供暖系统的设计热负荷

本章的主要内容：供暖系统的设计热负荷；围护结构的基本耗热量和附加耗热量的计算；室内计算温度和室外设计温度的确定；围护结构的最小传热阻与经济传热阻的保证。本章的难点和重点：围护结构的基本耗热量和附加耗热量的计算围护结构的最小传热阻的计算和保证。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

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。

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

失热量有：1．围护结构传热耗热量Q1；2．加热出门、窗缝隙渗人室内的冷空气的耗热量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，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工具的耗热量Q5；6．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Q7；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Q9；10．太阳辐射进入室内的热量Q10；此外，还会有通过其它途径散失或获得的热量Q11。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：

“′”的上标符号均表示在设计工况下的各种参数。

在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可分几部分进行计算。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。

围护结构的基本耗热量——是指在设计条件下，通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、屋顶、地板等）从室内传到室外的稳定传热量的总和。围护结构的附加(修正)耗热量——是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。附加(修正)耗热量包括风力附加、高度附加和朝向附加等耗热量。

Q'=Q1.j'+Q1.x'+Q2'+Q3‘式中前两项表示通过围护结构的计算耗热量，后两项表示室内通风换气所耗的热量。

对具有供暖及通风系统的建筑(如工业厂房和公共建筑等)、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。第二节围护结构的基本耗热量

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。

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，这是一个不稳定传热过程。第二节围护结构的基本耗热量对室内温度容许有一定波动幅度的—般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。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q'＝KF(tn-tw')aW（1-3）式中K:围护结构的传热系数，W／m2℃；F:围护结构的而积，m2；tn:冬季室内计算温度，℃tw':供暖室外计算温度，℃a:围护结构的温差修止系数。

