供热工程教材第一课

1、第一篇供暖工程第一章 供暖系统的设计热负荷第一节 供暖系统设计热负荷n供暖系统的热负荷供暖系统的热负荷是指某一室外温度tw下,为了达到要求的室内温度tn，供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。n 供暖系统的设计热负荷供暖系统的设计热负荷，是指在设计室外温度tw下，为达到要求的室内温度tn,系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。它是设计供暖系统的最基本依据。建筑物或房间的得、失热量的确定 v 失热量有：1围护结构传热耗热量Q1；2加热出门、宙缝隙渗人室内的冷空气的耗热显Q2，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Q3，称冷风侵入耗热量

2、，4水分蒸发的耗热量Q4；5加热由外部运入的冷物料和运输丁具的耗热量Q56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Q6；得热量有： 7生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q 7；8非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q8， 9热物料的散热量Q 9；10太阳辐射进入室内的热量Q10此外，还会有通过义它途径散失或获得的热量Q11。供暖系统的设计热负荷v在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分为部分进行计算。 Q=Q1.j+Q1.x+Q2+Q3式中 Q1.j围护结构的基本耗热量; Q1.x围护结构的附加(修正)耗热量。供暖系统的设计热负荷v对具有供暖及通风系统的建筑(如工业厂房和公

3、共建筑等)、供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，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。 这部分内容将在“通风工程”课程中详细阐述。第二节第二节 围护结构的基本耗热量围护结构的基本耗热量 n在工程设计中在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的 。 即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。n实际上实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定第二节第二节 围护结构的基本耗热量围护结构的基本耗热量n对室内温度容许有一定波动幅度的般建筑物来说，采用稳定传热计

4、算可以简化计算方法并能基本满足要求。n但对于室内温度要求严格，温度波动幅度要求很小的建筑物或房间，就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算，详见空气调节工程的书籍。围护结构基本耗热量计算nqKF(tn-tw )a W （1-3）n式中 K: 维护结构的传热系数，Wm2；nF: 围护结构的而积，m2；ntn: 冬季室内计算温度，ntw : 供暖室外计算温度， na: 维护结构的温差修止系数。一、室内计算温度tnv室内计算温度室内计算温度是指距地面2米以内人们活动地区的平均空气温度。v室内空气温度室内空气温度的选定，应满足人们生活和生产工艺的要求。 生产要求的室温,一般由工艺设计人员提出。生活

5、用房间的温度，主要决定于人体的生理热平衡。它和许多因素有关，如与房间的用途、室内的潮湿状况和散热强度、劳动强度以及生活习惯、生活水平等有关。冬季室内温度标准 n许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在1622范围内。n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。采暖通风与空气调节设计规范(GBJl 9-87) 规定 n设计集中供暖时，冬季室内计算温度，应根据建筑物的用途，按下列规定采用： 1民用建筑的主要房间,宜采用1620； 2生产厂房的工作地点 轻作业不应低于15， 中作业不应低于12 ,

6、重作业不应低于10；n 3辅助建筑物及辅助用室的冬季室内计算温度值，见附录11。采暖通风与空气调节设计规范(GBJl 9-87) 规定n对于高度较高的生产厂房，由于对流作用，上部空气温度必然高于工作地区温度，通过上部图护结构的传热量增加。n因此，当层高超过4 m的建筑物或房间，冬季室内计算温度t n，应按下列规定采用：n ()计算地面的耗热量时，应采用工作地点的温度，tg()n (2)计算屋顶和天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度，td()n (3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用室内平均温度tp.j=(tg+td)/2()采暖通风与空气调节设计规范(GBJl 9-87) 规定v屋顶下的空气温度t

7、d受诸多因素影响，难以用理论方法确定。最好是按已有类似厂房进行实测确定；或按经验数值，用温度梯度法确定 即 fdtg+ (H-2) t 式中 H屋顶距地面的高度，m t温度梯度，m。 对于散热量小于23wm2。的生产厂房，当其温度梯度值不能确定时，可用工作地点温度计算围护结构耗热量，但应按后面讲述的高度附加的方法进行修正，增大计算耗热量。 二、供暖室外计算温度twv供暖室外计算温度的确定，对供暖系统设计有很关键性的影响。如采用过低的tw值，使供暖系统的造价增加；如采用值过高，则不能保证供暖效果。 v目前国内外选定供暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种： 是根据围护结构的热惰性原理；另一种是根据

8、不保证天数的原则来确定。我国供暖室外计算温度值得确定原则 n暖通规范采用了不保证天数方法确定北方城市的供暖室外计算温度值。规范规定； “供暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天天的日平均温度”。n对大多数城市来说，是指1951一1980年共30年的气象统计资料里。不得有多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度值n我国北方一些城市的供暖室外计算温度值，详见暖通规范附录。 采用不保证天数方法的原则n人为允许有几天时间可以低于规定的供暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值。n不保证天数根据各国规定而有所不同，有规定l天、3天、5天等。 三、温差修正系数a值 n

