供热系统的设计热负荷

1、纲领要求重点：熟练掌握供暖系统负荷计算基本原理、组成、 及各项修正系数物理意义。 了解：围护结构最小热阻与经济热阻意义。难点：得热量和失热量热平衡、围护结构热工性能供热系统的设计热负荷第1页第一节 供暖系统设计热负荷暖通规范要求累年日平均温度稳定低于或 等于5 日数大于或等于90天地域，宜采取集中供暖；1.供暖系统热负荷 指在某一室外温度tw下，为了到达要求室内温 度tn,供暖系统在单位时间内向建筑物供给热量。它伴随建筑物得失热量改变而改变。Q 随tw改变。怎样确定设计依据？供热系统的设计热负荷第2页供暖系统设计热负荷在设计室外温度 tw 下，为了到达要求室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建

2、筑物供给热量Q。影响原因： 室内设计温度tn 、室外设计温度tw 、围护结构 它是设计供暖系统最基本依据。计算目标：设计散热器设计输送管道设计热源 Next:怎样确定设计热负荷（计算原理）？ 供热系统的设计热负荷第3页热负荷确定-Q2-Q3+ Q10-Q4-Q5-Q6-Q1供热系统的设计热负荷第4页3.建筑物或房间得失热量路径： 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耗热量Q5；通风耗热量 Q6；供热系统的设计热负荷第5页 得热量有:工艺设备散热量(生产车间最小负荷班) Q7；非供暖通风系统其它管道和热表面散热量

3、Q8；热物料散热量Q9；太阳辐射得热量Q10；经过其它路径散失或取得热量Q11。供热系统的设计热负荷第6页第一节 供暖系统设计热负荷4. 采暖系统热负荷建立基础保持室内温度下热平衡在任一时刻，在室内温度恒定情况下，房间失热量=房间得热量Q得Q失tR=20Q补充=Q失Q得供热系统的设计热负荷第7页供暖设计热负荷基本公式基本耗热量附加耗热量围护结构基本耗热量围护结构附加耗热量冷风渗透耗热量冷风侵入耗热量供热系统的设计热负荷第8页一、围护结构传热过程1、当前普遍采取方法稳态计算方法 实际过程为非稳态传热过程Q = K F (tn - tw)a供热系统的设计热负荷第9页按稳态传热计算围护结构耗热量原因

4、连续供暖，室外温度波动时，引发内表面温度波动很小靠近稳态室内温度允许有一定波动实践证实此法可行。 （讨论：为何，什么情况下不能够采取稳态计算法）冬季室内外平均温差比室外温度日波动值大因为不稳定传热计算比较复杂供热系统的设计热负荷第10页北京室外气温和室内控制温度比较供热系统的设计热负荷第11页二、围护结构基本耗热量计算 a围护结构温差修正系数 供热系统的设计热负荷第12页注意：不一样材料（K不一样），分开计算；不一样朝向，分开计算，按逆时针或顺时针次序计算；对一侧不与室外气温直接接触围护结构（如楼板、各房间内外隔墙），当内外温差t5时，可不计算其传热耗热量; t5，且经过隔墙和楼板传热量大于该

5、房间热负荷10%时，尚应计算其传热量 。供热系统的设计热负荷第13页1室内计算温度tn指距地面2m以内人们活动地域平均空温度,各处温度不一样，随高度而改变其主要取决于：建筑房间使用功效对舒适性要求与地域、冷热源情况、经济条件和节能要求等原因相关。研究表明：人体着衣适宜，保暖充分且处于平静状态时，室温20较舒适，18时无冷感，15时产生显著冷感。 供热系统的设计热负荷第14页规范要求： 民用建筑主要房间 16-24； 公共建筑和工业建筑值班温度 5; 采取地板辐射供暖时 18-19 值班供暖温度-5 确保室内工艺设备不冻结供热系统的设计热负荷第15页对层高超出4 m房间，地面、天棚、外墙和门窗分

6、别采取不一样室内温度。 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。普通由试验测定或按同类厂房已经有资料确定无资 料时取0.3-1.5/mH屋顶距地面高度 供热系统的设计热负荷第16页2. 供暖室外计算温度tw/确定标准： 1）围护结构热惰性原理。 2）不确保天数法。规范要求:采取历年()平均每年不确保5天日平均温度,普通取整值。新版手册tw/有所提升。 供热系统的设计热负荷第17页3. 温差修正系数a供暖房间tn非供暖房间th室外tw何时进行温差修正？ 怎样修正？ 见

