第1章 室内供暖系统的设计热负荷

1、第一章第一章 室内供室内供暖系统的设计热负荷暖系统的设计热负荷概述概述l 供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本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的数据。它直接影响供暖系统方案的选择, ,供供暖管道管径和散热器等设备的确定，关系到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。暖系统的使用和经济效果。第一节第一节 供暖系统设计热负荷供暖系统设计热负荷l供暖系统的设计热负荷：指在设计室外温度供暖系统的设计热负荷：指在设计室外温度 下，为达到要求的下，为达到要求的室内温度室内温度 ，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量，供暖系统在单位时间内向

2、建筑物供给的热量 。l对没有装置机械通风系统的建筑物，供暖系统的设计热负荷可用下对没有装置机械通风系统的建筑物，供暖系统的设计热负荷可用下式表示：式表示： Qntl在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分为以在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分为以下几部分进行计算。下几部分进行计算。1.j1.x23QQQQQ围护结构的基围护结构的基本耗热量本耗热量围护结构的附围护结构的附加耗热量加耗热量冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量冷风侵入耗热量冷风侵入耗热量QQQQQQQdsh10321 tw第二节第二节 围护结构基本耗热量围护结构基本耗热量l供暖控制对象：室内温度（干球温度）供暖控制对象：室内温

3、度（干球温度）l空调控制对象：温度、相对适度、风速、洁净度空调控制对象：温度、相对适度、风速、洁净度 围护结构的基本耗热量，计算公式：围护结构的基本耗热量，计算公式：l式中式中 l 围护结构的传热系数，围护结构的传热系数，W/m2 ； 围护结构的面积，围护结构的面积，； 冬季室内计算温度冬季室内计算温度 ， ；KFntqa()()nwnhK F ttK F ttl 供暖室外计算温度，供暖室外计算温度， ； l 温温度修正系数度修正系数 ； 一、室内计算温度一、室内计算温度 室内计算温度：指距地面室内计算温度：指距地面2m以内人们活动地区的以内人们活动地区的平均温度。平均温度。 当人体衣着适宜，

4、保暖量充分且处于安静状况时：当人体衣着适宜，保暖量充分且处于安静状况时： 室内温度室内温度20 比较舒服，比较舒服，18 无冷感，无冷感，15 为明显为明显冷感温度界限。冷感温度界限。wtant 二、供暖室外计算温度二、供暖室外计算温度 围护结构的热惰性原理围护结构的热惰性原理 不保证天数的原则不保证天数的原则wt 三、温差修正系数三、温差修正系数 计算与大气不直接接触的外围护结构的基本耗热量计算与大气不直接接触的外围护结构的基本耗热量 q()anhK F ttl式中：式中：F 供暖房间所计算的围护结构表面积，供暖房间所计算的围护结构表面积，l K 供暖房间所计算的维护结构的传热系数供暖房间所

5、计算的维护结构的传热系数W/l th 不供暖房间或空间的空气温度，不供暖房间或空间的空气温度， l a 温差修正系数。温差修正系数。nhnwtttta四、围护结构的传热系数四、围护结构的传热系数K值值 1.均质多层材料的传热系数均质多层材料的传热系数K值，一般建筑物的外墙值，一般建筑物的外墙和屋顶都属于均质多层材料的平壁结构。和屋顶都属于均质多层材料的平壁结构。 2.由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构的传由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构的传热系数热系数K值，比如从节能的角度出发，采用各种形式值，比如从节能的角度出发，采用各种形式的空心砌块，或保温材料。的空心砌块，或保温材料。计算

6、温差修正系数的示意图计算温差修正系数的示意图 1-1-供暖房间；供暖房间；2-非供暖房间非供暖房间 3.空气间层传热系数空气间层传热系数K值。值。 4.地面的传热系数。地面的传热系数。(划分地带法）划分地带法）RRRRKwjnwiin111110l2.由两种以上材料组成由两种以上材料组成的、两向非匀质围护结的、两向非匀质围护结构的传热系数构的传热系数K值。首值。首先求出围护结构的平均先求出围护结构的平均传热阻传热阻 01p jnwniiiARRRAR序序 号号 / 或或1 12 23 34 40.090.190.090.190.200.390.200.390.400.690.400.690.7

