于冷风渗透热负荷 采用缝隙法和换气法计算的结果相同 结果分析 卧室 2020 3 25 14 项目背景 起居室南北通透 面积40m2左右 北向开窗 南向为阳台 房间面积在所有房间中最大 图4是起居室供暖负荷随建筑物高度的变化 负荷随着楼层高度的增加 其供暖负荷迅速减小 29层 57层负荷平稳 基本无变化 58层由于屋顶负荷的增加而略微增大 由于其可开启外窗和外门缝隙较大 因而其受冷风渗透的影响也较大 负荷变化约为58 是各房间供暖负荷变化最大的 结果分析 起居室 2020 3 25 15 项目背景 厨房一般位于单元的北侧 东向1 5m宽 1 3m高 房间面积为8m2 图5是厨房供暖负荷随建筑物楼层的变化 2层 57层负荷平稳 变化不大 结果分析 厨房 2020 3 25 16 项目背景 卫生间有内卫生间和外卫生间之分 区别在于有没有外墙和外窗 对于内卫生间而言 由于没有渗透的影响 可直接采用换气次数法计算 故此不再做分析 卫生间面积为4 6m2 负荷变化约为38 41 图6是卫生间供暖负荷随建筑物层数的变化曲线 可以看出 卫生间负荷随着楼层高度的增加 其供暖负荷迅速减小 23层 57层负荷平稳 基本无变化 58层由于屋顶负荷的增加而略微增大 结果分析 卫生间 2020 3 25 17 项目背景 对于超高层建筑来说 冷风渗透耗热量是影响其供暖设计热负荷的最主要部分 另外三部分的耗热量随着建筑高度的增加变化很小 尤其对于住宅而言 实际上可忽略冷风侵入耗热量 冷风渗透耗热量计算的直接影响到房间热负荷的计算 因此对于超高层住宅的供暖负荷的分析 实质上也就是对于冷风渗透耗热量的分析 结论 2020 3 25 18 项目背景 1 超高层住宅各楼层之间供暖负荷变化较大 最大变化幅度达到了58 平均变化幅度也达到了40 2 注意各个房间散热器的布置 不同楼