一、、室室内内计计算算温温度度tn室内内计计算算温温度度是指指距距地地面面2米以以内内人人们们活活动动地地区区的的平平均均空空气气温温度度。。·室内内空空气气温温度度的的选选定，，应应满满足足人人们们生生活活和和生生产产工工艺艺的的要要求求。。生产产要要求求的的室室温温,一一般般由由工工艺艺设设计计人人员员提提出出。。生活活用用房房间间的的温温度度，，主主要要决决定定于于人人体体的的生生理理热热平平衡衡。。它它和和许许多多因因素素有有关关，，如如与与房房间间的的用用途途、、室室内内的的潮潮湿湿状状况况和和散散热热强强度度、、劳劳动动强强度度以以及及生生活活习习惯惯、、生生活活水水平平等等有有关关。。冬季季室室内内温温度度标标准准许多多国国家家所所规规定定的的冬冬季季室室内内温温度度标标准准，，大大致致在在16——22℃℃范围围内内。。根据据国国内内有有关关卫卫生生部部门门的的研研究究结结果果认认为为：：当当人人体体衣衣着着适适宜宜，，保保暖暖量量充充分分且且处处于于安安静静状状况况时时，，室室内内温温度度20℃℃比比较较舒舒适适。。18℃℃无无冷冷感感，，15℃℃是是产产生生明明显显冷冷感感的的温温度度界界限限。。《采采暖暖通通风风与与空空气气调调节节设设计计规规范范》》(GBJl9-87)规定定设计计集集中中供供暖暖时时，，冬冬季季室室内内计计算算温温度度，，应应根根据据建建筑筑物物的的用用途途，，按按下下列列规规定定采采用用：：1．．民用用建建筑筑的的主主要要房房间间,宜宜采采用用16℃℃~20℃℃；；2．生产厂房房的工作作地点轻作业（（能量消消耗在140W的工种种，如仪仪表、机机械加工工、印刷刷、针织织等）不不应低于于15℃℃，中作业（（能量消消耗在140~220W的工工种，如如木工、、钣金工工、焊接接等）不不应低于于12℃℃,重作业（（能量消消耗在220~290W的工工种，如如人力运运输、大大型包装装等）不不应低于于10℃℃；3．辅助建筑筑物及辅辅助用室室的冬季室室内计算算温度值值，见附附录1——1。《采暖通通风与空空气调节节设计规规范》(GBJl9-87)规定对于高度度较高的的生产厂厂房，由由于对流流作用，，上部空空气温度度必然高高于工作作地区温温度，通通过上部部围护结结构的传传热量增增加。因因此，当当层高超超过4m的建筑物物或房间间，冬季季室内计计算温度度tn，应按下下列规定定采用：：(1)计计算地面面的耗热热量时，，应采用用工作地点点的温度度，tg(℃)(2)计计算屋顶顶和天窗窗耗热量量时，应应采用屋顶下的的温度，，td(℃)(3)计计算门、、窗和墙墙的耗热热量时，，应采用用室内平均均温度tp.j=(tg+td)/2(℃)《采暖通通风与空空气调节节设计规规范》(GBJl9-87)规定屋顶下的的空气温温度td受诸多因因素影响响，难以以用理论论方法确确定。最最好是按按已有类类似厂房房进行实实测确定定；或按按经验数数值，用用温度梯梯度法确确定即td＝tg+(H-2)△t℃式中H—屋屋顶距地地面的高高度，m△t—温度度梯度，，℃／m。对于散热热量小于于23w／m2的生产厂厂房，当当其温度度梯度值值不能确确定时，，可用工工作地点点温度计计算围护护结构耗耗热量，，但应按按后面讲讲述的高高度附加加的方法法进行修修正，增增大计算算耗热量量。二、供暖暖室外计计算温度度tw'供暖室外外计算温温度的确确定，对对供暖系系统设计计有很关关键性的的影响。。如采用过低的tw’值，使供供暖系统统的造价增加加；如采用用值过高高，则不不能保证证供暖效效果。目前国内内外选定定供暖室室外计算算温度的的方法，，可以归归纳为两两种：—是根据据围护结结构的热惰性原理；另一种是是根据不保证天天数的原则来来确定。。我国供暖暖室外计计算温度度值的确定定原则《暖通规规范》采采用了不保证天天数方法法确定北方方城市的的供暖室室外计算算温度值值。规范范规定；；“供暖暖室外计计算温度度，应采采用历年平均均不保证证5天的日平均均温度””。对大多数数城市来来说，是是指1951一一1980年共共30年年的气象象统计资资料里。。