1.供暖系统的设计热负荷

1、供热工程标准、规范、规程标准、规范、规程u设计、施工验收、设备（产品）、节能uGB 50019-2003采暖通风与空气调节设计规范uGBJ 16-87(2001年版) 建筑设计防火规范uGB 50045-96(2001年版) 高层民用建筑设计防火规范uGB 50067-97 汽车库、修车库、停车场设计防火规范uGB50073-2001 洁净厂房设计规范供热工程标准、规范、规程标准、规范、规程uGB50098-98(2001年版) 人民防空工程设计防火规范 uGB50038-94(2003年版) 人民防空地下室设计规范uGB50028-93 (2003年版) 城镇燃气设计规范uGB50084-2

2、001 自动喷水灭火系统设计规范uGB50015-2003 建筑给水排水设计规范供热工程标准、规范、规程标准、规范、规程uGB50242-2002 建筑给水排水及采暖工程施工验收规范uGB50243-2002 通风与空调工程施工质量验收规范uJGJ132-2001,J85-2001 采暖居住建筑节能检验标准供热工程本节提纲本节提纲I.稳态和非稳态传热II.稳态传热过程及计算公式III.采暖系统的设计步骤IV.采暖系统的设计热负荷u房间得热量/失热量分析（设计热负荷）u热负荷计算步骤u计算例题V.高层建筑采暖热负荷的特点VI.暖通设计软件供热工程I.稳态和非稳态传热稳态和非稳态传热u根据热力学第

3、二定律，自发过程是热量从高温物体传向低温物体u根据热力学第一定律，高温物体失去的热量等于低温物体得到的热量u根据热力学第零定律，二者在温度相等时，达到热平衡。传热终止。u采暖房间的传热过程室内室外供热工程特点特点u稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程；u特点：1.各点的温度仅随位置变化，不随时间而变；2.各点的热流量恒定3.连续传热（连续采暖或空调的房间）过程可近似为稳态传热。u非稳态传热：传热系统中各点的温度随位置、时间的变化而变化的传热过程。u特点：1.各点的温度随位置、时间而变化。2.传热量为变量。3.间歇传热（例如，间歇采暖或空调的房间）过程属于非稳态传热。供热

4、工程a.间歇采暖房间的传热特点间歇采暖房间的传热特点1.室内状况p室内空气温度仅在采暖/停暖时段保持稳定。p围护结构表面热状况随室内用具、采暖空调设备的形式和运行方式等变化。2.室外状况p室外空气温度、太阳辐射时间和强度，风速、风向等都随季节、时间而变化。u围护结构的传热过程是复杂的不稳定传热。供热工程b.连续采暖房间的传热特点连续采暖房间的传热特点1.室内状况p室内空气温度保持恒定2.室外状况p呈周期性变化，是随机的、不规则变化u围护结构的传热过程是复杂的不稳定传热。 供热工程稳态和非稳态传热的特点稳态和非稳态传热的特点n稳态（稳定）传热n非稳态（非稳定）传热n非稳态传热量的确定非常复杂，n

5、工程中，一般希望对某些传热过程的分析将其简化为稳态传热进行计算。n连续采暖房间的冬季传热分析。供热工程对连续采暖房间的传热分析对连续采暖房间的传热分析u近似将室外空气温度非简谐波动用傅立叶展开式表示，进行数学分析。 为一个周期内室外空气（综合温度的平均值）的日平均温度。 为室外温度的波动值u结果表明：在周期性外扰作用下，室内通过围护结构的失热量包括两个部分：1.稳态传热量（由于室内温度与室外日平均温度之间的传热温差引起的）2.温度波动引起的附加传热量（与温度波的振幅有关）)()sin()(10zznnnnzttAAtzt)(zt)()()()(irrzirrztKttKFtFttKFHG供热工

