供热系统的设计热负荷(于)PPT演示课件

第一章供暖系统的设计热负荷,建筑环境与设备工程于涛,内容框架,1.1供暖系统设计热负荷1.2围护结构基本耗热量,1.3围护结构附加耗热量1.4冷风渗透耗热量1.5冷风侵入耗热量1.6辐射供暖系统热负荷计算(new)1.7围护结构的最小传热阻与经济传热阻1.8供暖设计热负荷计算例题1.9高层建筑供暖设计热负荷计算方法简介1.10建筑节能及措施(new),|Page2,大纲要求,重点：室内供暖系统热负荷的组成及计算理解：围护结构最小热阻与经济热阻的意义;节能建筑的采暖能耗指标。难点：得热量和失热量的热平衡、围护结构热工性能,|Page3,1.1供暖系统设计热负荷,供暖系统的热负荷在某一室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。,Q随tw变化。如何确定设计依据？,|Page4,供暖系统的设计热负荷在设计室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。,用途：设计散热面积；设计输送管道和动力；设计热源。,|Page5,热负荷的组成,-Q2,|Page6,供暖设计热负荷Energyconsumedforheating,|Page7,1.2围护结构基本耗热量,围护结构传热过程分析,非稳态热力过程，如何求解？,Buildingenvelope,|Page8,Review北京室外气温和室内控制温度比较,|Page9,围护结构基本耗热量计算,a围护结构温差修正系数,*,|Page10,1tn,指距地面2m以内人们活动区（工作地带）的平均空气温度。,制定标准：1）以人体生理平衡为依据，要满足人们生活和生产工艺要求2）国家现行室内空气质量标准（GB/T18883）要求3）国内外有关卫生部门的研究结果：当人体衣着适宜、保暖量充分且处于安静状态时，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。,|Page11,tn取值,采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)规定：民用建筑的主要房间16-24；,工业建筑的工作地点轻作业18-21；中作业16-18；重作业14-16；过重作业12-14,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2011)规定：寒冷地区和严寒地区主要房间18-24；夏热冬冷地区主要房间16-22,|Page12,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,|Page13,民用建筑供暖室内计算温度（新版手册）,|Page14,严寒或寒冷地区设置供暖的公共建筑，在非使用的时间内，室内温度必须保持在0以上；当利用房间蓄热量不能满足要求时，应按保证室内温度5设置值班温度。民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2011),|Page15,对层高超过4m的房间，地面、天棚、外墙和门窗分别采用不同的室内温度。,地面耗热量工作地点空气温度tg；屋顶、天窗耗热量屋顶下空气温度td=tg+t(H-2);门、窗、墙耗热量室内平均温度tp,j=(tg+td)/2,t温度梯度。一般由实验测定或按同类厂房已有资料确定。无资料时取0.3-1.5/mH屋顶距地面高度,|Page16,2.tw/Outdoormeanairtemperatureduringheatingperiod,确定原则：1）围护结构热惰性原理。,2）不保证天数法。,根据围护结构的热惰性选择一个足以影响tn的统计周期内的平均温度，ex:前苏联取50年中最冷8个冬季里连续5天的日平均气温的最低值的平均值。,在实际出现室外温度的基础上进行统计，并允许有几天的时间低于设计值（允许几天室内温度稍低于tn）,|Page17,2.tw/Outdoormeanairtemperatureduringheatingperiod,规范规定：采暖室外计算温度，应采用历年平均每年不保证5天的日平均温度。,注：新版手册tw/有所提高。区别供暖与冬季空调设计所采用的tw/,一般取整值,不同设计地点的供暖室外计算温度可由规范直接查取。