不得有有多于150天天的实际际日平均均温度低低于所选选定的室室外计算算温度值值。我国北方方一些城城市的供供暖室外外计算温温度值，，详见《《暖通规规范》附附录。采用不保证天天数方法的原原则人为允许许有几天天时间可可以低于于规定的的供暖室室外计算算温度值值，亦即即容许这这几天室室内温度度可能稍稍低于室室内计算算温度值值。不保证天天数根据据各国规规定而有所不不同，有有规定l天、3天、5天等。三、温差差修正系系数a值温差修正正系数a值：对对供暖房房间围护护结构外外侧不是是与室外外空气直直接接触触，而中中间隔着着不供暖暖房间或或空间的的场合(如图1—1)，通过该该围护结结构的传传热量的的计算采采用了围护护结构的的温差修修正系数数。三、温差差修正系系数a值P321附录录1-2注意事项项：围护结构构温差修修正系数数的大小小，取决决于非供供暖房间间或空间间的保温温性能和和透气状状况。对于保温温性能差差和易于于室外空空气流通通的情况况，不供供暖房间间或空间间的空气气温度更更接近于于室外空空气温度度，则a值更接接近于1。此外，如如两个相相邻房间间的温差差大于或或等于5℃时，应应计算通通过隔墙墙或楼板板的传热热量。四、围护护结构的的传热系系数K值值1．匀质多多层材料料(平壁)的传热系系数K值。2．由两种种以上材材料组成成的、两两向非匀匀质围护护结构的的传热系系数值。。3．空气间间层传热热系数K值。1．匀质多多层材料料(平壁)的传热系系数K值传热系数数K值可可用下式式计算K=1/R。=1/（（1/αn+∑δi/λi+1/ααw）=1/(Rn+Rj+Rw)式中R。一一围护结结构的传传热阻，，m2℃／W；；αn,αw—围护结结构内表表面、外外表面的换热热系数；；Rn，Rw—围护结结构内、、外表面面的传热热阻，m2℃／W；；δi一围护结结构各层层的厚度度，mλi—围护结结构各层层材料的的导热系系数，W／m℃℃；Rj——由单单层或多多层材料料组成的的围护结结构各材材料层的的热阻。。见P12表1-1、、1-2、P322附附录1-3、1-42．两向非非匀质围围护结构构的传热热系数值值传统的实实心砖墙墙：传热热系数值值较高；；从节能角角度出发发，采用用各种形形式的空空心砌块块，或填填充保温温材料的的墙体等等日益增增多。这种墙体体用于由由两种以以上材料料组成的的、非匀匀质围护护结构，，属于两维传热热过程，计算它它的传热热系数时时，通常常来用近近似计算算方法或或实验数数据。下面介绍绍中国建建筑科学学研究院院物理所所推荐的的方法3．空气间间层传热热系数K值应用场合合严寒地区区；一些高级级民用建建筑。常用的形形式双层玻璃璃、复合合墙体的的空气间间层等。。空气间层层传热系系数作用用原理间层中的的空气导导热系数数比组成成围护结结构的其其它材料料的导热热系数小小，增加了围围护结构构传热阻阻。空气间层层传热同同样是辐辐射与对对流换热热的综合合过程。。在间层层壁面涂涂覆辐射射系数小小的反射射材料，，如铝箔箔等，可可以有效效地增大大空气间间层的换换热阻，，对流换热热强度，，与间层层的厚度度、间层层设置的的方向和和形状、、以及密密封性等等因素有有关。当厚度度相同时时．热流流朝下的的空气间间层热阻阻最大，，竖壁次次之，而而热流朝朝上的空空气间层层热阻最最小。同时，在在达到一一定厚度度后，反反而易于于对流换换热，热热阻的大大小几乎乎不随厚厚度增加加而变化化了。室内地面面的传热热系数随着离外外墙的远远近的变变化在冬季，，室内热热量通过过靠近外外墙地面面传到室室外的路路程较短短，热阻阻较小；而通过远远离外墙墙地面传传到室外外的路径径较长，，热阻增增大；在离外墙墙约8米以远的的地面，，传热量量基本不不变。所以，工工程上一一般采用用近似方方法计算算。4．地面的的传热系系数地面的传传热系数数的近似计计算方法法(1)贴土非保保温地面面(组成地面面的各层层材料导导热系数数都大于于1.16W／m．℃)见表表1-5；(2)贴贴土保温温地面(组成地地面的各各层材料料中，有有导热系系数小于于1．16w／／m．