7、00.990.700.990.860.860.930.930.960.960.980.9821 修修 正正 系系 数数 两向非匀质围护结构传热系数两向非匀质围护结构传热系数K值，再用下式确值，再用下式确定：定：RRRRKwjpn110 W/W/ m2 231()/ 2划分地带法划分地带法地地 带带（W）（W）第一地带第一地带第二地带第二地带第三地带第三地带第四地带第四地带2.152.154.304.308.608.6014.214.20.470.470.230.230.120.120.070.07非保温地面的传热系数和热阻非保温地面的传热系数和热阻地面传热地带的划分地面传热地带的划分l（2）贴

8、土保温地面(组成地面的各层材料中，有导热系数小于1.16 W/m的保温层)各地带的热阻值，可按下式计算l l m2/ W （1-11）l式中 贴土保温地面的热阻，m2/ W ；001niiiRR 0Rl 非保温地面的热阻，m2/ W（见表1-5）；l 保温层的厚度，m；l 保温材料的导热系数，W/ m0Riil（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l m2/ W 001.18RR五五 维护结构传热面积的丈量维护结构传热面积的丈量 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地下室面积的丈量地下室面积的丈量第三节第三节 围护结构的附加耗热量围护结构的附加耗热

9、量围护结构的附加围护结构的附加耗热量耗热量朝向修正耗热量风力附加耗热量高度附加耗热量第三节第三节 围护结构的附加耗热量围护结构的附加耗热量朝向修正耗热量产生原因室内因阳光射入而得到的热量室内因阳光射入而得到的热量向阳面围护结构外表面温度升高。向阳面围护结构外表面温度升高。失热量减少失热量减少 向阳面围护结构，向阳面围护结构，K值较小值较小一一 朝向修正耗热量朝向修正耗热量第三节第三节 围护结构的附加耗热量围护结构的附加耗热量一一 朝向修正耗热量朝向修正耗热量 按围护结构的不同朝向，选择不同的朝向修正率按围护结构的不同朝向，选择不同的朝向修正率 风力附加耗热量：考虑室外风速变化而对风力附加耗热量

10、：考虑室外风速变化而对耗热量的修正。耗热量的修正。2风力附加耗热量风力附加耗热量第三节第三节 围护结构的附加耗热量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综上所述：通过外围护结构的总耗热量可表示为 高度附加耗热量：考虑建筑物高度对耗热量的影响。高度附加耗热量：考虑建筑物高度对耗热量的影响。三三 高度附加耗热量高度附加耗热量高度附加率高度附加率朝向附加率朝向附加率风力附加率风力附加率1.j1.xgnwchf1xa(ttx +xQQQKF（）（1+）第四节第四节 冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量一、缝隙法一、缝隙法 确定门、窗缝隙渗入空气量确定门、窗缝隙渗入空气量V后，冷风渗透耗

11、热量后，冷风渗透耗热量 式中式中 门、窗缝隙渗入总空气量，门、窗缝隙渗入总空气量，m3/h 供暖室外温度下的空气密度，供暖室外温度下的空气密度，kg/m3 冷空气的定压比热，冷空气的定压比热， 单位换算系数，单位换算系数，1kJ/h=0.278W2Q20.278()wpnwQVc ttV0.278wpc第四节第四节 冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量三、百分数法三、百分数法 用于工业建筑的概算法。用于工业建筑的概算法。2Q20.278()knnwQn Vc ttnVkn二、换气次数法二、换气次数法 用于民用建筑的概算法，冷风渗透耗热量用于民用建筑的概算法，冷风渗透耗热量 式中式中 房间内部体积，房间

12、内部体积，m3 房间换气次数，次房间换气次数，次/h第五节第五节 冷风侵入耗热量冷风侵入耗热量30.278()wnwQVc ttwV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。消耗的热量。 式中式中 流入的冷空气量，流入的冷空气量，m3/h 第六节第六节 供暖设计热负荷计算例题供暖设计热负荷计算例题l【例题例题1-1】 图1-7所示为北京市一民用办公建筑的平面图和剖面图，计算其中会议室(101号房间)的供暖设计热负荷。 例题例题1

13、-1 1图图l铸铁散热器的散热方式 ：第七节第七节 辐射供暖系统热负荷计算辐射供暖系统热负荷计算自然对流与热辐射 热辐射是处于一定温度下的物体所发射的能量 辐射供暖 低温辐射供暖（60） 中温辐射供暖（80200） l辐射设备的构造不同 单体式辐射板（带状或块状辐射板、红外辐射器等） 建筑构造相结合的辐射板（天棚式、墙壁式、地板式等） 一、低温辐射供暖负荷的计算一、低温辐射供暖负荷的计算 l低温辐射采暖的热负荷应计算确定。热负荷分为全面辐射采暖的热负荷与局部辐射采暖的热负荷两类。l全面辐射采暖的热负荷，应按照第二节第五节的方法进行计算，并对计算出的热负荷乘以0.90.95的修正系数或将室内计算

