供暖系统的设计热负荷课件

标准、规范、规程设计、施工验收、设备（产品）、节能GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范GBJ16-87(2001)建筑设计防火规范GB50045-96(2001)高层民用建筑设计防火规范GB50067-97汽车库、修车库、停车场设计防火规范GB50073-2001洁净厂房设计规范标准、规范、规程GB50098-98(2001年版)人民防空工程设计防火规范

GB50038-94(2003年版)人民防空地下室设计规范GB50028-93(2003年版)城镇燃气设计规范GB50084-2001自动喷水灭火系统设计规范GB50015-2003建筑给水排水设计规范标准、规范、规程GB50242-2002建筑给水排水及采暖工程施工验收规范GB50243-2002通风与空调工程施工质量验收规范JGJ132-2001,J85-2001采暖居住建筑节能检验标准稳态和非稳态传热根据热力学第二定律，自发过程是热量从高温物体传向低温物体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。采暖房间的传热过程室内室外特点稳态传热：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；特点：各点的温度仅随位置变化，不随时间而变；各点的热流量恒定连续传热（连续采暖或空调的房间）过程可近似为稳态传热。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。特点：各点的温度随位置、时间而变化。传热量为变量。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。a.间歇采暖房间的传热特点室内状况室内空气温度仅在采暖/停暖时段保持稳定。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。室外状况室外空气温度、太阳辐射时间和强度，风速、风向等都随季节、时间而变化。围护结构的传热过程是复杂的不稳定传热。稳态和非稳态传热的特点稳态（稳定）传热非稳态（非稳定）传热非稳态传热量的确定非常复杂，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。连续采暖房间的冬季传热分析。对连续采暖房间的传热分析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：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）温度波动引起的附加传热量（与温度波的振幅有关）北京室外气温和室内设计温度的比较空调日平均温度采暖日平均温度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5～6℃。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，围护结构的冬季传热量按稳定传热计算其精度可满足要求。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。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连续采暖房间简化计算（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……小结夏季空调负荷：按非稳态传热计算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。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。非稳态传热计算十分复杂，一般采用简化计算方法：冷负荷系数法稳态传热：热阻不稳态传热：热惰性热惰性指标热阻表达材料层抵抗热流波的能力蓄热系数表达材料层抵抗温度波的能力

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。

冬季夏季房间负荷对比室外tw室内tn温差Δt冬季-122032夏季

33.2258.2北京地区某建筑：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℃。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℃。为什么同一房间的冷负荷比热负荷大得多？平衡态和稳态传热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。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、化学势差）。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。平衡必稳定，反之，稳定未必平衡。平壁导热的计算公式1822年，法国数学家Fourier：

为壁厚；平壁两侧的温度差，F为传热面积。（欧姆定律）导热热阻导热系数金属的导热系数2.2～420W/(m·℃)不导电固体的导热系数，如建筑材料和隔热保温材料的导热系数在0.025～0.3W/(m·℃)之间，导热系数随温度升高而增大。液体的导热系数0.07～0.7W/(m·℃)气体的导热系数0.006～0.06W/(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0.35W/(m·℃)，水的导热系数0.36W/(m·℃)

，湿砖的导热系数为1.0W/(m·℃)

。因此，需要采取防潮措施。单层平壁的稳态传热过程室内侧室外侧一维传热，壁面长和宽远大于其厚度传热处于稳定状态传热情况不随时间变化各点温度及传热量不随时间改变传热过程及计算公式热量由热流体传给墙壁左侧