℃℃的保温层)，其其热阻等等于非保温地地面的换换热阻加加保温层层的热阻阻；(3)铺设在地地垄墙上上的保温温地面贴土非保保温地面面第一地带带靠近墙墙角的地地面面积积(图1-4的的阴影部部分)需需要计算算两次。。工程计算算中，也也有采用用对整个个建筑物物或房间间地面以以平均传传热系数数进行计计算的简简易方法法，可详详见《供供暖通风风设计手手册》五、围护护结构传传热面积积的丈量量不同围护护结构传传热面积积的丈量量方法按按图1——5的规规定计算算。外墙面积积的丈量量：高度从从本层地地面算到到上层的的地面(底层除除外，见见图1——5所示示)。对平屋顶顶的建筑筑物，最最顶层的的丈量是是从最顶顶层的地地面到平平屋顶的的外表面面的高度度；而对有闷闷顶的斜斜屋面，，算到闷闷顶内的的保温层层表面。。平面尺寸寸应按建筑筑物外廓廓尺寸计计算；两相邻房房间以内内墙中线线为分界界线。门、窗的的面积按外墙外外面上的的净空尺尺寸计算算。闷顶和地地面的面面积，应按建建筑物外墙以内内的内廓廓尺寸计算。对对平屋顶顶，顶棚棚面积按按建筑物物轮廓尺尺寸计算算。地下室面面积的丈丈量，位于室室外地面面以下的的外墙，，其耗热热量计算算方法与与地面的的计算相相同，但但传热地地带的划划分，应应从室外外地面相相平的墙墙面算起起，以及及把地下下室外墙墙在室外外地面以以下的部部分，看看作是地地下室地地面的延延伸。五、围护护结构传传热面积积的丈量量第三节围护结构构的附加加(修正)耗热量围护结构构的基本本耗热量量，是在在稳定条条件下，，按公式式(1——4)计计算得出出的。实际耗热热量会受到气气象条件件以及建建筑物情情况等各各种因素素影响而而有所增增减。由由于这些些因素影影响，需需要对围围护结构构基本能能热量进进行修正正。围护结构构的附加耗热热量有：朝向向修正耗耗热量、、风力附附加耗热热量、高高度附加加耗热量量一、朝向向修正耗耗热量朝向修正正耗热量量：是考虑虑建筑物物受太阳阳照射影影响而对对围护结结构基本本耗热量量的修正正。计算方法法：需要修正正的耗热热量等于于垂直的外外围护结结构(门、窗窗、外墙墙及用顶顶的垂直直部分)的基本本耗热量量乘以相相应的朝朝向修正正率。《暖通规规范》规规定：宜宜按下列列规定的的数值选选用不同同朝向的的修正率率：北、东北北、西北北0—10％；东南、西西南-10％一一-15％；东、西西-5%；南-15％％一-30％。。选用上上面朝朝向修修正率率时，，应考考虑当当地冬冬季日日照率率、建建筑物物使用用和被被遮挡挡等情情况。。对于冬冬季日日照率率小于于35％的的地区区，东东南、、西南南和南南向修修正率率，宜宜采用用—10％％一0％，，东、、西向向可不不修正正。二、风风力附附加耗耗热量量风力附附加耗耗热量量是考考虑室室外风风速变变化而而对围围护结结构基基本耗耗热量量的修修正。。计算算基本本耗热热量时时，外外表面面换热热系数数是对对应风风速为为4米米每秒秒的计计算值值。计算方方法：：在一般般情况况下，，不必必考虑虑风力力附加加。只对建建在不不避风风的高高地、、河边边、海海岸、、旷野野上上的建建筑物物，以以及城城镇、、厂区区内特特别突突出的的建筑筑物，，才考考虑垂直外外围结结构附加5％一一10％。。三、高高度附附加耗耗热量量高度附附加耗耗热量量是考考虑房房屋高高度对对围护护结构构耗热热量的的影响响而附附加的的耗热热量。。计算方方法：：《暖通通规范范》规规定：：民用建建筑筑筑和工工业辅辅助建建筑物物(楼楼梯间间除外外)的的高度度附加加率，，当房房间高高度大于4m时，高出1m应应附加加2％％，但但总的的附加加率不不应大大于15％％。应注意意；高高度附附加率率，应附加加于房房间各各围护护结构构基本本耗热热量和和其它它附加加(修修正)耗热热量的的总和和上。通过围围护结结构的的总耗耗热量量建筑物物或房房间在在室外外供暖暖计算算温度度下，，通过过围护护结构构的总总耗热热量，，可用用下式式综合合表示示：：Q1´´＝Q1.j´´+Q1.x´´＝(1+xg)∑KF(tn-tw´´)a(1+xch+xf)式中xch—朝朝向修修正率率，％％；xf一一风力力附加加率，，％，，xf≥0；xg一一高度度附加加率，，％，，15%≥xg≥0。。