7、附录1-2。实测统计值。大小取决于不供暖房间保温情况、通风情况及周围环境。 供热系统的设计热负荷第18页封闭阳台温差修正系数： 南向0.5 北向0.7 东西向0.6 供热系统的设计热负荷第19页4. 围护结构传热系数k1）匀质多层材料k 2）两种以上材料组成、两向非匀质围护结构k3）空气间层k 4）地面k 供热系统的设计热负荷第20页5. F门、窗外墙净空尺寸 标准：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。 供热系统的设计热负荷第21页地下室面积丈量从与室外地面相平墙面开始划分四个地带供热系统的设计热负荷第22页N

8、otice of K (sup.)手册有常见新型节能建筑围护结构（窗户、外墙、屋顶）传热系数，可直接查取。 资料中外墙传热系数是考虑热桥后平均传热系数，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。 供热系统的设计热负荷第23页第三节 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：围护结构不一样，采取不一样朝向修正率 Q1,j xch。 计算基础 用垂直外围护结构 （门、 窗、外墙及 屋顶 垂直部分） 基本耗 热量乘以 对应朝向修正率。南北东西-15%-30%-5%010%010%01

9、0%-5%-10%-15%-10%-15%供热系统的设计热负荷第24页Notice of xch1） xch是一个范围值。选取时，要考虑当地冬季日照率、太阳辐射强度、建筑物使用和遮阳情况。 2）仅对外围护结构垂直部分进行朝向。 3）日照率35%地域，东南、西南和南向修正率采取-10%0%，东、西向不做修正。 供热系统的设计热负荷第25页二、风力附加耗热量 Qf 考虑室外风速改变影响。计算方法与计算基础：高地、海边、原野，垂直外围护结构基本耗热量附加5%-10%（xf）。 Notice：城市住宅小区普通不存在风力附加，但计算独立式别墅时需加以注意，酌情选择适当风力附加系数。 室外换热系数w，v4

10、 m时，每高出1 m，Qj+ Qch+Qf附加2%，但总附加率xg15%。 计算基础：基本耗热量和其它附加耗热量总和上。注：楼梯间不适用此项附加。 供热系统的设计热负荷第27页考虑朝向、风力、高度修正后围护结构总耗热量： 供热系统的设计热负荷第28页对于公用建筑： 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、窗基本耗热量附加5%。 2）窗墙面积比过大修正 窗墙（不含窗）面积比大于1:1时，外窗基本耗热量附加10%。 供热系统的设计热负荷第29页3）高层建筑外窗风力修正 按单、双层钢窗在不一样高度和室外风速下分别考虑0%-15%和0%

11、-7%K值附加率进行修正，详见手册。 4）间歇附加 仅白天使用，附加20%；不经常使用，附加30%。 对外墙、外窗、外门、地面、顶棚均适用，附加在其它项之上。供热系统的设计热负荷第30页考虑上述修正后围护结构总耗热量： 供热系统的设计热负荷第31页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供热系统的设计热负荷第32页第四节 冷风渗透耗热量产生原因：风压作用和热压作用。影响原因： 建筑内部隔断、门窗结构与朝向、室外风速风向、t等计算方法: 供热系统的设计热负荷第33页一、忽略热压及室外风速沿房高递增，只计入风压作

12、用时V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 )供热系统的设计热负荷第34页说明: 空调建筑室内通常保持正压,因而在普通情况下,不计算门窗缝隙渗透室内冷空气（夏季为热空气）耗热量。供热系统的设计热负荷第35页第四节 冷风渗透耗热量V经门、窗缝隙渗透室内空气量； 供暖室外计算温度下干空气密度； 冷空气定压比热容，=1 kJ/(kg.)。计算公式：供热系统的设计热负荷第36页V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。讲课思绪：先介绍仅考虑风压多层建筑V计算方法，再介绍综合考虑

