单元3 热负荷

1、u系统的热负荷系统的热负荷 在某一室外温度在某一室外温度tw下，为了达到要求下，为了达到要求 的室内温度的室内温度 tn，系统在单位时间内向建筑物供给的热，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。量。它随着建筑物得失热量的变化而变化。 u系统的设计热负荷系统的设计热负荷 在设计室外温度下在设计室外温度下 tw，为了达，为了达 到要求的室内温度到要求的室内温度 tn ，系统在单位时间内向建筑物供，系统在单位时间内向建筑物供 给的热量。它是设计系统的最基本依据。给的热量。它是设计系统的最基本依据。 u失热量：失热量： 1.围护结构传热耗热量Q1 2.冷风渗透耗热量Q

2、2 +10住宅、办公楼等民用住宅 3.冷风侵入耗热量Q3 4.水分蒸发耗热量Q4 5.加热外部运入冷物料或工具耗热量Q5 6.通风耗热量Q6 u得热量：得热量： 7.工艺设备散热量Q7 工业建筑或 8.非供暖管道之外的其他管道及其他表面散热量Q8 少许的公共 9.热物料的散热量Q9 建筑 10.太阳辐射进入室内的热量Q10 11.其他途径进入室内的热量Q11 不经常的散热量，可不计算；经常而不稳定的散热量，应采用小时 平均值。 基本耗热量基本耗热量：在设计条件下，通过房间各部分：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）从室围护结构（门、窗、墙、地板、屋顶等）从室 内到

3、室外的稳定传热量综合。内到室外的稳定传热量综合。 附加（修正）耗热量附加（修正）耗热量：围护结构的传热状况发：围护结构的传热状况发 生变化对基本耗热量进行修正的耗热量。生变化对基本耗热量进行修正的耗热量。 朝向修正朝向修正 风力附加风力附加 高度附加高度附加 u计算围护结构附加计算围护结构附加(修正修正)耗热量时，太阳辐射得热量耗热量时，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力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行 附加。本单元主要阐述采暖系统设计热负荷的计算附加。本单元主要阐述

4、采暖系统设计热负荷的计算 原则和方法。对具有采暖及通风系统的建筑原则和方法。对具有采暖及通风系统的建筑(如工业如工业 厂房和公共建筑等厂房和公共建筑等)，采暖及通风系统的设计热负荷，采暖及通风系统的设计热负荷， 需要根据生产工艺设备使用或建筑物的使用情况，需要根据生产工艺设备使用或建筑物的使用情况， 通过得失热量的热平衡和通风的空气量平衡综合考通过得失热量的热平衡和通风的空气量平衡综合考 虑才能确定。虑才能确定。 设计热负荷的修正原则设计热负荷的修正原则 基本耗热量基本耗热量：在设计条件下，通过房间各部分：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）从室围护结构（门、窗、

5、墙、地板、屋顶等）从室 内到室外的稳定传热量综合。内到室外的稳定传热量综合。 附加（修正）耗热量附加（修正）耗热量：围护结构的传热状况发：围护结构的传热状况发 生变化对基本耗热量进行修正的耗热量。生变化对基本耗热量进行修正的耗热量。 朝向修正朝向修正 风力附加风力附加 高度附加高度附加 q K F (tn- tw) W 式中式中 q 围护结构的基本耗热量，围护结构的基本耗热量，W； K 围护结构的传热系数，围护结构的传热系数，W(m2)； F 围护结构的传热面积，围护结构的传热面积，m2； tn冬季空调冬季空调室内计算温度，室内计算温度，； tw 冬季空调冬季空调室外计算温度，室外计算温度，；