热量以导热方式通过墙壁

热量由墙壁右侧传给冷流体

①②③均质多层材料的电模拟图工程中的传热问题增强传热：如锅炉、换热设备、电子产品等

提高换热设备的换热能力在满足传热量的前提下，使设备尺寸尽量缩小削弱传热：如围护结构保温隔热措施等

减少热损失怎样才能有效提高散热器的传热系数？STS-110AtlantislaunchonApril8th20021988年，检查“亚特兰蒂斯”号隔热瓦

航天飞机的表面覆盖有2万块隔热瓦和2300块隔热衬垫。隔热瓦的技术要求相当高，每块隔热瓦造价达2000美元。隔热瓦可以保护航天飞机返航时经受121-1648℃的高温为保证航天飞机的安全，隔热瓦必须定期进行维护和更换航空航天1986年，挑战者号航天飞机失事2003年，哥伦比亚号航天飞机失事采暖系统的设计步骤确定热源（热电厂、区域锅炉房）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用户引入口——民用热力站（换热器，孔板流量计、压力表、阀门）计算建筑物热负荷确定系统型式（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采暖系统水力计算采暖设计的五个公式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采暖系统的设计热负荷房间的失热量/得热量分析设计热负荷设计热负荷的计算步骤建筑热负荷的估算计算例题房间得热量/失热量分析房间的失热量房间的得热量设计热负荷是指在某一设计室外温度tw下，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分析设计热负荷是计算值，实际热负荷反映了房间的实际情况设计热负荷>实际热负荷设计热负荷=实际热负荷设计热负荷<实际热负荷采暖系统设计热负荷的大小直接关系着采暖方案的确定、锅炉设备的选型及采暖管径的大小，散热设备的多少等，也影响着采暖系统的工程造价和采暖效果房间的失热量围护结构的传热耗热量*冷风渗透耗热量*冷风侵入耗热量*冷物料和运输工具的耗热量水分蒸发的耗热量通风耗热量通过其它途径的耗热量房间的得热量发热设备的散热量工艺设备的散热量热物料的散热量非采暖热管道的散热量人体、照明、炊事等的散热量*太阳辐射进入室内的得热量*通过其它途径的得热量设计热负荷Q《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26）中规定：“单位建筑面积的建筑物内部得热（包括炊事、照明、家电和人体散热），住宅建筑取3.80W/m2。”。当前住宅建筑户型面积越来越大，单位建筑面积内部得热量不一，且炊事、照明、家电等散热是间歇性的，这部分自由热可作为安全量，在确定热负荷时不予考虑。太阳辐射的得热量通过对Q1中的基本耗热量进行朝向修正而计入一般民用建筑和发热量很少的工业建筑：设计热负荷计算步骤计算围护结构的传热耗热量基本耗热量附加（修正）耗热量朝向修正（考虑了太阳辐射的得热量）风力附加高度附加：在各围护结构基本耗热量进行朝向修正和风力附加后进行的几个概念围护结构的传热耗热量Q1是指当室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量基本耗热量Qj是指在设计条件下（稳态传热）

，通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、地板、屋顶等）从室内传到室外的温度传热量的总和。附加耗热量Qx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。包括朝向、风力、高度附加耗热量。Q1=Qj+Qx设计热负荷计算步骤（续）计算冷风渗透耗热量缝隙法：①主导风向法

②各种风向法百分比法（用于工业建筑的概算）换气次数法（用于民用建筑的概算）计算冷风侵入耗热量总的耗热量1.围护结构的传热耗热量Q11.1基本耗热量Qj：按一维稳定传热过程进行计算的。即假定在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程的参数都不随时间变化。室内室外①②③④⑤确定室内、外采暖计算温度（人为制定）；确定建筑材料（墙体、门窗、地面）的热工参数及其尺寸；试分析的取值的高低对设计热负荷的影响？设计值：虚拟的实际值：真实的GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范引用标准与法规总则GB50242《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50234《通风与空气调节工程施工质量验收规范》术语GB/T18049《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》该标准等同采用国际标准ISO7730:1994室内外计算参数GB/T4200《高温作业分级》GB/T18883《室内空气质量标准》GBZ1《工业企业设计卫生标准》GBZ2《工作场所有害因素接触限值》GB50325《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50189《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB9663~GB9673《公共场所卫生标准》GB16153《饭馆（餐厅）卫生标准》采暖GB1576《工业锅炉水质》《中华人民共和国节约能源法》（1998年）中国建设部第76号令《民用建筑节能管理规定》CJ128《热量表》通风GB16297《大气污染物综合排放标准》GB8978《污水综合排放标准》GB3095《环境空气质量标准》GB50016《建筑设计防火规范》GB50045《高层民用建筑设计防火规范》GB50096《住宅设计规范》GWPB5《饮食业油烟排放标准》空调JGJ134《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》GB50041《锅炉房设计规范》GB/T18430.2《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组户用式类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18431《蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组》GB/T18362《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》热源GB50028《城镇燃气设计规范》《工业企业煤气安全规程》GB15586《设备及管道保冷设计导则》GB/T17794《柔性泡沫橡胶绝热制品》消声与振动GBJ87《工业企业噪声控制设计规范》GBJ118《民用建筑隔声设计规范》GB3096《城市区域环境噪音标准》GB12348《工业企业厂界噪音标准》GB10070《城市区域环境振动标准》室外采暖计算温度日平均温度根据围护结构的热惰性原理确定采用不保证天数法确定：人为允许有几天时间可以低于规定的采暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度。《暖通规范》采用不保证天数法。冬季采暖室外计算温度：采用历年平均不保证5天的日平均温度。冬季空调室外计算温度，采用历年平均不保证1天的日平均温度室内采暖计算温度室内计算温度：取决于国民经济状况，人民生活水平和生活习惯，建筑物的性质和用途，人的劳动强度，生产工艺要求等。一般指距地面2m以内人们活动区域或工作地点的环境温度。活动区定义(OccupiedZone)活动区域是指人、动物或工艺生产所在的空间冬季室内计算温度国内外有关卫生部门研究，当人体衣着适宜、保暖量充分且处于安静状态时，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。GB/T18883《室内空气质量标准》把民用建筑主要房间的室内计算温度定在：16～24℃