,|Page18,3.a(Correctionfactorfortemperaturedifferencebetweeninsideandoutsideofbuildingenvelope),何时进行温差修正？,如何修正？,实测统计值。大小取决于不供暖房间的保温状况、通风情况及周围环境。,|Page19,表4.1.8-1温差修正系数a,|Page20,|Page21,Sup.Fora,封闭阳台温差修正系数(way1)：南向0.5北向0.7东西向0.6,|Page22,封闭阳台温差修正系数摘自严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准,|Page23,4.k,1）匀质多层材料的k,2）两种以上材料组成、两向非匀质围护结构的k,3）空气间层的k,4）地面的k,|Page24,1）匀质多层材料的k,应用：平壁结构的保温复合节能墙体,|Page25,2）两种以上材料组成、两向非匀质围护结构的k,应用：空心砌块墙体或填充保温材料的墙体,|Page26,平均传热阻修正系数（教材P13表1-3）,对应于Ai截面上的总传热阻,|Page27,3）空气间层的k,应用：空心双层玻璃、有空气间层的复合墙体。,空气间层热阻（教材P16表1-4）,|Page28,4）地面的k,地面向室外传热的特点,|Page29,2m,2m,2m,2m,2m,2m,第一地带0.47,第二地带0.23,第三地带0.12,第四地带0.07,地面传热地带的划分,贴土非保温地面各地带的k,|Page30,Notice,地带划分是沿建筑物外墙轮廓自外墙内表面起，而不是每个房间的隔墙。,第一地带墙角处的面积需计算两次（拐角三维散热）。,工程计算中，也可简化为对整个地面取平均系数。,|Page31,贴土保温地面,铺设在地垄墙上的保温地面,|Page32,NoticeofK(sup.),手册有常见新型节能建筑的围护结构（窗户、外墙、屋顶）的传热系数，可直接查取。,资料中的外墙传热系数是考虑热桥(Thermalbridge)后的平均传热系数，可直接应用。,当房间地面沿外墙有供暖管道地沟时，该房间可不计算地面耗热量。,|Page33,要求掌握以下材料传热系数计算(fromzhao)均质多层壁传热系数非均质多层壁传热系数空气间层传热系数的影响因素（如双层玻璃）地面传热系数：划分地带法和平均传热系数法窗户传热系数：玻璃种类,|Page34,5.F,原则：按散热面积丈量,|Page35,地下室面积丈量,从与室外地面相平的墙面开始划分四个地带,|Page36,1.3围护结构附加耗热量,一、朝向修正耗热量Qch,考虑建筑物太阳辐射得热影响。,修正方法：Q1,jxch。,朝向修正率,|Page37,Noticeofxch,1）xch是一个范围值。选用时，要考虑当地冬季日照率、太阳辐射强度、建筑物的使用和遮阳情况。,2）仅对外围护结构的垂直部分进行修正。,3）日照率4m时，每高出1m，Qj+Qch+Qf附加2%，但总的附加率xg15%。,注：楼梯间不适用此项附加。,|Page41,考虑朝向、风力、高度修正后的围护结构总耗热量：,*,|Page42,如何考虑室内竖向温度梯度对Q的影响?摘自暖通规范条文说明,Way1:对房间各部分围护结构采用同一室内温度计算耗热量，当房间高于4m时计入高度附加；Way2:对房间各部分围护结构采用不同的室内温度计算耗热量，即使房间高于4m时也不计高度附加,特点：简单，不能根据建筑物不同性质区别对待，适用于室内散热量较小，上部空间温度增高不显著的建筑（民用建筑及辅助建筑）特点：繁琐，但适用各种性质的建筑物，尤其是室内散热量较大、上部空间温度明显升高的工业建筑。,|Page43,1）两面外墙修正,四、其它修正(参见新版实用供热空调设计手册),房间有两面及两面以上外墙时，将外墙、外门、窗的基本耗热量附加5%。,|Page44,3）高层建筑外窗的风力修正,按单、双层钢窗在不同高度和室外风速下分别考虑0%-15%和0%-7%的k值附加率进行修正，详见手册。,|Page45,考虑上述修正后的围护结构总耗热量：,|Page46,围护结构传热耗热量Q1,|Page47,1.4冷风渗透耗热量,V经门、窗缝隙渗入室内的空气量，m3/h；,供暖室外计算温度下的干空气密度，kg/m3；,冷空气的定压比热容，=1kJ/(kg.)。