第1章 室内供暖系统的设计热负荷.ppt

第一章室内供暖系统的设计热负荷,概述,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,供暖管道管径和散热器等设备的确定，关系到供暖系统的使用和经济效果。,人们为了保证正常的生产和生活，要求室内保持一定的温度。一个建筑物或房间可有各种得热和散失热量的途径。当建筑物或房间的失热量大于得热量时，为了保持室内在要求温度下的热平衡，需要由采暖通风系统补给热量，以保证室内要求的温度。采暖系统通常利用散热器向房间散热，通风系统送入高于室内要求温度的空气，这样,一方面向房间不断地补充新鲜空气，另一方面也为房间提供热量。,第一节采暖系统设计热负荷,1.1采暖系统设计热负荷的基本概念,采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，采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。采暖系统的设计热负荷是指在设计室外温度下，为了达到要求的室内温度，采暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是设计采暖系统的最基本依据。,第一节采暖系统设计热负荷,1.1采暖系统设计热负荷的基本概念,第一节采暖系统设计热负荷,建筑物失热量：（1）围护结构的耗热量；（2）加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称冷风渗透耗热量；（3）加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称冷风侵入耗热量；（4）水分蒸发的耗热量；（5）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；（6）通风耗热量。通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量；（7）通过其它途径的耗热量。,1.2建筑物得热量和失热量,第一节采暖系统设计热负荷,建筑物得热量：（1）生产车间最小负荷班的工艺设备散热量；（2）热管道及其他热表面的散热量；（3）热物料的散热量；（4）太阳辐射进入室内的热量。此外，还会有通过其它途径散失或获得的热量。,1.2建筑物得热量和失热量,第一节采暖系统设计热负荷,冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物或房间的得、失热量确定。对于没有由于生产工艺所带来得失热量而需设置通风系统的建筑物或房间(如一般的民用住宅建筑、办公楼等)，失热量只考虑上述的前三项耗热量。得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。至于住宅中其它途径的得热量，如人体散热量、炊事和照明散热量，一般散发量不大，且不稳定，通常可不予计入。,1.3热负荷确定的基本原则,第一节采暖系统设计热负荷,第一节供暖系统设计热负荷,在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分为以下几部分进行计算：,围护结构的基本耗热量,围护结构的附加耗热量,冷风渗透耗热量,冷风侵入耗热量,1.3热负荷确定的基本原则,计算围护结构附加(修正)耗热量时，太阳辐射得热量可采用对基本耗热量附加（减）的方法列入，而风力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行附加。,对没有装置机械通风系统的建筑物，围护结构的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，计算采暖系统的设计热负荷时，常把它分成围护结构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总和。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)耗热量包括朝向修正、风力附加、高度附加和外门附加等耗热量。,第二节围护结构基本耗热量,第二节围护结构基本耗热量,围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式为：W式中Q围护结构的基本耗热量，W；K围护结构的传热系数，W(m2)；F围护结构的传热面积，m2；采暖室内计算温度，；采暖室外计算温度，；a围护结构的温差修正系数。整个建筑物或房间围护结构的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和。应该注意，在进行计算时一定要注意单位的统一，通常均要采用法定单位。,q=KF(tn-tw),室内计算温度是指距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。室内空气温度的选择，应满足人们生活和生产工艺的要求。许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在1622范围内。根据国内有关卫生部门的研究结果认为：当人体衣着适宜，保暖量充分且处于安静状况时，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。,2.1采暖室内计算温度,第二节围护结构基本耗热量,暖通规范规定，设计采暖系统时，冬季室内计算温度应根据建筑物用途，按下列规定采用：（1）民用建筑的主要房间，宜采用1624；（2）工业建筑的工作地点，宜采用轻作业1821；中作业1618；重作业1416；过重作业1214。（3）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。当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按照国家现行有关专业标准、规范执行。