工业建筑工作地点的温度，其下限是根据GBZ1《工业企业设计卫生标准》制定的。工业建筑工作地点，宜采用轻作业：18～21℃；中作业：16～18℃；重作业：14～16℃；过重作业：12～14℃辅助建筑及辅助用室不应低于下列数值：浴室、更衣室：25℃；办公室、休息室、食堂：18℃盥洗室、厕所：12

℃

高大建筑室内各部位的计算温度对于散热量小于23W/m3的工业建筑，当其温度梯度不能确定时，可用工作地点温度计算围护结构耗热量，并进行高度附加。适于民用及辅助建筑。对于散热量较大，层高大于4m，上部温升明显的工业建筑，在计算耗热量时应分别确定围护结构不同部位的室内计算温度。地面：应采用工作地点的温度屋顶和天窗：应采用屋顶下的温度门、窗和墙：应采用室内平均温度屋顶下的空气温度受诸多因素的影响，难以用理论方法确定。最好对类似厂房进行实测。按经验数值，采用温度梯度法室内平均温度：北京地区冬夏季室内外计算温度冬季（室外计算温度/室内设计计算温度）空调（℃）采暖（℃）通风（℃）-12/26-9/18-5夏季（室外计算温度）空调（℃）通风（℃）33.230室内设计计算温度以办公楼为例③围护结构的传热系数K均质多层材料的传热系数有空气夹层的围护结构的传热系数地面的传热系数门窗的传热系数