,|Page48,一、忽略热压及室外风速沿房高的递增，只计入风压作用时的V的计算方法(多层建筑),缝隙法(较准确)换气次数法(民用建筑概算)百分数法(工业建筑概算),|Page49,1.缝隙法,L每米门、窗缝隙渗入的空气量，m3/h.m(P20表1-6),l门、窗缝隙的计算长度，m,n渗透空气量的朝向修正系数(P409附表1-5),|Page50,NoticeofL&l,L1）由外门渗入的空气量为表中值的两倍。2）有密封条时，表中数值乘以0.5-0.6的系数。3）由于门窗密封性能的提高，新手册中渗风量数值小于旧版,l1）当房间仅有一面或相邻两面外墙时，全部计入；2）当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大一面的缝隙；3）当房间有三面外墙时，仅计入风量较大的两面的缝隙。,|Page51,2.换气次数法,nk房间换气次数，次/h(P20表1-7),Vn房间内部体积，m3,3.百分数法,根据建筑物高度和玻璃窗层数，按教材P21表1-8内的百分数进行估算。,|Page52,二、综合考虑热压风压，且室外风速随高度递增时的计算方法（高层建筑）,Q2产生的原因：热压+风压,|Page53,风速随高度的变化规律：,2）风压作用,h0基准高度，一般取10m；a幂指数，与地面粗糙度有关，取0.2,理论风压：,实际风压：,|Page54,风压按朝向修正，热压不考虑修正,3）风压与热压共同作用,C压差比，有效热压差/有效风压差m考虑计算门窗所在高度、朝向和热压差的存在而引入的风量综合修正系数。m0表示所计算朝向的门窗无冷空气侵入，或有室内空气渗出，门窗冷风渗透量取零,风压热压共同作用产生的渗风量：,|Page55,1.5外门冷风侵入耗热量,Q3=Q1,m,jN,注：,n?,一道门65n%；两道门80n%?,公共建筑500%（办公、商业、旅游、科教文卫、交通运输建筑）,开启时间较长的民用建筑外门，N*(1.5-2.0),|Page56,外门冷风侵入耗热量（continue）,Q3=Q1,m,jN,注：,此外门指建筑物底层入口的门，不是各户外门或阳台门,空调建筑室内保持正压时，热负荷不计Q2和Q3。(靠无组织渗风补充室内新风的空调系统，需考虑Q2),|Page57,1.6辐射供暖系统热负荷计算,低温辐射供暖系统（60）,一、分类,中温辐射供暖系统（80-200）,高温辐射供暖系统（200）,|Page58,低温热水地板辐射采暖,|Page59,天花板式，或铺设在墙壁中、地板下,|Page60,红外线辐射器采暖,电力红外线辐射器,燃气红外线辐射器,|Page61,高尔夫练习场里的燃气红外线辐射器采暖器,|Page62,二、辐射供暖的特点,1）热舒适性好,2）节能,3）节约建筑面积,|Page63,|Page64,|Page65,三、辐射供暖热负荷计算,1）全面辐射采暖系统,1.低温辐射采暖系统,|Page66,continue,2）局部辐射采暖系统,Q=整个房间全面辐射供暖热负荷附加系数,局部辐射采暖热负荷附加系数,|Page67,continue,2.热水吊顶辐射采暖系统,同上,|Page68,1.7围护结构的最小传热阻与经济传热阻,1）满足使用要求围护结构内表面不结露,一、最小传热阻Rmin,2）满足卫生要求围护结构内表面维持一定温度，满足人体热舒适,为满足上述两项要求而确定的外围护结构的传热阻是最小传热阻。,|Page69,R0,min？,|Page70,R0,min？(continue),规定室内计算温度与外围护结构内表面温度的允许温度差ty，则,|Page71,|Page72,在一个规定年限内，使建筑物的建造费用与经营费用之和最小的围护结构传热阻。,二、经济传热阻,|Page73,围护结构应满足的要求,1）热阻不小于最小传热阻。,2）k满足节能限值。,3）围护结构热桥部位内表面温度不低于室内空气露点,|Page74,三、对围护结构传热阻的节能限值（sup.）,|Page75,制定目标：在20世纪80年到81年住宅通用设计能耗的基础上，通过建筑设计和供暖设计两方面的措施，使建筑的供暖耗能节约50%。,用于加强建筑保温和防止门窗漏风的建筑投资不能超过土建工程造价的10%，投资回收期不超过10年；在供暖系统中采取节能措施而节约吨标煤的投资不能超过开发吨标煤的投资。,|Page76,1.8供暖设计热负荷计算例题,|Page77,已知信息&可获信息,1.