6、程北京室外气温和室内北京室外气温和室内设计设计温度温度的的比较比较空调日平均温度采暖日平均温度供热工程连续采暖房间可按稳态传热计算连续采暖房间可按稳态传热计算u稳态传热量远大于温度波动引起的附加传热量。u仅计算稳态部分的传热量。u按稳定传热计算房间的传热量。u确定室外计算温度的统计基础，可以用日平均温度为依据，选取合适的日平均温度值作为计算温度。u稳态传热：室内外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化)(wnttKFQ供热工程实验验证实验验证稳定传热部分的温差为27 ，而冬季室外空气温度振幅约为56 。若采用370mm厚的砖墙，其波幅衰减约33倍，即内表面温度波动不足0.2 。因此，围护结构

7、的冬季传热量按稳定传热计算其精度可满足要求。n结论:冬季室内外的平均温度之差，比室外温度的日波动值要大；在连续采暖的建筑内，传热接近于稳定状态。供热工程u采暖房间（不稳态过程）室外温度是在不断变化，类似正弦波室内的散热量也是在不断变化的u连续采暖房间u简化计算（稳态过程）稳态传热公式需要确定采暖室内、外计算温度，以反映实际情况，规范规定小结小结attKFQwn)(供热工程夏季空调负荷：按非稳态传热计算夏季空调负荷：按非稳态传热计算u夏季室内外温差与室外温度的日波动值相比，两者不相上下。u所以，在决定室内热环境方面，围护结构热阻的相对重要性减小了，而蓄热量的相对重要性要比冬季大。非稳态传热计算十

8、分复杂，一般采用简化计算方法：冷负荷系数法u稳态传热：热阻u不稳态传热：热惰性供热工程热惰性指标热惰性指标u热阻只能代表围护结构抵抗导热的能力，它只能作为稳定传热时，建筑围护结构的评价指标。u对于实际建筑围护结构来说，经常处于不稳定传热状况，此时，一般多采用围护结构材料层的热阻R与材料的蓄热系数S的乘积作为评价围护结构热工性能的指标。此评价指标称为围护结构的热惰性指标。 SRlTcalD2供热工程热惰性指标热惰性指标1.热阻表达材料层抵抗热流波的能力2.蓄热系数表达材料层抵抗温度波的能力 3.热惰性指标则表达了围护结构抵抗热流波和温度波在材料层中传播的指标。热惰性指标越大，说明外来的热波穿透围

9、护结构需要的时间越长，波动幅度被减弱的程度也越大，板壁热惰性越好。 供热工程冬季夏季房间负荷对比冬季夏季房间负荷对比室外tw室内tn温差t冬季-122032夏季 33.2258.2u北京地区某建筑：p冬季空调室外计算温度为-12，室内设计温度为20；稳态传热温差32。p夏季空调室外计算温度为33.2，室内设计温度为25；稳态传热温差7.2。u为什么同一房间的冷负荷比热负荷大得多？)(wnttKFQ供热工程平衡态和稳态传热平衡态和稳态传热u平衡态是指在没有外界影响（重力场除外）的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。p充要条件：系统内部及系统与外界之间不存在各种不平衡势差（力差、温差、化学势

10、差）。u在稳态导热中，系统的状态参数不随时间改变，但此时在外界的作用下，系统有内、外势差的存在。u平衡必稳定，反之，稳定未必平衡。供热工程II.稳态传热过程及计算公式稳态传热过程及计算公式u三种基本传热方式：导热、对流、辐射室内室外室内室外供热工程供热工程平壁导热的计算公式平壁导热的计算公式u1822年，法国数学家年，法国数学家 Fourier ： u 为壁厚； 平壁两侧的温度差，F为传热面积。 （欧姆定律）12()wwQttFt F ttQR温度差 t热流热阻UIR电位差电流电阻FR导热热阻供热工程导热系数导热系数金属的导热系数2.2420W/(m)不导电固体的导热系数，如建筑材料和隔热保温

