1 供热系统的设计热负荷.ppt

大纲要求,重点：熟练掌握供暖系统负荷计算基本原理、组成、及各项修正系数的物理意义。理解：围护结构最小热阻与经济热阻的意义。难点：得热量和失热量的热平衡、围护结构热工性能,第一节供暖系统的设计热负荷,暖通规范规定累年日平均温度稳定低于或等于5的日数大于或等于90天的地区，宜采用集中供暖；1.供暖系统的热负荷指在某一室外温度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。它随着建筑物得失热量的变化而变化。Q随tw变化。如何确定设计依据？,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。影响因素：室内设计温度tn、室外设计温度tw、围护结构它是设计供暖系统的最基本依据。计算目的：设计散热器设计输送管道设计热源,Next:如何确定设计热负荷（计算原理）？,热负荷的确定,3.建筑物或房间得失热量的途径：失热量有：围护结构传热耗热量Q1；冷风渗透耗热量Q2；冷风侵入耗热量Q3；水分蒸发耗热量Q4；加热运入冷物料和运输工具的耗热量Q5；通风耗热量Q6；,得热量有:工艺设备散热量(生产车间最小负荷班的)Q7；非供暖通风系统的其他管道和热表面的散热量Q8；热物料的散热量Q9；太阳辐射得热量Q10；通过其它途径散失或获得的热量Q11。,第一节供暖系统的设计热负荷,4.采暖系统热负荷的建立基础保持室内温度下的热平衡在任一时刻，在室内温度恒定的情况下，房间失热量=房间得热量,Q得,Q失,tR=20,Q补充=Q失Q得,供暖设计热负荷的基本公式,一、围护结构的传热过程1、目前普遍采用的方法稳态计算方法实际过程为非稳态传热过程,Q=KF(tn-tw)a,按稳态传热计算围护结构耗热量的原因,连续供暖，室外温度波动时，引起内表面温度波动很小接近稳态,室内温度允许有一定波动,实践证明此法可行。,（讨论：为什么，什么情况下不可以采用稳态计算法）,冬季室内外平均温差比室外温度日波动值大,由于不稳定传热计算比较复杂,北京室外气温和室内控制温度比较,二、围护结构基本耗热量计算,a围护结构温差修正系数,注意：不同材料（K不同），分开计算；不同朝向，分开计算，按逆时针或顺时针顺序计算；对一侧不与室外气温直接接触的围护结构（如楼板、各房间的内外隔墙），当内外温差t5时，可不计算其传热耗热量;t5，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。,1室内计算温度tn,指距地面2m以内人们活动地区的平均空温度,各处温度不同，随高度而变化其主要取决于：建筑房间使用功能对舒适性的要求与地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素有关。,研究表明：人体着衣适宜，保暖充分且处于安静状态时，室温20较舒适，18时无冷感，15时产生明显冷感。,规范规定：民用建筑的主要房间16-24；公共建筑和工业建筑值班温度5;采用地板辐射供暖时18-19值班供暖温度-5保证室内工艺设备不冻结,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,2.供暖室外计算温度tw/,确定原则：1）围护结构热惰性原理。,2）不保证天数法。规范规定:采用历年(20年)平均每年不保证5天的日平均温度,一般取整值。,新版手册tw/有所提高。,3.温差修正系数a,何时进行温差修正？,如何修正？,见附录1-2。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。,封闭阳台温差修正系数：南向0.5北向0.7东西向0.6,4.围护结构的传热系数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,5.F,门、窗外墙净空尺寸,原则：按散热面积丈量,外墙按本层地面上表面到上层地面上表面（除底层）计高，按外廓尺寸计宽。,屋顶、地面外墙内表面与内墙中心线计算。,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,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。,封闭阳台内窗户及阳台门上部可按双层窗考虑。,第三节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：围护结构不同，采用不同的朝向修正率Q1,jxch。,计算基础用垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。,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朝向。,3）日照率35%的地区，东南、西南和南向修正率采用-10%0%，东、西向不做修正。,二、风力附加耗热量Qf,考虑室外风速变化影响。,计算方法与计算基础：高地、海边、旷野，垂直外围护结构基本耗热量附加5%-10%（xf）。,Notice：城市住宅小区一般不存在风力附加，但计算独立式别墅时需加以注意，酌情选择合适的风力附加系数。,室外换热系数w，v4m时，每高出1m，Qj+Qch+Qf附加2%，但总的附加率xg15%。计算基础：基本耗热量和其它附加耗热量的总和上。,注：楼梯间不适用此项附加。,考虑朝向、风力、高度修正后的围护结构总耗热量：,对于公用建筑：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%。,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。,考虑上述修正后的围护结构总耗热量：,围护结构传热耗热量Q1,地面tg墙窗门t平均屋顶天窗td,民用建筑主要房间1624生产厂房工作地点1015辅助建筑及用室低限值,第四节冷风渗透耗热量,产生的原因：风压作用和热压作用。影响因素：建筑内部隔断、门窗构造与朝向、室外风速风向、t等计算方法:,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(用于多层建筑),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),说明:空调建筑室内通常保持正压,因而在一般情况下,不计算门窗缝隙渗入室内的冷空气（夏季为热空气）的耗热量。,第四节冷风渗透耗热量,V经门、窗缝隙渗入室内的空气量；,供暖室外计算温度下的干空气密度；,冷空气的定压比热容，=1kJ/(kg.)。,计算公式：,V的计算,说明：,旧版规范多层建筑仅考虑风压，高层建筑综合考虑风压和热压。,现行规范多、高层建筑均考虑风压和热压。,授课思路：先介绍仅考虑风压的多层建筑的V计算方法，再介绍综合考虑热压和风压、适用于多层和高层建筑的V计算的新方法。,1.