14、温度取值降低2。建筑物地板敷设加热管时，采暖负荷中不计算地面的热损失，并可不考虑高度附加。局部辐射采暖的热负荷，可按整个房间全面辐射采暖的热负荷乘以该区的建筑面积与所在房间的面积的比值和表1-11所规定的附加系数确定 采暖区域面积与房采暖区域面积与房间总面积比值间总面积比值0.550.550.400.400.250.25附加系数附加系数1.301.301.351.351.501.50局部辐射采暖热负荷附加系数局部辐射采暖热负荷附加系数 第八节第八节 围护结构的最小传热阻与经济传热阻围护结构的最小传热阻与经济传热阻 l最小传热阻最小传热阻：室内舒适性要求室内舒适性要求围护结构内表面不结露围护结构

15、内表面不结露结露会导致耗热量增大，围护结结露会导致耗热量增大，围护结构易损坏构易损坏 围护结构内表面温度过低，人体向围护结构内表面温度过低，人体向外辐射热过多，产正不舒适感。外辐射热过多，产正不舒适感。l最小传热阻计算公式最小传热阻计算公式0.minnw.e()nyttRRtl 在稳定传热条件下，围护结构传热阻、室内、外空气温度、围护结构内表面温度之间的关系式为：0nnnwntttRR0nwnnnttRRtl式中 各层材料的传热阻，/W；l 各层材料的蓄热系数，W/。l材料的蓄热系数值，可由下式求出l l W/ l式中 c材料的比热，J/kg；l 材料的密度，kg/m3 ；l 材料的导热系数，

16、W/m；l Z温度波动周期，s（一般取24h=86400s计算）。iRiS2 csZ 外墙围护结构的实际传热热阻应大于最小传热热阻（例外墙围护结构的实际传热热阻应大于最小传热热阻（例题题1-1） 但选用多大的传热热阻才算经济呢？由此我们引出经济但选用多大的传热热阻才算经济呢？由此我们引出经济传热热阻。传热热阻。 经济传热热阻经济传热热阻：使建筑物的建造费用和经营费用之和最：使建筑物的建造费用和经营费用之和最小的围护结构的传热阻。小的围护结构的传热阻。l建筑围护结构平均传热系数，可按下式计算0/miiKK FFiFiK式中 参与传热的各围护结构的传热系数，W/ 相应的围护结构面积，； F0参与传

17、热的各围护结构面积的总和，；Km建筑物围护结构的平均传热系数，W/ 二、热水吊顶辐射供暖负荷的计算二、热水吊顶辐射供暖负荷的计算 l热水吊顶辐射采暖板采暖，可应用于高度330m建筑物的采暖。供暖负荷计算同上所述。热水吊顶辐射板采暖的供水温度，宜采用40140的热水，并应满足产品对水质的要求，在非采暖季节应充水保养。 三、燃气红外线辐射供暖负荷的计算三、燃气红外线辐射供暖负荷的计算l燃气红外线辐射采暖，可用于建筑物室内采暖或室外工作地点的采暖。采暖的燃料，可采用天然气、人工煤气、液化石油气等。燃气质量、燃气输配系统应符合国家现行的城镇燃气设计规范的要求。采用燃气红外线辐射采暖时，必须采取相应的防

18、火、防爆和通风换气等安全措施，并符合国家的现行有关安全、防火规范的要求。l燃气红外线采暖器用于全面采暖时，建筑围护结构的耗热量应按照第二节第五节的 方法进行计算，可不计算高度附加，并在此基础上再乘以0.80.9的修正系数。辐射器安装过高时，应对总耗热量进行必要的高度修正。l局部采暖时，其负荷可按照表1-11的规定计算。第九节第九节 高层建筑供暖设计热负荷计算简介高层建筑供暖设计热负荷计算简介l1楼梯间及竖井热压分楼梯间及竖井热压分布线布线 2各层外窗热压分布线各层外窗热压分布线 理论热压理论热压 式中式中 理论热压，理论热压，Pa wgrznPhh（） （） tK一、热压作用一、热压作用 热压

19、作用原理图热压作用原理图曲线曲线1楼梯间及竖井热压分布线；楼梯间及竖井热压分布线；曲线曲线2各层外窗热压分布线各层外窗热压分布线l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，然后在顶层一些楼层的门窗缝隙排出。这种引起空气流动的压力称为热压。 l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()()rzwnPhhgwrPPr理论热压 供暖室外计算温度下的空气密度 形成热压的室内空气柱密度 h计算高度 hz中和面标高，m