11、材料的导热系数在0.0250.3W/(m)之间，导热系数随温度升高而增大。液体的导热系数0.070.7W/(m)气体的导热系数0.0060.06W/(m)水份渗入对建筑围护结构的导热系数影响较大。如干砖的导热系数0.35 W/(m) ，水的导热系数0.36W/(m) ，湿砖的导热系数为1.0 W/(m) 。 因此，需要采取防潮措施。供热工程对流换热的计算公式对流换热的计算公式u1701年牛顿提出对流换热过程的基本计算式u当壁面与外界既有对流换热，又有辐射换热时，为了便于分析，一般都把辐射换热折算成对流换热量，相应地加大换热系数来考虑辐射的因素，叫总换热系数。u 换热系数，W/(m2)； 固体壁

12、面的温度，； 流体温度，；F 为换热面积FttQfw)(wtft1/()wfttQF1/()RF供热工程单层平壁的单层平壁的稳态传热稳态传热过程过程室内侧室外侧1.一维传热，壁面长和宽远大于其厚度2.传热处于稳定状态3.传热情况不随时间变化4.各点温度及传热量不随时间改变供热工程传热过程及计算公式传热过程及计算公式1.热量由热流体传给墙壁左侧 2.热量以导热方式通过墙壁 3.热量由墙壁右侧传给冷流体 FttQfw)(222FttQwf)(111FttQww)(211111fwttQF12wwttQF2221wfttQF供热工程u对于稳态导热，以上三式的热量Q是相等的 u改写u整理FQttwf1

13、11FQttww21FQttfw222FttKFttQffff)()(111212121供热工程传热系数传热系数Ku单位面积传热量u传热系数 u单位面积传热热阻作业：试推导均质多层平壁传热系数公式？)(21ffttKq21111K12111RK12111iiK供热工程均质多层材料的电模拟图均质多层材料的电模拟图0nwtttRR供热工程工程中的传热问题工程中的传热问题u增强传热： 如锅炉、换热设备、电子产品等 q提高换热设备的换热能力q在满足传热量的前提下，使设备尺寸尽量缩小u削弱传热：如围护结构保温隔热措施等 q减少热损失怎样才能有效提高散热器的传热系数？供热工程STS-110 Atlanti

14、s launch on April 8th 20021988年，检查“亚特兰蒂斯”号隔热瓦供热工程u航天飞机的表面覆盖有2万块隔热瓦和2300块隔热衬垫。u隔热瓦的技术要求相当高，每块隔热瓦造价达2000美元。u隔热瓦可以保护航天飞机返航时经受121-1648的高温u为保证航天飞机的安全，隔热瓦必须定期进行维护和更换供热工程航空航天航空航天u1986年，挑战者号航天飞机失事u2003年，哥伦比亚号航天飞机失事供热工程III.采暖系统的设计步骤采暖系统的设计步骤1.确定热源（热电厂、区域锅炉房）2.确定热媒的性质、温度、压力、资用压差、运行制度、季节性参数变化或供热起止期等3.用户引入口民用热力

15、站（换热器，孔板流量计、压力表、阀门）4.计算建筑物热负荷5.确定系统型式（垂直、水平式；单、双管） 、散热器类型、各房间的散热器数量及布置6.采暖系统水力计算供热工程采暖设计的五个公式采暖设计的五个公式tmcQhgP)(wnttKFQ22vdlPy22vPj围护结构的传热耗热量冷风渗透、冷风侵入耗热量自然循环作用压力沿程阻力局部阻力供热工程IV. 采暖系统的设计热负荷采暖系统的设计热负荷u房间的失热量/得热量分析u设计热负荷u设计热负荷的计算步骤u建筑热负荷的估算u计算例题供热工程房间得热量房间得热量/失热量分析失热量分析u房间的失热量u房间的得热量u设计热负荷是指在某一设计室外温度tw下，

16、为达到要求的室内温度tn，采暖设备(如散热器)在单位时间内供给房间的热量SHDQQQSHQDQ供热工程分析分析u设计热负荷是计算值，实际热负荷反映了房间的实际情况p设计热负荷实际热负荷p设计热负荷=实际热负荷p设计热负荷37.60.132自上向下传热的楼板5.80.172（外）表面特征wRwW/()/W外墙和屋顶外表面23.30.043楼板或顶棚： 自下向上的传热11.60.083 自上向下的传热5.80.172注：表中h肋高，s肋间净距，m供热工程1.2 附加（修正）耗热量附加（修正）耗热量Qxu围护结构的基本耗热量是在稳定状态下计算得出的。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