地点北京,3.土建资料外墙构造、k、D顶棚做法、k、D外窗、外门的类型(k)、尺寸、l地面类型,2.房间功能会议室,|Page78,热负荷计算,校核围护结构热阻是否大于最小传热阻,P261-3,4071-2,P151-1,4091-6,|Page79,Q1的计算,P23房间耗热量计算表,Q2的计算,Q3的计算,Q3=Qm,jN,|Page80,门窗缝隙,教材P22外窗：单层木框玻璃窗，宽*高=1.5*2.0m，带上亮(高0.5m)三扇两开窗。,|Page81,|Page82,教材P22外门：单层木门，宽*高=1.5*2.0m，无上亮的双扇门。,|Page83,1.10建筑节能及措施,一、节能指标,在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内设计温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量。,1.建筑物耗热量指标Indexofheatlossofbuilding,2.采暖设计热负荷指标（热指标）Indexofdesignloadforheatingofbuilding,在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉或其他供热设施供给的热量。,|Page84,From民用建筑节能设计标准(JGJ26-95),|Page85,|Page86,|Page87,单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量qHT严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准,qHq折合到单位建筑面积上单位时间内通过墙的传热量W/m2qHw折合到单位建筑面积上单位时间内通过屋顶的传热量W/m2；qHd折合到单位建筑面积上单位时间内通过地面的传热量W/m2；qHmc折合到单位建筑面积上单位时间内通过门、窗的传热量W/m2qHy折合到单位建筑面积上单位时间内非采暖封闭阳台的传热量,|Page88,面积热指标(sup.),建筑物总供暖热负荷，W,供暖面积热指标，W/m2,建筑物总建筑面积，m2,qn,m取值,|Page89,Forexample某社区住宅楼设计说明,|Page90,|Page91,建筑节能指标continue,在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期消耗的标准煤量。,3.采暖耗煤量指标,|Page92,体形系数(Shapecoefficientofbuilding),建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。,宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，使传热系数符合节能标准要求。,|Page93,窗墙面积比(Arearatioofwindowtowall),窗墙面积比,窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值。,注：摘自严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准,|Page94,户间传热负荷（sup.）,规范规定：当相邻房间的温差大于或等于5时，应计算通过隔墙或楼板的传热量。与相邻房间的温差小于5，且通过隔墙和楼板的传热量大于该房间热负荷的10%时，尚应计算其传热量。,一、户间传热负荷,|Page95,户间传热与传热温差修正的区别,传热温差修正相邻房间是不供暖空间，但相邻空间只与室外大气相关连，工况相对稳定，a值可由经验得到,户间传热用户调节有随意性，邻室间温差不确定、设计负荷取值不确定，热负荷计算遇到困难。,|Page96,户间传热计算原则和方法,1）计算所有户间楼板和户间隔墙的传热量。,2）户间热负荷的计算温差宜取5-8，采用散热器供暖时，按6计算；采用地板辐射供暖时，按8计算。,3）以各方向户间传热量总和的适当比例N，作为户间总传热负荷Q，并考虑户间各项热传递的同时发生率。,4）户间热负荷不宜大于房间供暖设计热负荷的50%。,5）户间热负荷与供暖设计热负荷之和，作为户间散热设备的计算热负荷，而不