（见教材）思考：非均质多层材料的传热系数？有空气夹层空心砖封闭空气间层的传热间层厚度、间层设置方向和形状等热面在上冷面在下热面在下间距大间距小地面传热系数贴土非保温地面冬季，室内热量通过靠近地面传到室外的路径较短，热阻较小；而通过远离外墙的地面传到室外的路程较长，热阻大室内地面的传热系数随距离外墙的远近而有变化，在离外墙8m以外的地面，传热量基本不变。工程中也有采用对整个建筑物或房间地面取平均传热系数进行计算的简易方法。室内地面温度分布室外侧室内侧贴土保温地面的热阻贴土保温地面的热阻非保温地面的热阻保温层的厚度保温材料的导热系数铺设在龙骨上保温地面的热阻④传热面积的丈量地下室面积的丈量和地带划分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，单传热地带的划分，应从与室外地面相平的墙面算起。即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。⑤温差修正系数当围护结构外侧不直接与室外空气接触，而是与不供暖的房间或空间（如吊顶、闷顶、地下室等）接触时，在传热计算时需要进行修正。为统一计算公式，引入温差修正系数a为不采暖房间或空间的空气温度，℃如果两个相邻房间的温差≥5℃时，应计算通过隔墙或楼板的传热量。温差修正系数a值围护结构特征a与大气直接接触的外围护结构和地面1.0与不供暖房间相邻的隔墙：不供暖房间有门窗与室外相通0.7不供暖房间无门窗与室外相通0.4不供暖地下室和半地下室的楼板(在室外地坪以上不超过1m)外墙上有窗0.6外墙上无窗0.4不供暖半地下室的楼板（在室外地坪以上超过1m）外墙上有窗0.7外墙上无窗0.4《设计手册〉的利用采暖室内外设计计算温度围护结构的传热系数：可根据稳态传热公式计算。为方便设计《实用供热空调设计手册》列出了常见围护结构的传热系数常用工程资料：法律法规、标准、规范、规程、手册（设计、施工、监理）常用围护结构的传热系数单位：W/(m2℃)内外表面换热系数与换热热阻（内）表面特征αnRnW/(㎡·℃)㎡·℃/W墙、地面和表面平整的顶棚、屋盖或楼板以及带肋的顶棚h/s≤38.70.115有肋状突出物的顶棚、屋盖或楼板h/s>37.60.132自上向下传热的楼板5.80.172（外）表面特征αwRwW/(㎡·℃)㎡℃/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，m1.2附加（修正）耗热量Qx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。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2%，但总的附加率不超过15%2.冷风渗透耗热量c——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=0.278WW2.1缝隙法Vl——每米门窗缝隙每小时渗入室内的空气量，m3/(m·h)。VL可根据门窗种类和室外平均风速查表确定l——缝隙长度，mn——渗透空气量的朝向修正系数，查表m3/h①主导风向法（旧）②各种风向法（新）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、外窗缝隙风速风向仪风玫瑰图（windrose）直观地反映一个地区的风速和风向。风向和风速是描述风的两个要素。陆地风向常用16方位表示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。风向频率分布图统计同一个月各方位风向出现的次数计算各方位出现次数占总次数的百分数(即频率)按一定比例在各方位射线上点出将各点连接起来盛行东南风风速频率分布图统计某风速的出现的次数计算频率

按一定比例在各方位射线上点出用符号将不同速度区别开将各点连接起来风玫瑰图的类型对我国各地一、七月和年风向玫瑰图，按相似形状进行分类，可分为：季节变化主导风向双主导风向无主导风向准静止风(风速小于1.5m/s)2.2换气次数法——民用建筑概算法Vn为房间体积，m32.3百分数法——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门窗产品的主要标准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：GB/T7106-2002《建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法》GB/T7107-2002《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》GB/T7108-2002《建筑外窗水密性能分级及其检测方法》GB/T8484-2002《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》GB/T8485-2002《建筑空气隔声性能分级及其检测方法》窗户的气密性分级根据国家标准，窗户的气密性分为5级。各级的空气渗透性能按每米缝长每小时的最大漏气量Q0m3/(m·h)划分。指标：Ⅰ

级：0.5，Ⅱ级：1.5，Ⅲ级：2.5，Ⅳ级：4.0，

Ⅴ级：6.0

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/T7107—2002；中华人民共和国行业标准《PVC塑料窗》JG3018。3.冷风侵入耗热量采用外门的基本耗热量乘以百分数计算W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、厚实的门帘、空气幕设计热负荷计算例题计算围护结构的传热耗热量计算冷风渗透耗热量计算冷风侵入耗热量设计热负荷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KtntwaQjβ1β2β3Q1m2℃

℃

℃

W％％W％W101会议室北外窗18-927北外墙南外窗南外门南外墙顶棚地面建筑采暖热负荷的估算建筑热负荷的估算一般采用热指标法。单位面积热指标法

W/m2是实际设计中经常采用的指标。F为总建筑面积，m2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，m31.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47~70商店64～87办公楼58~81单层住宅81～105医院64~81食堂116～140旅馆58~70影剧院93～116图书馆47~76体育馆116～163单位(总)建筑面积热指标2.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10~500.52~0.47油漆车间50以下0.64~0.5850~1000.47~0.4450~1000.58~0.52焊接车间50~1000.44~0.41工具机修车间10~500.5~0.44100~1500.41~0.3550~1000.44~0.41中央实验室5以下0.81~0.70生活间及办公室0.5~11.16~0.765~100.70~0.581~20.93~0.52体积热指标：V为建筑物的外围体积，m3高层建筑采暖热负荷围护结构高层部分的传热系数增大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。高层建筑的定义《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。大气边界层内风速分布1.传热系数增大高层建筑外表面换热系数增大