6、 a 围护结构的温差修正系数。围护结构的温差修正系数。 u 总基本耗热量总基本耗热量 Q = q 围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式 空调空调房间围护结构外侧与室外空气不直接接触，而是中间隔着房间围护结构外侧与室外空气不直接接触，而是中间隔着 不供暖房间或空间的场合。通过该围护结构的传热量理论计算公式：不供暖房间或空间的场合。通过该围护结构的传热量理论计算公式： qK F (tn-th) th传热达到平衡时，传热达到平衡时， 非供暖房间或空间的温度非供暖房间或空间的温度 为了统一，采用温差修正系数：为了统一，采用温差修正系数： qKF (tn- tw)

7、 KF (tn-th) (tn-th)/(tn- tw) 图图1-1 温差修正系数温差修正系数示意图示意图 温差修正系数（温差修正系数（a） 表表1-1 u 匀质多层材料（平壁）的传热系数匀质多层材料（平壁）的传热系数K值值 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，其传热过程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，其传热过程 如图所示。传热系数值可用下式计算如图所示。传热系数值可用下式计算： K 围护结构的传热系数，围护结构的传热系数，W/（m2）；）； R0 围护结构的传热阻，围护结构的传热阻， m2/W； n、w 围护结构内表面、外表面的换热系数，围护结构内表面、外

8、表面的换热系数，W/（m2）；）； Rn、Rw 围护结构内表面、外表面的换热阻，围护结构内表面、外表面的换热阻，m2/W； i围护结构各层材料的厚度，围护结构各层材料的厚度，m； i围护结构各层材料的导热系数，围护结构各层材料的导热系数，W/（m）；）； Rj 围护结构本体（包括单层或多层结构材料层及封闭的空气间围护结构本体（包括单层或多层结构材料层及封闭的空气间 层）的热阻，层）的热阻，m2/W。 wjn n i wi i n a K RR RR 1 11 11 1 0 W/（m2） 围护结构的传热系数围护结构的传热系数K值值 通过围护结构的传热过程通过围护结构的传热过程 注：表中注：表中h

9、肋高肋高(m)；s肋间净距肋间净距(m)。 内表面换热系数内表面换热系数n与换热阻与换热阻Rn 表表1-2 外表面换热系数外表面换热系数w与换热阻与换热阻Rw 表表1-3 非匀质多层材料（平壁）的传热系数非匀质多层材料（平壁）的传热系数K值值 u 首先按面积加权平均求围护结构的平均传热阻首先按面积加权平均求围护结构的平均传热阻 Rpj平均传热阻，平均传热阻，m2/W； A垂直热流方向的总传热面积，垂直热流方向的总传热面积， m2(如如图图1-3)； Ai按平行热流方向划分的各个传热面积，按平行热流方向划分的各个传热面积， m2 ； R0i对应于传热面积对应于传热面积Ai上的总热阻，上的总热阻，

10、 m2 /W； Rn 、 Rw 内表面、外表面换热阻，内表面、外表面换热阻， m2 /W； 平均传热阻修正系数，按平均传热阻修正系数，按表表1-4取值。取值。 m2/W W/（ m2） wn n i i i pj RR R A A R 1 0 wpjn RRRR K 11 0 图图1-3 非匀质围护结构传热阻计算图非匀质围护结构传热阻计算图 1 d 2 d 3 d 1 a 2 a 1 a 1 a 2 a 2 a 热 流 方 向 1 1 1 2 注注:(1)当围护结构由两种材料组成当围护结构由两种材料组成,2应取较小值应取较小值,1为较大值为较大值,由比值由比值21确定。确定。 (2)当围护结构

11、由三种材料组成，值应由比值当围护结构由三种材料组成，值应由比值(2+3)21确定。确定。 (3)当围护结构中存在圆孔时，应先将圆孔折算成同面积的方孔，然后再进行当围护结构中存在圆孔时，应先将圆孔折算成同面积的方孔，然后再进行 计算。计算。 修正系数修正系数值值 表表1-4 空气间层的的热阻难以计算，目前常用的空气间层的的热阻难以计算，目前常用的资料直接查资料直接查 用用，使用时注意以下几点：，使用时注意以下几点： u 空气间层的热阻随间层的设置方向（水平或竖直）、热流方向（水平间空气间层的热阻随间层的设置方向（水平或竖直）、热流方向（水平间 层时，热流自上而下或反之）、空气层的形状或厚度、空气