9、温差修正系数温差修正系数a值：值：对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔着不供暖房间或空间的场合(如图11)，通过该围护结构的传热量的计算采用了围护结构的温差修正系数。三、温差修正系数a值nq=aK F(tn-tw)= KF(tn-th)Wn式中 F供暖房间所计算的围护结构表面积，m2； (1-6) n K供暖房间所计算的围护结构的传热系数， Wm2 nth 不供暖房间或空间的空气温度， ； na一 围护结构温差修正系数。 ；三、温差修正系数a值v注意事项：维护结构温差修正系数得大小，取决于非供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，不供暖房间

10、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。此外，如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的传热量 。四、围护结构的传热系数K值1匀质多层材料(平壁)的传热系数K值。 2出两种以上材料组成的、两向非匀质围护结构的传热系数值。 3空气间层传热系数K值。 1匀质多层材料(平壁)的传热系数K值n传热系数K值可用下式计算 K=1/R。=1/（1/n+i/i+1/wi/i+1/w） =1/(Rn+Rj+Rw)=1/(Rn+Rj+Rw) 式中 R。一围护结构的传热阻，m：w； n, w围护结构内表面、外表面的换热系数，wm2； Rn，Rw围护结构内表面、外表面的传热阻，m2W；

11、 i一围护结构各层的厚度，m i围护结构各层材料的导热系数，Wm；n Rj一由单层或多层材料组成的围护结构各材料层的热阻，m2W2两向非匀质围护结构的传热系数值n传统的实心砖墙：传热系数值较高；n从节能角度出发，采用各种形式的空心砌块，或填充保温材料的墙体等日益增多。 这种墙体用于由两种以上材料组成的、非匀质围护结构，属于两维传热过程，计算它的传热系数时，通常来用近似计算方法或实验数据。3空气间层传热系数K值n应用场合 严寒地区； 一些高级民用建筑 。3空气间层传热系数K值v常用的形式： 双层玻璃、复合墙体的空气间层等。空气间层传热系数作用原理 间层中的空气导热系数比组成围护结构的其它材料的导

12、热系数小。增加了围护结构传热阻。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，对流换热强度，与间层的厚度、间层设置的方向和形状、以及密封性等因素有关。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，反而易于对流换热，热阻的大小几乎不随厚度增加而变化了。4地面的传热系数 室内地面的传热系数随着离外墙的远近的变化 室内地面的传热系数随着离外墙的远近的变化n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；n而通过远离外墙地面传到室外的路径较长，热阻增大；n

13、在离外墙约8米以远的地面，传热量基本不变。 4地面的传热系数的近似计算方法(1)贴土非保温地面(组成地面的各层材料导热系数都大于1.16Wm) (2)贴土保温地面(组成地面的各层材料中，有导热系数于116wm的保温层) (3)铺设在地垄墙上的保温地面 贴土非保温地面n第一地带靠近墙角的地面面积(图1-4的阴影部分)需要计算两次。n工程计算中，也有采用对整个建筑物或房间地面以平均传热系数进行计算的简易方法，可详见供暖通风设计手册贴土保温地面铺设在地垄墙上的保温地面 n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n R。 =1.1 8 R。 m2w五、围护结构传热面积的丈量n不同围护结构传

14、热面积的丈量方法按图15的规定计算。五、围护结构传热面积的丈量n外墙面积的丈量：v高度从本层地面算到上层的地面(底层除外，见图15所示)。 对平屋顶的建筑物，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； 而对有闷顶的斜屋面，算到闷顶内的保温层表面。v平面尺寸 应按建筑物外廓尺寸计算； 两相邻房间以内墙中线为分界线。五、围护结构传热面积的丈量n 门、窗的面积按外墙外面上的净空尺寸计算。n闷顶和地面的面积，应按建筑物外墙以内的内廓尺寸计算。对平屋顶，顶棚面积按建筑物轮廓尺寸计算。五、围护结构传热面积的丈量n地下室面积的丈量，位于室外地面以下的外墙，其耗热量计算方法与地面的计算相同，但传热地

15、带的划分，应从室外地面相平的墙面算起，以及把地下室外墙在室外地面以下的部分，看作是地下室地面的延伸。第三节第三节 围护结构的附加围护结构的附加(修正修正)耗热量耗热量 n围护结构的基本耗热量围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下，按公式(14)计算得出的。n实际耗热量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。 围护结构的附加围护结构的附加(修正修正)耗热量耗热量n附加(修正)耗热量有：n朝向修正耗热量n风力附加耗热量n高度附加耗热量一、朝向修正耗热量n朝向修正耗热量：朝向修正耗热量：是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基

16、本耗热量的修正。n计算方法：计算方法：需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构(门、窗、外墙及用顶的垂直部分)的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。一、朝向修正耗热量 n暖通规范规定：宜按下列规定的数值， 选用不同朝向的修正率： 北、东北、西北 010； 东南、西南 -10一-15； 东、西 -5% ； 南-15一-30。一、朝向修正耗热量n选用上面朝向修正率时，应考虑当地冬季日照率、建筑物使用和被遮挡等情况。 对于冬季日照率小于35的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用10一0，东、西向可不修正。二、风力附加耗热量n 风力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。n计算