,第二节围护结构基本耗热量,第二节围护结构基本耗热量,采暖室外计算温度如何确定，对采暖系统设计有关键性的影响。如采用过低的值，在采暖运行期的绝大部分时间里，使设备能力富裕过多，造成浪费；如采用值过高，则在较长时间内不能保证采暖效果。因此，正确的确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。,2.2采暖室外计算温度,采用不保证天数方法的原则是：人为允许有几天时间可以低于规定的采暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值。不保证天数根据各国规定而有所不同，有规定1天、3天、5天等。,第二节围护结构基本耗热量,围护结构温差修正系数a值的大小，取决于非采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，不采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。,2.3温差修正系数a值,q=KF(tn-th)=KF(tn-tw),第二节围护结构基本耗热量,温差修正系数（a）,第二节围护结构基本耗热量,此外，当两个相邻房间的温差大于或等于5时，应计算通过隔墙或楼板等的传热量。与相邻房间的温差小于5时，且通过隔墙或楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时，尚应计算其传热量。,第二节围护结构基本耗热量,第二节围护结构基本耗热量,2.4围护结构的传热系数K值,地面的传热系数(划分地带法）,室内地面的传热系数随着离外墙的远近的变化而变化。在冬季，室内热量通过靠近外墙地面传到室外的路程较短，热阻较小；而通过远离外墙地面传到室外的路径较长，热阻增大。在离外墙约8米以远的地面，传热量基本不变。,非保温地面的传热系数和热阻,地面传热地带的划分,（1）贴土非保温地面(组成地面的各层材料中，导热系数均大于1.16W/m的保温层),第二节围护结构基本耗热量,（2）贴土保温地面(组成地面的各层材料中，有导热系数小于1.16W/m的保温层)各地带的热阻值，可按下式计算m2/W（1-11）式中贴土保温地面的热阻，m2/W；非保温地面的热阻，m2/W（见表1-5）；保温层的厚度，m；保温材料的导热系数，W/m,第二节围护结构基本耗热量,（3）铺设在地垄墙上的保温地面各地带的换热阻值，可按下式计算m2/W,第二节围护结构基本耗热量,围护结构传热面积的尺寸丈量规则,第二节围护结构基本耗热量,2.5维护结构传热面积的丈量,五维护结构传热面积的丈量,地下室面积的丈量,第三节围护结构的附加耗热量,第三节围护结构的附加耗热量,3.1朝向修正耗热量,第三节围护结构的附加耗热量,围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下，计算得出的。实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素影响而有所增减。由于这些因素影响，需要对围护结构基本能热量进行修正,第三节围护结构的附加耗热量,按围护结构的不同朝向，选择不同的朝向修正率,第三节围护结构的附加耗热量,风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是对应风速约为4m/s的计算值。我国大部分地区冬季平均风速一般为23m/s。因此，在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，才考虑垂直的外围护结构附加510。,3.2风力附加耗热量,第三节围护结构的附加耗热量,高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。计算方法：民用建筑筑和工业辅助建筑物(楼梯间除外)的高度附加率，当房间高度大于4m时，高出1m应附加2，但总的附加率不应大于15。应注意:高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其它附加(修正)耗热量的总和上。,3.3高度附加耗热量,第三节围护结构的附加耗热量,综上所述：通过外围护结构的总耗热量可表示为,高度附加率,朝向附加率,风力附加率,第四节冷风渗透耗热量,在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q2。冷风渗透耗热量，在设计热负荷中占有不小的份额。,影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗构造、门窗朝向等。总的来说，对于多层(六层及六层以下)的建筑物，由于房屋高度不高，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。对于高层建筑，则应考虑风压与热压综合作用的结果。,第四节冷风渗透耗热量,缝隙法的概念：通过计算不同朝向的门、窗缝隙长度以及从每来长缝隙渗入的冷空气量，确定其冷风渗透耗热量。,第四节冷风渗透耗热量,L经门窗缝隙渗入室内的总空气量，m3/h；w供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；Cp冷空气的定压比热容，Cp1kJ/(kg)；0.278单位换算系数，1kJ/h0.278W。,L0每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季室外平均风速，m3/(m.h)l门、窗缝隙的计算长度，m；n渗透空气量的朝向修正系数。,第四节冷风渗透耗热量,第四节冷风渗透耗热量,门、窗缝隙的计算长度当房间仅有一面或相邻两面外墙全部计人其门、窗可开启部分的缝隙长度；当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大一面的缝隙；当房间有三面外墙时，仅计入风量较大的两面的缝隙。当房间有四面外墙时，则计入较多风向的1/2外围护结构范围内的外门窗缝隙。