13、热压和风压、适合用于多层和高层建筑V计算新方法。供热系统的设计热负荷第37页1. 缝隙法 L每米门、窗缝隙渗透空气量，m3/h.m (P20表1-7)l门、窗缝隙计算长度，mn渗透空气量朝向修正系数 (P323 附表1-6 ) 供热系统的设计热负荷第38页Notice of L & ll1）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缝隙；3）当房间有三面外墙时，仅计入风量较大两面缝隙。4）当房间有四面外墙时，则计入迎主导风向1/2外围护结构范围内门窗缝隙。 供热系统的设计热负荷第39页2.换气次数法 nk房间换气次数，次/h (P21表1-8)Vn

14、房间内部体积， m33.百分数法 表1-9：渗透耗热量占围护结构总耗热量Q 1百分数 渗透耗热量Q2=Q1百分数供热系统的设计热负荷第40页二、综合考虑热压风压，且室外风速随高度递增时计算方法（规范要求之方法） 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 烟囱效应渗透空气量=渗出空气量，内外压差为零供热系统的设计热负荷第41页l房间某朝向上可开启门窗缝隙长度 L0理论渗风量 m冷风渗透压差综合修正系数 b外窗、门缝隙渗风指数，钢窗取0.67 供热系统的设计热负荷第42页a1外门窗缝隙渗风系数(由新版手册P312表5.1-10 查取

15、) V0冬季室外最多风向下平均风速 供热系统的设计热负荷第43页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朝向修正系数 Ch外门、窗缝隙所在高度高度修正系数 大城市中小城市及大城市郊区 C 作用于外门、窗缝隙两侧有效热压差与有效风压差 之比 供热系统的设计热负荷第44页(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空气温度 供热系统的设计热负荷第45页第五节 外门冷风侵入耗热量 Q3=Qm,jN 外门布置情况附加率一道门65n%两道门80n%三道门60n%公共建筑和生产厂房主要出入口500n%注：n

16、为外门所在层以上楼层数一道门65n% ；两道门80n%? 公共建筑 500n% 开启时间较长民用建筑外门，N*(1.5-2.0) 建筑物阳台门无须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。 供热系统的设计热负荷第46页思索： 围护结构耗热量计算后，为何要对各楼层进行调整？供热系统的设计热负荷第47页简化处理按楼层调整：目：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。供热系统的设计热负荷第48页第六节 辐射供暖系统热负荷计算 一、分类低温辐射供暖

17、系统（ 60）中温辐射供暖系统（80-200）高温辐射供暖系统（ 200）供热系统的设计热负荷第49页二、辐射供暖特点1）热舒适性好2）节能3）节约建筑面积 供热系统的设计热负荷第50页供热系统的设计热负荷第51页三、辐射供暖热负荷计算1）全方面辐射采暖系统 Way 1: （0.90.95）QWay 2: 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 供热系统的设计热负荷第52页continue2）局部辐射采暖系统 Q= 整个房间全方面辐射供暖热负荷附加系数 采暖区域面积与房间总面积比值0.550.400.25附加系数1.301.351.50局部辐射采

18、暖热负荷附加系数 供热系统的设计热负荷第53页continue2. 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方面采暖：（0.80.9）Q局部采暖：同上供热系统的设计热负荷第54页第七节 户间传热负荷与面积热指标（sup.） 规范要求： 当相邻房间温差大于或等于5时，应计算经过隔墙或楼板传热量。与相邻房间温差小于5，且经过隔墙和楼板传热量大于该房间热负荷10%时，尚应计算其传热量。 户间传热负荷供热系统的设计热负荷第55页户间传热与传热温差修正区分 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 。户间传热用户调整有随意性，邻室间

19、温差不确定、设计负荷取值不确定，热负荷计算碰到困难。供热系统的设计热负荷第56页户间传热计算标准和方法 1）计算全部户间楼板和户间隔墙传热量。 2）户间热负荷计算温差宜取5-8，采取散热器供暖时，按6计算；采取地板辐射供暖时，按8计算 。 3）以各方向户间传热量总和适当百分比N，作为户间总传热负荷Q，并考虑户间各项热传递同时发生率。 4）户间热负荷不宜大于房间供暖设计热负荷50%。 5）户间热负荷与供暖设计热负荷之和，作为户间散热设备计算热负荷，而不计入建筑物总供暖设计热负荷。 供热系统的设计热负荷第57页户间传热量计算公式N户间楼板及隔墙发生传热概率系数 当只有一面可能发生户间传热围护物时，