12、层所面向的层时，热流自上而下或反之）、空气层的形状或厚度、空气层所面向的 两表面材料的辐射率（黑度）等不同而不同。两表面材料的辐射率（黑度）等不同而不同。 u 当厚度相同时，热流朝下的空气间层热阻最大，竖壁次之，而热流朝上当厚度相同时，热流朝下的空气间层热阻最大，竖壁次之，而热流朝上 的空气间层热阻最小。同时，在达到一定厚度后（水平放置的间层为的空气间层热阻最小。同时，在达到一定厚度后（水平放置的间层为 5cm厚以上，垂直放置的间层厚度在厚以上，垂直放置的间层厚度在4cm以上，现场施工时，甚至认为以上，现场施工时，甚至认为 间层厚间层厚2cm以上），再增加厚度得到的空气层间层的热阻的增长很微小

13、，以上），再增加厚度得到的空气层间层的热阻的增长很微小， 热阻的大小几乎不随厚度增加而变化了。热阻的大小几乎不随厚度增加而变化了。 u 空气间层传热同样是辐射与对流换热的综合过程。在间层壁面涂覆辐射空气间层传热同样是辐射与对流换热的综合过程。在间层壁面涂覆辐射 系数小的反射材料，如铝箔等，可以有效地增大空气间层的换热阻，双系数小的反射材料，如铝箔等，可以有效地增大空气间层的换热阻，双 侧都贴只对水平放置且热流向下时效果较明显，而对垂直或热流向上的侧都贴只对水平放置且热流向下时效果较明显，而对垂直或热流向上的 间层增长不多；密闭空气层与半密闭（有流动通风）空气层的热阻相差间层增长不多；密闭空气层

14、与半密闭（有流动通风）空气层的热阻相差 值也随流动风量的增加而明显增大。值也随流动风量的增加而明显增大。 空气间层传热系数空气间层传热系数K值值 空气间层热阻空气间层热阻R（m2/W） 表表1-5 地面的传热系数地面的传热系数 把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，如把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，如图图1-4所示。所示。 贴土非保温地面贴土非保温地面：组成地面的各层材料中，：组成地面的各层材料中，1.16W/（m）的传热系）的传热系 数及热阻值见数及热阻值见表表1-5。第一地带靠近墙角的地面面积需要重复计算。第一地带靠近墙角的地面面积需要重复计算。 贴土保温地面：贴土保温地面：组成

15、地面的各层材料中，组成地面的各层材料中，1.16W/（m）的保温层）的保温层 m2/W Ro 贴土保温地面的换热阻，贴土保温地面的换热阻，m2/W； Ro非保温地面的换热阻，非保温地面的换热阻，m2/W； i 保温层的厚度，保温层的厚度，m； i 保温材料的导热系数，保温材料的导热系数，W/m。 铺设在地垄墙铺设在地垄墙（如（如图图1-5所示）上的保温地面各地带所示）上的保温地面各地带 m2/W n i i i 1 00 RR 00 18. 1RR 图图1-4 地面传热地带的划分地面传热地带的划分 非保温地面的传热系数和换非保温地面的传热系数和换热阻热阻 表表1-5 图图1-5 铺设铺设在地垄

16、墙上的地面在地垄墙上的地面 不同围护结构传热面积的丈量方法按不同围护结构传热面积的丈量方法按图图1-6的规定计的规定计 算。算。 外墙面积的丈量：外墙面积的丈量： u 高度从本层地面算到上层的地面高度从本层地面算到上层的地面(底层除外，见底层除外，见图图1-6所示所示)； u 平屋顶的建筑物，最顶层的丈量是从最顶层的地面到平屋顶的平屋顶的建筑物，最顶层的丈量是从最顶层的地面到平屋顶的 外表面的高度；外表面的高度； u 闷顶的斜屋面，算到闷顶内的保温层表面；闷顶的斜屋面，算到闷顶内的保温层表面； u 外墙的平面尺寸，应按建筑物外廓尺寸计算；外墙的平面尺寸，应按建筑物外廓尺寸计算； u 两相邻房间