17、响而有所增减。朝向耗热量：考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。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。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。)1 ( )()1 (1fchwngxjxxttaKFxQQQ供热工程附加方法附加方法-5% 西-5% 东0%10%北南-15%-30%0%10%0%10%-10%-15%-10%-15%朝向附加风力附加：当建筑物位于不避风的高地、河边、湖滨、旷野，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，垂直的外围护结构附加5%10%。高度附加率：附加在基本耗热量和其他附加耗热量之和的基础上。每高出1m附加

18、2%，但总的附加率不超过15%供热工程2. 冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量)(278. 02wnwttcVQ2QtmcQ2c空气的比热，kJ/(kg)V经门窗渗入的冷空气的流量，m3/h0.278换算系数，1kJ/h=0.278WW供热工程2.1 缝隙法缝隙法uVl每米门窗缝隙每小时渗入室内的空气量， m3/(mh)。VL可根据门窗种类和室外平均风速查表确定ul缝隙长度，mun渗透空气量的朝向修正系数，查表m3/hlVV l 主导风向法（旧） 各种风向法（新）lVV l n 供热工程缝隙长度的确定缝隙长度的确定主导风向法：根据建筑物所在地区确定迎风面，进而确定相应的门窗长度各种风向法：建筑物门窗

19、缝隙的长度分别按各朝向可开启的外门、窗缝隙丈量。当房间仅有一面或相邻两面外墙时，全部计入其门、窗可开启部分的缝隙长度； 当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大的一面外墙的缝隙；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，计入较多风向的1/2外墙范围内的外门、外窗缝隙供热工程风速风向仪风速风向仪供热工程风玫瑰图（风玫瑰图（wind rose） u直观地反映一个地区的风速和风向。u风向和风速是描述风的两个要素。u陆地风向常用16方位表示u根据测定和统计获得当地的年、季、月的风速平均值、最大值；风向频率。供热工程风向频率分布图风向频率分布图1.统计同一个月各方位风向出现的次数

20、2.计算各方位出现次数占总次数的百分数(即频率) 3.按一定比例在各方位射线上点出4.将各点连接起来盛行东南风供热工程风速频率分布图风速频率分布图1.统计某风速的出现的次数2.计算频率 3.按一定比例在各方位射线上点出4.用符号将不同速度区别开5.将各点连接起来供热工程风玫瑰图的类型风玫瑰图的类型u对我国各地一、七月和年风向玫瑰图，按相似形状进行分类，可分为：1.季节变化2.主导风向3.双主导风向4.无主导风向5.准静止风(风速小于1.5m/s)供热工程2.2 换气次数法换气次数法民用建筑概算法民用建筑概算法小时次/VLn nkVnVVn为房间体积，m3供热工程2.3 百分数法百分数法工业建筑

21、概算法工业建筑概算法 采用占建筑物围护结构总耗热量的百分数的方法来确定 根据建筑物的高度及窗户的性质按表选用供热工程门窗产品的主要标准门窗产品的主要标准u建筑门窗产品标准和物理性能、保温性能、隔声性能分级标准及其检测方法标准包括：uGB/T 7106-2002建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法uGB/T 7107-2002建筑外窗气密性能分级及其检测方法uGB/T 7108-2002建筑外窗水密性能分级及其检测方法uGB/T 8484-2002建筑外窗保温性能分级及其检测方法uGB/T 8485-2002建筑空气隔声性能分级及其检测方法供热工程窗户的气密性分级窗户的气密性分级u根据国家标准，窗