20、N=0.8； 当有两面可能发生户间传热围护物时，N=0.7； 当有三面可能发生户间传热围护物时，N=0.6； 当有四面可能发生户间传热围护物时，N=0.5。Ki，Fi户间楼板或隔墙传热系数和传热面积t户间热负荷计算温差 供热系统的设计热负荷第58页第八节 围护结构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）而确定外围护结构总传热阻称为最小（低限）传热阻。供热系统的设计热负荷第59

21、页tntw供热系统的设计热负荷第60页要求室内计算温度与外围护结构内表面温度允许温度差 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允许温差(教材P315附录1-5 ) 供热系统的设计热负荷第61页在一个要求年限内，使建筑物建造费用与经营费用之和最小围护结构传热阻。 二、经济传热阻 建造费用含室内、管网、热源三部分。经营费用包含围护结构和供暖系统折旧费、维修费及系统运行费。现实状况：难以立刻实现。供热系统的设计热负荷第62页制订目标：在20世纪80年到81年住宅通用设计能耗基础上，经过建筑设计和供暖设计

22、两方面办法，使建筑供暖耗能节约50%。用于加强建筑保温和预防门窗漏风建筑投资不能超出土建工程造价10%，投资回收期不超出；在供暖系统中采取节能办法而节约吨标煤投资不能超出开发吨标煤投资。供热系统的设计热负荷第63页围护结构应满足要求 1）热阻大于最小传热阻。 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供热系统的设计热负荷第64页围护结构最小传热阻Rmin ？耗热量增大维护结构损坏冷辐射感按D分四等级供热系统的设计热负荷第65页围护结构传热阻Ro?供热系统的设计热负荷第66页第九节 供暖设计热负荷计算例题 北京一民用办公建筑平面图和剖面图，试校核围护结构最小传热阻并

23、计算会议室供暖设计热负荷。供热系统的设计热负荷第67页供暖设计热负荷计算例题 供热系统的设计热负荷第68页已知信息 & 可获信息1. 地点北京tw、tp,min、v3. 土建资料外墙结构、k、D 顶棚做法、k、D 外窗、外门类型(k)、尺寸、l 地面类型2. 房间功效会议室tn、ty供热系统的设计热负荷第69页热负荷计算校核围护结构热阻是否大于最小传热阻必须！P261-13P4071-2P151-1P4091-6供热系统的设计热负荷第70页Q1计算 P23 房间耗热量计算表Q2计算Q3计算Q3=Qm,jN 供热系统的设计热负荷第71页门 窗 缝 隙教材 P22 外窗：单层木框玻璃窗，宽*高=1

24、.5*2.0 m，带上亮(高0.5 m)三扇两开窗。供热系统的设计热负荷第72页教材 P22 外门：单层木门，宽*高=1.5*2.0 m，无上亮双扇门。供热系统的设计热负荷第73页第十节 建筑节能及办法 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、需由室内采暖设备供给热量。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它供热设施供给热量。供热系统的设计热负荷第74页From 民用建筑节能设计标准(JGJ26-95)供热系统的设计热负荷第75页供热系统的设计

25、热负荷第76页面积热指标 (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 建筑类型qn,m建筑类型qn,m住宅4570商店6575节能住宅3045单层住宅80105办公室6080一、二层别墅100125医院、幼稚园6580食堂、餐厅115140旅馆6070影剧院90115图书馆4575大礼堂、体育馆115160qn,m取值供热系统的设计热负荷第77页供热系统的设计热负荷第78页For example 某小区住宅楼设计说明供热系统的设计热负荷第79页供热系统的设计热负荷第80页 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

26、位建筑面积在一个采暖期消耗标准煤量。 3. 采暖耗煤量指标 二、建筑节能方法和设计步骤 校核建筑物体形系数、窗墙面积比是否符合节能标准供热系统的设计热负荷第81页体形系数 建筑物与室外大气接触外表面积与其所包围体积比值宜控制在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。 供热系统的设计热负荷第82页窗墙面积比 朝向窗墙面积比北0.25东、西0.30南0.35不一样朝向窗墙面积比窗户洞口面积与房间立面单元面积比值。 供热系统的设计热负荷第83页本章小结重点： 供暖系统设计热负荷组成与计算方法 围护结构最小热阻与经济热阻思索题：1、围护结构耗热量基本组成及各项修正系数物理意义2、围护结构最小热阻与经济热阻意义。供热系统的设计热负荷第84页5、散热器计算例题 查附录