,第四节冷风渗透耗热量,第五节冷风侵入耗热量,冷风侵入耗热量：在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内，这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量。,简化计算方法：外门基本耗热量乘以附加率,【例题1-1】图1-8为徐州市某办公楼的平面图。试计算一层101办公室的采暖设计热负荷。已知条件：采暖室外计算温度-5；冬季室外风速：3.6m/s。室内计算温度：办公室18，走廊不采暖。围护结构：外墙：一砖墙，外表面水泥砂浆抹面，内表面水泥砂浆抹面、白灰粉刷、厚度均为20mm；外窗：单层钢窗，C3：1500mm2300mm。采用密封条封窗。层高：3.3m（从本层地面上表面算到上层地面上表面）；地面：不保温地面；,第六节供暖设计热负荷计算例题,图1-8例题1-1热负荷计算示意图,第六节供暖设计热负荷计算例题,【解】1.围护结构的基本耗热量Q1(1)南外墙：查附录1-5得：外墙传热系数K2.08W/(m2.)，温差修正系数1传热面积F（3.3+0.12）3.3-1.52.37.84(m2)按公式（1-1）计算南外墙的基本耗热量：q1,jKF(tntw）12.087.8418-(-5)375.07（W)南向的朝向修正率，取-15%朝向修正耗热量q1,ch375.07（-0.15）-56.26（W)本办公楼不需进行风力修正，高度未超过4m，不需进行高度修正南外墙的实际耗热量：q1q1,j+q1,ch375.07-56.26318.81（W）,第六节供暖设计热负荷计算例题,(2)南外窗：查附录15得：南外窗传热系数K6.40W/(m2.)，温差修正系数1传热面积F1.52.33.45(m2)基本耗热量q1,jKF(tntw)16.403.4518-(-5)507.84（W)朝向修正耗热量q1,ch为：q1,ch507.84（-0.15）-76.18（W)南外窗实际耗热量：q1q1,j+q1,ch507.84-76.18431.66（W),第六节供暖设计热负荷计算例题,(3)西外墙：外墙传热系数K2.08W/(m2.)，温差修正系数1传热面积F（6.6+0.12）3.322.18(m2)基本耗热量q1,jKF(tntw)12.0822.18(18+5)1061.09（W)西向的朝向修正率，取-10%朝向修正耗热量：q1,ch1061.09（-0.1）-106.11（W)西外墙的实际耗热量：q1q1,j+q1,ch1061.09-106.11954.98（W）,第六节供暖设计热负荷计算例题,（4）北内墙查附录得:内墙的传热系数K1.72W/(m2.)查表，温差修正系数0.7传热面积F（3.3+0.12）3.3-1.22.68.17(m2)基本耗热量q1,jKF(tntw)0.71.728.17(18+5)226.24（W),第六节供暖设计热负荷计算例题,（5）北内门查附录:门传热系数K2.91W/(m2.)温差修正系数0.7传热面积F1.22.63.12(m2)基本耗热量q1,jKF(tntw)0.72.913.12(18+5)146.18（W)（6）地面地面划分地带如图下图所示：,第六节供暖设计热负荷计算例题,地带：第一地带传热系数K10.47W/(m2.)F1（3.3+0.12）2+（6.6+0.12）220.28(m2)第一地带传热耗热量：q1KF(tntw)0.4720.2818-(-5)219.23（W)第二地带传热系数K20.23W/(m2.)F2（3.3-0.12-2）（6.6-0.12-2）5.28(m2)第二地带传热耗热量：q2KF(tntw)0.235.2818-(-5)27.93（W)地面的传热耗热量：qq1+q2219.23+27.93247.16（W),第六节供暖设计热负荷计算例题,101室房间围护结构的总传热耗热量：Q1=318.81+431.66+954.98+226.24+146.18+247.16=2325.03(w),第六节供暖设计热负荷计算例题,2.冷风渗透耗热量按缝隙法计算：(1)南外窗，如下图外窗为三扇，带上亮，两侧窗扇可开启，中间一扇固定。外窗缝隙总长度为：l1.84+0.549.2(m)（包括气窗）查表在V3m/s的风速下单层钢窗每米缝隙每小时渗入的冷空气量为2.6m3/(m.h)由于采用密封条封窗，渗入量减少为0.6倍：L0=2.60.61.56（m3/(m.h)）根据tw-5，查得w1.513kg/m3朝向修正系数，南向取n0.40按计算南外窗的冷空气渗入量：LL0ln1.569.20.45.74（m3/h）,第六节供暖设计热负荷计算例题,南外窗的冷风渗透耗热量：Q20.278Cpw.L（tn-tw）0.27811.5135.7418-(15)55.53(W),101房间采暖设计热负荷,第六节供暖设计热负荷计算例题,第九节高层建筑供暖设计热负荷计算简介,1楼梯间及竖井热压分布线2各层外窗热压分布线理论热压式中理论热压，Pa,热压作用原理图,曲线1楼梯间及竖井热压分布线；曲线2各层外窗热压分布线,曲线2各层外窗热压分布线,冬季建筑物的内、外温度不同，由于空气的密度差，室外空气在底层一些楼层的门窗缝隙进入，通过建筑物内部楼梯间等竖直贯通通道上升，然后通过顶层一些楼层的门窗缝隙排除。这种引起空气流动的压力称为热压。,第九节高层建筑供暖设计热负荷计算简介,Pr理论热压，Pa；w供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；n形成热压的室内空气柱密度，kg/m3；h计算高度，m；hz中和面标高，m；指室内外压差为零的界面。通常在纯热压作用下，可近似取建筑物高度的一半。g重力加速度，g9.81m/s2,理论热压计算假设沿建筑物各层完全畅通，热压主要由室外空气与楼梯间等竖直贯通通道空气之间的密度差造成。建筑物内、外空气密度差和高度差形成的理论热压，可按下式计算,当门窗中心处于中和面以下时，热压为正值，室外空气压力高于室内空气压力，冷空气由室外渗入室内；反之，室内空