供暖系统的设计热负荷讲稿

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、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，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，还会有通过义它途径散失或获得的热量Q11。供暖系统的设计热负荷在工程设计中，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:维护结构的传热系数，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:维护结构的温差修止系数。 一、室内计算温度tn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。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

许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在16—22℃范围内。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》(GBJl9-87)规定

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16℃~20℃；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℃,重作业不应低于10℃；3．辅助建筑物及辅助用室的冬季室内计算温度值，见附录1—1。《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJl9-87)规定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。因此，当层高超过4m的建筑物或房间，冬季室内计算温度tn，应按下列规定采用：())计算地面的耗热量时，应采用工作地点的温度，tg(℃)(2)计算屋顶和天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度，td(℃)(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》(GBJl9-87)规定屋顶下的空气温度td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fd＝tg+(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23w／m2。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tw'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。

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

《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天的日平均温度”。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。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

温差修正系数a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1—1)，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q′=aKF(tn-tw′)=KF(tn-th)W式中F—供暖房间所计算的围护结构表面积，m2；(1-6)K—供暖房间所计算的围护结构的传热系数，W／m2．℃th—不供暖房间或空间的空气温度，℃；a一围护结构温差修正系数。℃；三、温差修正系数a值注意事项：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、围护陶结构的传仅热系数K显值1．匀质派多层材泽料(平壁)的传热序系数K值。2．出两漫种以上苏材料组伞成的、膝两向非溪匀质围状护结构详的传热增系数值惠。3．空气仔间层传撕热系数K值。1．匀质辩多层材暗料(平壁)的传热唐系数K值传热系数词K值可用赖下式计算K=1名/R。构=1/鞠（1/αn+∑δi竭/λi渣+1/见αw）=1/涌(Rn群+Rj递+Rw卖)式中R。一馒围护结欧构的传亮热阻，编m：．愤℃／w厕；αn,αw—围护结孔构内表面启、外表面的换梦热系数姐，w／筝m2．站℃；Rn，R雷w—围护掀结构内陷表面、岩外表面谱的传热香阻，m2℃／W；δi一围护结楼构各层的撑厚度，mλi—围护金结构各块层材料艺的导热押系数，满W／m车℃；Rj—一由翁单层或悦多层材逃料组成逗的围护躬结构各隆材料层虏的热阻祖，m2仓℃／W2．两向恒非匀质柴围护结掠构的传脂热系数歪值传统的徒实心砖妹墙：传静热系数斜值较高传；从节能谈角度出戚发，采坦用各种鞭形式的嗽空心砌恰块，或最填充保栏温材料遍的墙体吵等日益济增多。这种墙羞体用于坏由两种渣以上材耐料组成慢的、非妨匀质围奏护结构蹈，属于汗两维传咏热过程岛，计算存它的传迹热系数我时，通峰常来用勺近似计逝算方法直或实验雪数据。3．空气衫间层传免热系数K值应用场新合严寒地区蜻；一些高绍级民用践建筑。3．空气勺间层传品热系数K值常用的形辩式：双层玻球璃、复她合墙体梯的空气世间层等荷。空气间败层传热帅系数作曲用原理间层中的溜空气导热橡系数比组碑成围护结父构的其它项材料的导怀热系数小不。增加了水围护结构渴传热阻。空气间淹层传热唉同样是渡辐射与艇对流换澡热的综洞合过程险。在间池层壁面画涂覆辐拼射系数茅小的反羞射材料投，如铝构箔等，仇可以有驳效地增惧大空气沟间层的谱换热阻鞋，对流换把热强度歼，与间谁层的厚仆度、间送层设置恶的方向箱和形状之、以及汁密封性锤等因素游有关。调当厚度沫相同时集．热流的朝下的染空气间删层热阻捷最大，桑竖壁次忆之，而特热流朝纹上的空奴气间层筋热阻最枝小。同时，在庆达到一定六厚度后，状反而易于送对流换热竿，热阻的奔大小几乎睡不随厚度米增加而变号化了。4．地面鱼的传热玩系数室内地配面的传天热系数随着离哨外墙的率远近的阀变化室内地面顽的传热系意数随着离童外墙的偿远近的干变化在冬季家，室内钩热量通默过靠近塑外墙地售面传到哗室外的鲁路程较吹短，热陵阻较小；而通过远嗓离外墙地序面传到室复外的路径墓较长，热爽阻增大；在离外墙帐约8米以远的搭地面，传册热量基本叠不变。4．地面的四传热系数的近似计芝算方法(1)贴土非保民温地面(组成地恐面的各拔层材料讽导热系世数都大币于1.1寨6W／m．℃)(2)贴线土保温地不面(组成盈地面的各卸层材料中港，有导热尸系数于1举．16w戚／m．℃辣的保温层)(3)铺设在底地垄墙匠上的保义温地面贴土非响保温地捐面第一地疤带靠近荷墙角的夺地面面棵积(图铅1-4猾的阴影串部分)黑需要计茧算两次僻。工程计算撤中，也有渣采用对整测个建筑物白或房间地巡寿面以平均陶传热系数京进行计算骑的简易方拘法，可详拦见《供暖管通风设计驰手册》贴土保洒温地面铺设在逢地垄墙申上的保怨温地面铺设在快地垄墙预上的保清温地面眯各地带么的换热炼阻值可思按下式段计算R。ˊˊ=1.棉18像R。ˊm2℃／w五、围护迈结构传热完面积的丈逼量不同围护坊结构传热钟面积的丈语量方法按脖图1—5腥的规定计爷算。五、围护随结构传热休面积的丈芦量外墙面积赵的丈量：高度从本维层地面算颤到上层的志地面(底切层除外，茅见图1—尖5所示)杰。对平屋族顶的建蛛筑物，总最顶层究的丈量呢是从最现顶层的瓜地面到换平屋顶完的外表甜面的高北度；而对有闷慈顶的斜屋烈面，算到熄闷顶内的炭保温层表材面。平面尺寸应按建伯筑物外谊廓尺寸奥计算；两相邻房娱间以内墙帆中线为分包界线。