其它符符号同同前。。第四节节围围护结结构的的最小小传热热阻与与经济济传热热阻运用最最小传传热阻阻与经经济传传热阻阻的意意义：：在供暖暖期间间，围围护结结构应应满足足使用用要求求、卫卫生要要求和和经济济要求求，这这就需需要利利用““围护护结构构最小小传热热阻””或““经济济传热热阻””的概概念。。确定围围护结结构传传热阻阻时，，围护结结构内内表面面温度度是一一个最最主要要的约约束条条件。除浴室室等相相对湿湿度很很高的的房间间外，，围护护结构构内表表面温温度值值应满满足内表面面不结结露的要求求。内内表面面结露露，可可导致致耗热热量增增大和和使围围护结结构易易于损损坏。。室内空空气温温度与与围护护结构构内表表面温温度的的温度度差还还要满满足卫卫生要要求。。当内内表面面温度度过低低，人人体向向外辐辐射热热过多多，会会产生生不舒舒适感感。根根据上上述要要求而而确定定的外外围护护结构构传热热阻，，称为为最小传传热阻阻。围护结结构的的最小小传热热阻的的确定定工程设设计中中，规规定了了在不不同类类型建建筑物物内，，冬季季室内内计算算温度度与外外围护护结构构内表表面的的允许许温度度差值值。R。min=（a(tn-tw.e)/△ty））Rnm2·℃/W式中R。min维护结结构的的最小小传热热阻m2·℃/W△ty供供暖室室内计计算温温度与与围护护结构构内表表面温温度的的允许许温差差，℃℃；按按附录录1-5选选用tw.e冬冬季围围护结结构室室外计计算温温度℃℃冬季围围护结结构室室外计计算温温度tw.e，按围围护结结构热惰性性指标标D值分成四四个等等级来来确定定(见表l—6)。当采用用D＞6的围护护结构构(所谓重重质墙墙)时，采采用供供暖室室外计计算温温度tw’’作为校校验围围护结结构最最小传传热阻阻的冬冬季室室外计计算温温度。。当采采用D＜6的中型型和轻轻型围围护结结构时时，为为了能能保证证与重重质墙墙围护护结构构相当当的内内表面面温度度波动动幅度度，就就得采采用比比供暖暖室外外计算算温度度更低低的温温度，，作为为检验验轻型型或中中型围围护结结构最最小传传热阻阻的冬冬季空空外计计算温温度，，亦即即要求求更大大—些些的围围护给给构最最小传传热阻阻值。。冬季围围护结结构室室外计计算温温度tw.e的的确定定例题1-1哈尔滨滨市——住宅宅建筑筑，外外墙为为2砖墙，，内抹抹灰(20mm)。试计计算其其传热热系数数值，，并与与应采采用的的最小小传热热阻相相对比比。解：：1．哈哈尔滨滨市供供暖室室外计计算温温度：：tw’’=-26℃。。由附附录1—2查出出，砖墙的的导热热系数数λ＝0.81W／／m·℃，，内表面面抹灰灰砂浆浆的导导热系系数λ＝0．．87W／／m·℃。根据公公式(1-8)、表表(1-1)和和表(1-2)，得得R。=1/αn+∑δi/λλi+1/αw=1/8.7+0.49/0.81+0.02/0.87+1/23=0.786m2·℃／／WK=1/R。=1.27W／／m2℃通过计算可可见，该外外墙围护结结构的实际传热阻阻R。小于最小小传热阻R。min值。不满足《《暖通规范范》规定，，故外墙应应加厚到两两砖半(620mm)，或采用保保温墙体结结构型式。。《民用建筑筑节能设计计标准》在一个规定定年限内，，使建筑物物的建造费费用和经营营费用之和和最小的围围护结构传传热阻，称称为围护结结构的经济传热阻阻。由于按经济济传热阻确确定围护结结构，需要要增加许多多基建投资资。目前我我国尚难立立刻实现。。为了节约能能源和逐步步加强围护护结构保温温措施，建建设部1986年制制订了《民民用建筑节节能设计标标准》(采采暖居住建建筑部分)。标准中规定定了不同地地区供暖居居住建筑围围护结构平平均传热系系数的最大大值和一些些具体要求求，从总体控控制供暖的的能耗。第五节冷冷风渗透耗耗热量在风力和热热压造成的的室内外压压差作用下下，室外的的冷空气通通过门、窗窗等缝隙渗渗入室内，，被加热后后逸出。把把这部分冷冷空气从室室外温度加加热到室内内温度所消消耗的热量量，称为冷风渗透耗耗热量Q̐̍2。冷风渗透耗耗热量，在在设计热负负