20、；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。 n()()rrrrzwnPc Pc hhg rc有效热压差可按下式计算有效热压差可按下式计算热压系数值热压系数值 与建筑物内部隔断及上下通风等状况与建筑物内部隔断及上下通风等状况有关，即与空气从底层部分渗入而从顶层部分渗出有关，即与空气从底层部分渗入而从顶层部分渗出的流通路程的阻力状况有关。国内一些研究资料认的流通路程的阻力状况有关。国内一些研究资料认为，热压差系数的大致范围为为，热压差系数的大致范围为 =0.20.5=0.20.5。rc二、风压作用二、风压作用二、风压作用二、风压作用l高层建筑遇到的特殊问题之一，是

21、需要考虑风速随高度的变化。风速随高度增加的变化规律，可用下式表示：ahhhVV00式中式中hV高度高度h h处处的风速，的风速，m/s；0V高度高度 处处的风速，的风速，m/s；a幂指数，与地面的粗糙度有关，可取幂指数，与地面的粗糙度有关，可取 =0.2=0.2。0ha按照我国气象部门规定，风观测的基准高度为按照我国气象部门规定，风观测的基准高度为10m。因此，目前规范给出各城市的冬季平均风速因此，目前规范给出各城市的冬季平均风速 是对是对应基准高度应基准高度 =10m =10m的数值。对于不同高度处的数值。对于不同高度处 的室的室外风速外风速可改写为下式可改写为下式0VohhhV0.20.2

22、000.631()10hhVVh V三、风压与热压共同作用三、风压与热压共同作用l实际作用的冷风渗透现象，都是风压与热压共同作用的结果。理论推导在风压与热压共同作用下，建筑物各层各朝向的门窗冷风渗透量时，考虑了下列几个假设条件 l1.建筑物各层门窗两侧的有效作用热压差 仅与该层所在的高度位置、建筑物内部竖井空气温度和室外温度所形成的密度差、以及热压差系数Cr值大小有关，而与门窗所处的朝向无关。l2.建筑物各层不同朝向的门窗，由于风压作用所产生的计算冷风渗透量是不相等的，需要考虑渗透空气量的朝向修正系数（见附录1-5的n值）。rP第十节第十节 建筑节能及措施建筑节能及措施l我国是社会主义国家，能

23、源的获取一方面依靠自己生产，另一方面是通过等价交换，必须节约使用。我国近些年用于建筑供暖、通风及空调等（包括用电）的建筑能耗占总能耗的1/51/4，建筑的能耗指标是发达国家的1.5倍。特别是在我国的“三北”地区，供暖的能耗又占建筑能耗的一半以上，是建筑能耗的主要部分，通常在这一部分的浪费最多，节能的潜力与效果也最大。可见，建筑的供暖能耗在建筑节能工作中占有重要地位。一、节能建筑的相关节能指标一、节能建筑的相关节能指标l在民用建筑节能设计标准中的判定建筑是否节能，主要是以建筑的耗热指标与采暖的耗煤指标作为判据的。不同地区采暖住宅建筑耗热量指标和采暖耗煤量指标不应超过节能标准规定的数值。1.建筑的

24、耗热指标与采暖设计热负荷建筑的耗热指标与采暖设计热负荷l建筑物耗热量指标指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消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，其单位是W/m2。它是用来评价建筑物能耗水平的一个重要指标，节能标准给出了不同地区采暖住宅建筑耗热量指标。2.采暖的耗煤量指标采暖的耗煤量指标l采暖耗煤量指标系指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，其单位是kg/m2。它是用来评价建筑物和采暖系统组成的综合体的能耗水平的一个重要指标，不同地区住宅建筑的采暖耗煤量指标也已在节能标准中给出。二、建筑节能的方法及设计步骤二、建筑节能的方法及设计步骤l（一）建筑节能的方法减小供暖热负荷的方法一方面是，最大限度地减少失热，另一方面，最大限度地争取得热。本书主要研究的是前者，方法是改进墙体、门窗、屋面等围护结构，降低其基本耗热量，同时减少冷风渗透耗热量。 1.墙体降耗墙体降耗l发展高效保温节能的墙体是墙体节能的根本途径。外墙按其保温层所在的位置分类，目前主要有：单一保温外墙、外保温外墙、内保温外墙和夹心保温外墙4种类型。2.门窗降耗门