五、围龄护结构宗传热面惠积的丈脸量门、窗的挑面积按外胆墙外面上荐的净空尺万寸计算。闷顶和地过面的面积欠，应按建讲筑物外墙亮以内的内锄廓尺寸计余算。对平耳屋顶，顶予棚面积按浅建筑物轮图廓尺寸计高算。五、围斥护结构羽传热面谊积的丈昆量地下室面滔积的丈量济，位于室筛外地面以老下的外墙愧，其耗热键量计算方抛法与地面揭的计算相懂同，但传漆热地带的均划分，应检从室外地北面相平的惩墙面算起倚，以及把躺地下室外判墙在室外窃地面以下胀的部分，拣看作是地拖下室地面份的延伸。第三节围护结疤构的附幕加(修正)耗热量围护结尖构的基商本耗热拾量，是在雄稳定条扁件下，申按公式(1—4)计算得出议的。实际耗哨热量会受到气胀象条件以够及建筑物骆情况等各苦种因素影袖响而有所柴增减。由则于这些因楼素影响，拼需要对围饿护结构基司本能热量寻进行修正划。围护结构常的附加(修正)耗热量附加(修正)耗热量有朋：朝向修正痕耗热量风力附感加耗热吴量高度附拐加耗热斯量一、朝向休修正耗热话量朝向修正硬耗热量：是考虑擦建筑物拴受太阳岭照射影聪响而对藏围护结遵构基本够耗热量搏的修正厕。计算方游法：需要修正牢的耗热量银等于垂直忆的外围护反结构(门物、窗、外训墙及用顶斑的垂直部贷分)的基授本耗热量公乘以相应矮的朝向修验正率。一、朝向物修正耗热忆量《暖通铅规范》揉规定：偷宜按下玻列规定赵的数值歉，选用不述同朝向汇的修正范率：北、东别北、西把北舞0—1幼0％；东南、铅西南切-龟10％展一-1胁5％；东、西-5%；南-1盐5％一麻-30羊％。一、朝向撕修正耗热排量选用上面剥朝向修正马率时，应遇考虑当地鞭冬季日照委率、建筑席物使用和岛被遮挡等红情况。对于冬系季日照版率小于绸35％志的地区责，东南怠、西南内和南向星修正率亭，宜采景用—1痒0％一艰0％，薪东、西收向可不谋修正。二、风力以附加耗热越量风力附加于耗热量是考虑室脚外风速变达化而对围课护结构基惨本耗热量飞的修正。计算方法删：在一般命情况下瞒，不必痰考虑风辜力附加棍。只对建感在不避户风的高哨地、河牌边、海晃岸、旷袖野上株的建筑绢物，以看及城镇私、厂区掉内特别弦突出的芦建筑物碧，才考炉虑垂直毙外围结欠构附加5％一10％。三、高孙度附加插耗热量高度附溪加耗热急量是考虑房惨屋高度对暴围护结构半耗热量的柜影响而附阔加的耗热村量。计算方法惭：《暖通规谦范》规定庸：民用建筑炕筑和工业食辅助建筑稻物(楼梯间惊除外)的高度涨附加率千，当房险间高度杯大于4m时，高善出1m应附加2％，但总奖的附加率卵不应大于15％。应注意特；高度线附加率芝，应附宝加于房踩间各围染护结构众基本耗怨热量和锣其它附档加(修正)耗热量的词总和上。通过围护故结构的总趟耗热量建筑物或燃房间在室有外供暖计淘算温度下受，通过围宫护结构的翼总耗热量得，可用下洗式综合表阔示：Q1´＝Q1.折j´+Q煌1.x´＝(1+竟xg)∑KF(t俗n-tw´)a(墙1+x批ch+怠xf)式中x保ch—志朝向修且正率，使％；xf一风邮力附加率简，％，x稀f≥0；xg一名席度附武加韦、种％，1所5%≥xg≥0。其它符号唯同前。第四节厦围护结济构的最樱小传热燥阻与经叠济传热象阻运用围护植结构的最谊小传热阻禁与经济传该热阻的意窃义：在供暖期腿间，围护朋结构应满兆足使用要求雁、卫生要芝求和经济其要求，这就红需要利租用“围革护结构校最小传丝式热阻”匹或“经助济传热透阻”的址概念。确定围护德结构传热积阻时，围葱护结构内辫表面温度赌是一个最祥主要的约迹束条件。除浴室等蚕相对湿度博很高的房怒间外围护领结构内表贴面温度值病应满足内商表面不结妈露的要求不。内表面究结露，可赌导致耗热床量增大和工使围护结绍构易于损等坏。室内空气袄温度与围牌护结构内响表面温度邀的温度差汁还要满足任卫生要求毯。当内表涉面温度吓过低，末人体向显外辐射腊热过多叠，会产坟生不舒较适感。见根据上窜述要求产而确定航的外围呈护结构侦传热阻宏，称为沿最小传孤热阻。第四节勾围护驰结构的最匆小传热阻坛与经济传完热阻室内空桨气温度蛋与围护先结构内排表面温费度的温虑度差还冠要满足柱卫生要秆求。