17、方法：计算方法：w在一般情况下，不必考虑风力附加。w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、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围结构附加5一10。三、高度附加耗热量n高度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。n计算方法：计算方法：n暖通规范规定：w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。w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。通过围护结构的总耗热量n建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过围护结构的总耗热量，

18、可用下式综合表示 ： Q1Q1.j + Q1.x (1+xg) KF(tn-tw )a(1+xch+xf) 式中xch朝向修正率，； xf一风力附加率，xf0； xg一席度附加韦、，15%xg0。 其它符号同前。 第四节第四节 围护结构的最小传热阻与经围护结构的最小传热阻与经济传热阻济传热阻 v运用围护结构的最小传热阻与经济传热阻的意义：在供暖期间，围护结构应满足使用要求、卫生要求和经使用要求、卫生要求和经济要求济要求，这就需要利用“围护结构最小传热阻”或“经济传热阻”的概念。v确定围护结构传热阻时，围护结构内表面温度是一个最主要的约束条件。 除浴室等相对湿度很高的房间外围护结构内表面温度值应

19、满足内表面不结露的要求。内表面结露，可导致耗热量增大和使围护结构易于损坏。室内空气温度与围护结构内表面温度的温度差还要满足卫生要求。 当内表面温度过低，人体向外辐射热过多，会产生不舒适感。根据上述要求而确定的外围护结构传热阻，称为最小传热阻。第四节第四节 围护结构的最小传热阻与经围护结构的最小传热阻与经济传热阻济传热阻n室内空气温度与围护结构内表面温度的温度差还要满足卫生要求。 当内表面温度过低，人体向外辐射热过多，会产生不舒适感。根据上述要求而确定的外围护结构传热阻，称为最小传热阻。围护结构的最小传热阻的确定n工程设计中，规定了在不同类型建筑物内，冬季室内计算温度与外围护结构内表面的允许温度

20、差值。 R。min=a(tn-tw.e)/ ty Rn Wm2 式中 R。 min 维护结构的最小传热阻 Wm2 n ty 供暖室内计算温度与围护结构内 n 表面温度的允许温差， tw.e 冬季围护结构室外计算温度 第四节第四节 围护结构的最小传热阻与经围护结构的最小传热阻与经济传热阻济传热阻n冬季围护结构室外计算温度tw.e，按围护结构热惰性指标D值分成四个等级来确定(见表l6)。第四节第四节 围护结构的最小传热阻与经围护结构的最小传热阻与经济传热阻济传热阻n当采用D6的围护结构(所谓重质墙)时，采用供暖室外计算温度tw作为校验围护结构最小传热阻的冬季室外计算温度。当采用D6的中型和轻型围护

21、结构时，为了能保证与重质墙围护结构相当的内表面温度波动幅度，就得采用比供暖室外计算温度更低的温度，作为检验轻型或中型围护结构最小传热阻的冬季空外计算温度，亦即要求更大些的围护给构最小传热阻值。 例题1-1n哈尔滨市住宅建筑，外墙为2砖墙，内抹灰(20m m)。试计算其传热系数值，并与应采用的最小传热阻相对比。 例题1-1n解 ： 1哈尔滨市供暖室外计算温度：=-26。由附录12查出，砖墙的导热系数0.81Wm，内表面抹灰砂浆的导热系数o87Wm。 根据公式(1-8)、表(1-1)和表(1-2)，得R=0.786 m2WK=1/R。=1.27 Wm2例题1-1n通过计算可见，该外墙围护结构的实际

22、传热阻R。小于最小传热阻R。min 值。不满足暖通规范规定，故外墙应加厚到两砖半(620mm)，或采用保温墙体结构型式。 民用建筑节能设计标准 n由于按经济传热阻确定围护结构，需要增加许多基建投资。目前我国尚难立刻实现。n为了节约能源和逐少加强围护结构保温措施，建设部于1986年制订了民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)。标准中规定了不同地区供暖居住建筑围护结构平均传热系数的最大值和一些具体要求，从总体控制供暖的能耗。建筑围护结构平均传热系数的计算nKmKiFiF。 Wm 2 （1-18）式中 Ki 参与传热阻各围护结构的传热系数，Wm 2; Fi 相应的得围护结构面积，m 2； F。 参

23、与传热的各围护结构结构的总和，m 2; Km 建筑物围护结构的平均传热系数，Wm 2 n设计值不得超过该标准的规定。如哈尔滨市，不得超过093Wm 2，北京市不得超过Wm 2 等。第五节第五节 冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量 n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n影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗构造、门窗朝问等。n总的来说，对于多层(六层及六居以下)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。 计算冷风渗透耗热量的常用方法n常用方法有： 缝隙法