缝隙法,L每米门、窗缝隙渗入的空气量，m3/h.m(P20表1-7),l门、窗缝隙的计算长度，m,n渗透空气量的朝向修正系数(P323附表1-6),NoticeofL&l,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。4）当房间有四面外墙时，则计入迎主导风向的1/2外围护结构范围内的门窗缝隙。,2.换气次数法,nk房间换气次数，次/h(P21表1-8),Vn房间内部体积，m3,3.百分数法,表1-9：渗透耗热量占围护结构总耗热量Q1的百分数渗透耗热量Q2=Q1的百分数,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（规范规定之方法）,基础知识点,1）热压与热压作用,2）中和面,3）理论热压与热压系数,1楼梯间及竖井热压分布线,2各层外窗热压分布线,烟囱效应,渗入空气量=渗出空气量，内外压差为零,l房间某朝向上可开启门窗缝隙的长度,L0理论渗风量,m冷风渗透压差的综合修正系数,b外窗、门缝隙的渗风指数，钢窗取0.67,a1外门窗缝隙的渗风系数(由新版手册P312表5.1-10查取),V0冬季室外最多风向下的平均风速,Cr热压系数，新版手册P312表5.1-11,Cf风压差系数，取0.7,n纯风压作用下渗风量的朝向修正系数,Ch外门、窗缝隙所在高度的高度修正系数,(大城市),(中小城市及大城市郊区),hz纯热压作用下建筑物中和面标高,tn/建筑物内热压竖井内的空气温度,第五节外门冷风侵入耗热量,Q3=Qm,jN,注：,n为外门所在层以上的楼层数,一道门65n%；两道门80n%?,公共建筑500n%,开启时间较长的民用建筑外门，N*(1.5-2.0),建筑物阳台门不必考虑冷风侵入耗热量！,空调建筑室内通常保持正压，热负荷不计Q2和Q3。,思考：围护结构的耗热量计算后，为什么要对各楼层进行调整？,简化处理按楼层调整：目的：考虑热压作用，避免上热下冷垂直失调。方法：自下而上附加：+20%至-1与建筑物层数、房间所在层数、供暖系统型式有关。民用建筑供暖面积热指标：与建筑设计标准、建筑类型有关。,第六节辐射供暖系统热负荷计算,一、分类,低温辐射供暖系统（60）中温辐射供暖系统（80-200）高温辐射供暖系统（200）,二、辐射供暖的特点,1）热舒适性好2）节能,3）节约建筑面积,三、辐射供暖热负荷计算,1）全面辐射采暖系统,Way1:（0.90.95）Q,Way2:tn取值降低2,Notice:不计地面热损失；不考虑高度附加,1.低温辐射采暖系统,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,continue,2.热水吊顶辐射采暖系统,同上,3.燃气红外线辐射供暖系统,全面采暖：（0.80.9）Q,局部采暖：同上,第七节户间传热负荷与面积热指标（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。,户间传热负荷,户间传热与传热温差修正的区别,传热温差修正a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。,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，而不计入建筑物的总供暖设计热负荷。,户间传热量的计算公式,N户间楼板及隔墙发生传热的概率系数当只有一面可能发生户间传热的围护物时，N=0.8；当有两面可能发生户间传热的围护物时，N=0.7；当有三面可能发生户间传热的围护物时，N=0.6；当有四面可能发生户间传热的围护物时，N=0.5。,Ki，Fi户间楼板或隔墙的传热系数和传热面积,t户间热负荷计算温差,第八节围护结构的最小传热阻与经济传热阻,一、最小传热阻Rmin,表征室内热状态的指标：n与tnn应满足：a.内表面不结露-使用要求、卫生要求（除厨房、盥洗间、门窗外）b.（tn-n）不能太大-人体卫生要求定义：满足使用要求和卫生要求（围护结构内表面不结露和人体卫生要求）而确定的外围护结构的总传热阻称为最小（低限）传热阻。,tn,tw,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,冬季围护结构室外计算温度，按围护结构热惰性指标D值分四个等级来确定(教材P18表1-6),供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差(教材P315附录1-5),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,建造费用含室内、管网、热源三部分。,经营费用包括围护结构和供暖系统的折旧费、维修费及系统的运行费。,现状：难以立刻实现。,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。,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,围护结构的最小传热阻Rmin,耗热量增大维护结构损坏,冷辐射感,按D分四等级,围护结构的传热阻Ro,第九节供暖设计热负荷计算例题,北京一民用办公建筑的平面图和剖面图，试校核围护结构最小传热阻并计算会议室的供暖设计热负荷。,供暖设计热负荷计算例题,已知信息&可获信息,1.地点北京,tw、tp,min、v,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,tn、ty,热负荷计算,校核围护结构热阻是否大于最小传热阻,必须！,P261-13,P4071-2,P151-1,P4091-6,Q1的计算,P23房间耗热量计算表,Q2的计算,Q3的计算,Q3=Qm,jN,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。,教材P22外门：单层木门，宽*高=1.5*2.0m，无上亮的双扇门。,第十节建筑节能及措施,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,2.采暖设计热负荷指标（热指标）,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。,From民用建筑节能设计标准(JGJ26-95),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,Forexample某社区住宅楼设计说明,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,二、建筑节能的方法和设计步骤,校核建筑物体形系数、窗墙面积比是否符合节能标准,体形系数,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。,窗墙面积比,不同朝向的窗墙面积比,窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值。,本章小结,重点：供暖系统设计热负荷的组成与计算方法围护结构最小热阻