17、以内墙中线为分界线。两相邻房间以内墙中线为分界线。 门、窗的面积：门、窗的面积： 按外墙外表面上的按外墙外表面上的净空尺寸净空尺寸计算。计算。 顶棚和地面面颊：顶棚和地面面颊： u 闷顶和地面面积应按建筑物闷顶和地面面积应按建筑物外墙以内的内廓尺寸外墙以内的内廓尺寸计算；计算； u 平屋顶，顶棚面积按建筑物外廓尺寸计算。平屋顶，顶棚面积按建筑物外廓尺寸计算。 围护结构传热面积的丈量围护结构传热面积的丈量 图图1-6 围护结构传热面积的尺寸丈量规则围护结构传热面积的尺寸丈量规则 墙墙墙 窗窗窗 墙 墙 窗 地、顶 门门 墙 地、顶 地、顶 窗 墙 图图1-5 围护结构传热面积尺寸丈量规则围护结构

18、传热面积尺寸丈量规则 u位于室外地面以下位于室外地面以下 的外墙，其耗热量的外墙，其耗热量 计算方法与地面的计算方法与地面的 计算相同，但传热计算相同，但传热 地带的划分，应从地带的划分，应从 与室外地面相平的与室外地面相平的 墙面墙面算起，亦即把算起，亦即把 地下室外墙在室外地下室外墙在室外 地面以下的部分，地面以下的部分， 看作是地下室地面看作是地下室地面 的延伸，如的延伸，如图图1-7 所示。所示。 地下室面积的丈量地下室面积的丈量 图图1-7 地下室面积的丈量地下室面积的丈量 第 四 地 带 第 三 地 带 第 二 地 带 第 一 地 带 附加（修正）耗热量附加（修正）耗热量：指围护结

19、构的传热状况：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，发生变化而对基本耗热量进行修正的耗热量， 包括：包括： 朝向修正耗热量朝向修正耗热量 风力附加耗热量风力附加耗热量 高度附加耗热量高度附加耗热量 -5%W N E S 0% 10% 0% 10% 0% 10% -10% -15% -10% -15% -15% -30% -5% 图图1-8 朝向修正百分数朝向修正百分数 从从采暖通风空调采暖通风空调 设计规范设计规范查取不查取不 同朝向修正率同朝向修正率 朝向修正耗热量朝向修正耗热量= 基本耗热量基本耗热量朝向朝向 修正率修正率 u风力附加耗热量风力附加耗热量:是考虑室外

20、风速变化而对围护结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时，外表面换热系数是对应风速约为约为4m/s的计算值。的计算值。 u我国大部分地区冬季平均风速一般为我国大部分地区冬季平均风速一般为23m/s。因。因 此，在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在此，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

21、加外围护结构附加510。 高度附加耗热量高度附加耗热量：考虑房屋高度引起的室内空气的温度：考虑房屋高度引起的室内空气的温度 梯度的影响而对耗热量的修正。梯度的影响而对耗热量的修正。 u民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度 附加率，当房间高度附加率，当房间高度大于大于4m时，每高出时，每高出1m应附加应附加 2%，但总的附加率，但总的附加率不应大于不应大于15%。 u计算时应计算时应注意注意：高度附加率，应附加于房间各围护：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）耗热量的总和结构基本耗热量和其它附加（修正）耗热量的总和