当内表面驳温度过低能，人体向集外辐射热番过多，会血产生不舒垦适感。根项据上述要妥求而确定倡的外围护煌结构传热阀阻，称为祖最小传热租阻。围护结葵构的最昼小传热摔阻的确饺定工程设计政中，规定川了在不同栗类型建筑袄物内，冬相季室内计更算温度与盼外围护结匠构内表面远的允许温仍度差值。R。min=a(t规n-tw.e)/△ty生Rn弟W／佣m2℃式中收R。min维护结器构的最陈小传热勾阻W红／m2℃△ty酸供暖煤室内计腊算温度较与围护水结构内表面温度踪蝶的允许温种差，℃tw.习e哈冬季围蒸护结构壶室外计贼算温度爪℃第四节讨围护结哭构的最遥小传热扩阻与经泥济传热寨阻冬季围确护结构博室外计翁算温度tw.源e，按围兰护结构忽热惰性鞠指标D值分成四拢个等级来曾确定(见表l—6)。第四节哄围护结哑构的最龙小传热枝阻与经何济传热裁阻当采用D＞6的围护做结构(所谓重病质墙)时，采百用供暖简室外计暴算温度tw’作为校验尽围护结构筛最小传热培阻的冬季乱室外计算剪温度。当却采用D＜6的中型和舒轻型围护灾结构时，秒为了能保芽证与重质船墙围护结多构相当的释内表面温障度波动幅轰度，就得伴采用比供盐暖室外计娇算温度更国低的温度泥，作为检壁验轻型或选中型围护秀结构最小盒传热阻的谅冬季空外负计算温度趋，亦即要巧求更大—过些的围护利给构最小展传热阻值悦。例题1-捞1哈尔滨获市—住尘宅建筑签，外墙兄为2砖墙，内秆抹灰(20m贡m)。试计算春其传热系眯数值，并冰与应采用夫的最小传些热阻相对竖比。例题1-叨1解：1．哈姓尔滨市类供暖室焦外计算慎温度：精=-2益6℃。隔由附录怠1—2抗查出，漏砖墙的丘导热系虚数λ＝0.8小1W／m绕℃，内表饿面抹灰砂碗浆的导热布系数λ＝o．8瓶7W／m附．℃。根据公式身(1-8恶)、表(眯1-1)受和表(1春-2)，讯得R．=0捕.786辆m2℃／WK=1/魔R。=1求.27滔W／m2℃例题1尽-1通过计算豪可见，该恼外墙围护苗结构的实蚕际传热阻R。小于最装小传热阻R。min值。不满弄足《暖通同规范》规壳定，故外苗墙应加厚镜到两砖半(62杨0mm橡)，或采用杨保温墙体蜻结构型式缘瑞。《民用短建筑节饥能设计雨标准》由于按景经济传棒热阻确佛定围护陶结构，吼需要增者加许多付基建投厨资。目祸前我国桶尚难立遮刻实现撑。为了节恰约能源爹和逐少劫加强围祖护结构限保温措们施，建孝设部于手198羡6年制绣订了《评民用建也筑节能横设计标童准》(码采暖居煤住建筑筑部分)穿。标准巡寿中规定课了不同臭地区供乱暖居住晶建筑围拢护结构灾平均传每热系数幅的最大长值和一踢些具体繁要求，牺从总体举控制供期暖的能桃耗。建筑围护显结构平均团传热系数或的计算Km＝∑KiFi／F。维W／誓m2．℃高（1藏-18）式中债Ki桥参与仆传热阻君各围护片结构的懂传热系耀数，W财／m2．℃;Fi相应的恩得围护旦结构面风积，m2；F。耳参与传饥热的各处围护结华构结构杀的总和顿，m2;Km建筑物围蛾护结构的纤平均传热槽系数，W会／m2．℃设计值不妈得超过该料标准的规骄定。如哈血尔滨市，更不得超过伐0．93涂W／m2℃，北京灭市不得超箭过W／m2℃等。第五节没冷风楼渗透耗康热量在风力灶和热压附造成的固室内外欺压差作顺用下，卖室外的戏冷空气俱通过门庙、窗等镇缝隙渗扩入室内丝式，被加育热后逸葬出。把德这部分杂冷空气段从室外歌温度加决热到室答内温度福所消耗徒的热量颤，称为村冷风渗怒透耗热佛量努Q̐̍2。冷风渗透地耗热量，炮在设计热竭负荷中占攀有不小的管份额。影响冷风详渗透耗热吸量的因素影响冷筒风渗透条耗热量士的因素菌很多，词如门窗化构造、毛门窗朝罢问等。总的来说尊，对于多某层(六层及衔六居以胞下)的建筑物贵，由于房翅屋高度不狐高，在工念程设计中重，冷风渗汁透耗热量牵主要考虑逐风压的作曲用，可忽烤略热压的删影响。计算冷风街渗透耗热同量的常用欲方法常用方法乖有：缝隙法；换气次数猫法；百分数坛法。一、按摸缝隙法僵计算多拌层建筑惨的冷风钉渗透耗鹿热量缝隙法的概念：对多层建裳筑，可通扛过计算不妻同朝向的雹门、窗缝免隙长度以盘及从每来路长缝隙渗津入的冷空书气量，确女定其冷