22、户的气密性分为5级。u各级的空气渗透性能按每米缝长每小时的最大漏气量Q0 m3 / (mh)划分。u指标： 级：0.5，级：1.5， 级：2.5， 级：4.0， 级：6.0 u动风压检测依据中华人民共和国国家标准建筑外窗气密性能分级及检测方法GB / T 71072002；u中华人民共和国行业标准PVC塑料窗JG 3018。供热工程3. 冷风侵入耗热量冷风侵入耗热量u采用外门的基本耗热量乘以百分数计算3Q)(278. 0wnwnttcVQW供热工程适用条件适用条件 适用于短时间开启的，无热风幕的外门 阳台门不考虑冷风侵入耗热量 开启时间长，按工业通风等原理计算 开启时间长，应设置门斗、前室、厚

23、实的门帘、空气幕供热工程设计热负荷设计热负荷321QQQQ供热工程计算例题计算例题u计算围护结构的传热耗热量u计算冷风渗透耗热量u计算冷风侵入耗热量u设计热负荷1Q2Q3Q321QQQQ供热工程房间编号房间名称围护结构传热系数室内计算温度室温计算温度室内外计算温差温差修正系数基本耗热量耗热量修正围护结构的耗热量朝向风力修正后的耗热量高度名称及方向面积计算面积KtntwaQj123Q1m2 WWW101会议室北外窗18-927北外墙南外窗南外门南外墙顶棚地面供热工程建筑采暖热负荷的估算建筑采暖热负荷的估算u建筑热负荷的估算一般采用热指标法。1.单位面积热指标法 W/m2是实际设计中经常采用的指标

24、。F为总建筑面积，m22.单位体积热指标法：室内、外温差为1 W/m3 宜用于初步设计或规划，不宜用于施工设计V为建筑物的外围体积，m3FqQf)(wnttqVQ供热工程1.单位面积热指标（单位面积热指标（W/m2）建筑物名称热指标建筑物名称热指标住宅4770商店6487办公楼5881单层住宅81105医院6481食堂116140旅馆5870影剧院93116图书馆4776体育馆116163单位(总)建筑面积热指标供热工程2.单位体积热指标单位体积热指标W/m3名称体积V(103m3)热指标(W/m3)名称体积V(103m3)热指标(W/m3)金工装配车间10500.520.47油漆车间50以下

25、0.640.58501000.470.4450100 0.580.52焊接车间501000.440.41工具机修车间10500.50.441001500.410.3550100 0.440.41中央实验室5以下0.810.70生活间及办公室0.511.160.765100.700.58120.930.52体积热指标：V为建筑物的外围体积，m3供热工程V.V.高层建筑采暖热负荷高层建筑采暖热负荷1.围护结构高层部分的传热系数增大2.冷风渗透耗热量增加多层建筑冷风渗透耗热量只考虑了风压，而忽略热压的作用高层建筑由于建筑物高度的增加，高层部分风压增大，增加了冷风渗透；同时，热压作用不容忽视，增大了高

26、层建筑下层部分冷风渗透冷风渗透耗热量受到风压和热压的综合作用根据综合作用压力便可确定冷风渗透量，进而，求出冷风渗透耗热量。wniiinK1111供热工程高层建筑的定义高层建筑的定义u高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)从消防角度出发：住宅建筑：楼层10层的建筑为高层建筑；楼层9层的建筑为多层建筑其他建筑(公共建筑)：高度24m的建筑为高层建筑，高度24m的建筑为多层建筑。高层工业建筑指高度大于24m的两层及两层以上的厂房、库房。供热工程大气边界层内风速分布大气边界层内风速分布供热工程1.传热系数增大传热系数增大u高层建筑外表面换热系数增大外表面对流、辐射换热系数增大mhhhvv00

27、V0：基准高度h0下的计算风速，即采暖设计冬季室外风速，m/s。测量高度一般为h010m。Vh：计算高度h下的室外风速，m/s。m：指数，主要与垂直温度梯度和地面粗糙度有关。空旷及沿海地区m=1/6，城郊区m=1/41/5，建筑群多的市区m=1/3；一般可取0.2。供热工程u风速风向测量高度10mu干球温度测量高度1.5m供热工程热压作用热压作用u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。u理论热压Pr计算公式：ghhPnwzr)(hz：中和面标高，m；h：计算高度ghhcPcPnwzrrrr)(cr：热压差系数，0.20.5供热工程风压作用风