22、上。上。 u对于多层建筑物的楼梯间，对于多层建筑物的楼梯间，不考虑不考虑高度附加。高度附加。 Q1 =(1+xg)aKF(tn-tw)(1+xch+xf) xch朝向修正率，朝向修正率，% xf风力附加率，风力附加率，% xg高度附加率，高度附加率，% 其他附加耗热量的情况：其他附加耗热量的情况： u 当窗墙面积比当窗墙面积比1:1时，对窗的耗热量附加时，对窗的耗热量附加10%； u 对公共建筑，当房间有两面及以上外墙时，将墙、窗、门的基对公共建筑，当房间有两面及以上外墙时，将墙、窗、门的基 本耗热量增加本耗热量增加5%； u 当建筑物不要求全天维持设计室温，而允许定时降低室内温度当建筑物不要

23、求全天维持设计室温，而允许定时降低室内温度 时，采暖系统可按间歇采暖设计，将基本耗热量附加以下百分时，采暖系统可按间歇采暖设计，将基本耗热量附加以下百分 数：仅白天采暖者（如办公楼、教学楼等），附加数：仅白天采暖者（如办公楼、教学楼等），附加20%；不经；不经 常使用者（如礼堂），附加常使用者（如礼堂），附加30%。 u冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量Q2：通过关闭着的门、窗缝隙，在通过关闭着的门、窗缝隙，在 风压和热压作用下，室外空气进入室内被加热后排风压和热压作用下，室外空气进入室内被加热后排 向室外，在此过程中，冷风将带走一部分热量，向室外，在此过程中，冷风将带走一部分热量，把把 这部分冷空

24、气从室外温度加热到室内温度所消耗的这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的 热量。冷风渗透耗热量，在设计热负荷中占有不小热量。冷风渗透耗热量，在设计热负荷中占有不小 的份额，有时达到的份额，有时达到30%。 u影响冷风渗透耗热量的因素：影响冷风渗透耗热量的因素：建筑物内部隔断、门建筑物内部隔断、门 窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气 温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。 u总的来说，对于多层（六层及六层以下）的建筑物，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

25、设计中，冷风渗透耗热由于房屋高度不高，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。对于量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。对于 高层建筑，室外风速会随着高度的增加而增大，热高层建筑，室外风速会随着高度的增加而增大，热 压作用不容忽视。在计算高层建筑冷风渗透耗热量压作用不容忽视。在计算高层建筑冷风渗透耗热量 时，则应考虑风压与热压的综合作用。时，则应考虑风压与热压的综合作用。 多层和高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气多层和高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气 耗热量：耗热量： Q2=0.28cpwL(tn-tw) 0.28单位换算系数，单位换算系数，

26、1kJ/h=0.28W Q2由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，W cp 冷空气定压比热容，冷空气定压比热容， cp =1kJ/(kg) w 空调空调室外计算温度下空气密度，室外计算温度下空气密度， kg/m3 L 渗透空气量，渗透空气量，m3/h 计算冷风渗透耗热量的常用方法：计算冷风渗透耗热量的常用方法： 缝隙法缝隙法 换气次数法换气次数法 百分数法百分数法 缝隙法缝隙法:计算不同朝向门窗缝隙长度及每米缝隙渗入的冷空气计算不同朝向门窗缝隙长度及每米缝隙渗入的冷空气 量，进而确定其耗热量的一种方法，是常用的较精确的计量，进而确定其耗热量的一种方法，是常用的较精确的计 算方法。算方法。 u 多层（六层或以下）建筑冷空气量多层（六层或以下）建筑冷空气量L可按下式近似计算：可按下式近似计算： L0每米缝隙渗入的空气量，每米缝隙渗入的空气量，m3/(mh)，可根据当地冬季室外平，可根据当地冬季室外平 均风速，按均风速，按表表1-6的实验数据采用；的实验数据采用； l外门、窗缝隙的计算长度，外门、窗缝隙的计算长度，m； n单纯风压作用下，渗透冷空气量的朝向修正系数。单纯风压作用下，渗透冷空气量的朝向修正系数。 u 朝向修正系数朝向修正系数n是考虑门、窗缝隙处于不同朝向时，由于室外风速、风温、风是考