《暖通空调工程设计》课件 第一章 民用建筑供暖空调负荷计算

暖通空调工程设计

EngineeringDesignforHVAC

1第一章民用建筑供暖空调负荷计算2建筑供暖空调负荷的计算是供暖空调系统设计及运行调节的基础。负荷的大小和分布规律是冷热源设备、空气处理设备及输配系统等设计选型的依据，直接影响了供暖空调系统的初投资、运行费用以及室内环境的舒适健康水平。参照《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021，除乙类公共建筑外，集中供暖和集中空调系统的施工图设计，必须对设置供暖、空调装置的每一个房间进行热负荷和逐项逐时冷负荷计算。第一章民用建筑供暖空调负荷计算3影响建筑供暖空调负荷及其变化规律的因素主要有：1)室外计算参数：反映当地典型极端气候条件，是负荷计算的外部扰量；2)室内空气设计参数：反映室内人员舒适健康的需求水平，是建筑供暖空调设计的目标和任务；3)围护结构性能：围护结构的热工性能和光学性能不仅影响建筑内部冷、热量的迁移，且直接影响供暖、空调负荷的大小；4)内部热湿扰量：包括室内人员、灯光、设备等；5)空气渗透：门窗的渗透，包括空气流动和水蒸气的迁移；6)地理条件、气候特征、建筑设计及其周围微环境等。第一章民用建筑供暖空调负荷计算41.1建筑热工1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.3供暖热负荷计算1.4建筑空调设计负荷计算1.1建筑热工5建筑热工设计应与地区气候相适应，《民用建筑热工设计规范》GB50176将我国划分为五个建筑热工设计气候区域：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区。建筑节能设计对每个热工分区的建筑体型系数、窗墙面积比、建筑朝向、围护结构的传热系数及换气次数等有具体要求。1.2室内空气设计参数及室外计算参数61.2.1室内空气设计参数室内空气设计参数是人为规定的一组参数，对舒适性空调供暖系统而言，室内空气设计计算参数是供暖空调系统运行调节的依据与目标，相关参数的确定依据是人体热舒适需求，同时兼顾当地的经济技术发展水平，并受国家和地区能源资源条件限制。我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736）对民用建筑供暖及舒适性空调的室内设计参数做了规定。1.2室内空气设计参数及室外计算参数71.2.1室内空气设计参数（一）民用建筑冬季供暖室内设计参数1）寒冷地区和严寒地区主要房间应采用

18℃～24℃；2）夏热冬冷地区主要房间宜采用

16℃～22℃；3）辅助建筑物及辅助用室不应低于下列数值：浴室25℃，更衣室

25℃，办公室、休息室

18℃，食堂

18℃，盥洗室、厕所

12℃；4）设置值班供暖房间不应低于5℃。1.2室内空气设计参数及室外计算参数81.2.1室内空气设计参数（二）民用建筑空调室内设计参数考虑不同空间功能和使用场景，兼顾建筑节能要求，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736）将民用建筑空调室内热舒适等级分为两个级别（Ⅰ级和Ⅱ级），相应的热舒适区间为：Ⅰ级：冬季-0.5≤PMV≤0，PPD≤10%，夏季0≤PMV≤0.5，PPD≤10%；Ⅱ级：冬季-1≤PMV≤-0.5，PPD≤27%，夏季0.5≤PMV≤1，PPD≤27%。根据热舒适分级，“民规”给出了长期逗留区空调室内计算参数范围，见表1-15。1.2室内空气设计参数及室外计算参数91.2.1室内空气设计参数（二）民用建筑空调室内设计参数参数I级II级冬季夏季冬季夏季温度/℃22～2424～2618～2226～28相对湿度/％≥3040～60

≤70风速/（m/s）≤0.20≤0.25≤0.20≤0.3表1-15长期逗留区舒适性空调室内计算参数人员短期逗留区域室内空气设计参数，可在长期逗留区域基础上降低要求，夏季空调供冷宜在长期逗留区域基础上提高1~2℃，冬季空调供暖宜在长期逗留区域基础上降低

1~2℃。

1.2室内空气设计参数及室外计算参数101.2.2室外计算参数暖通空调室外计算参数也是人为构造的一组参数，该参数的变化规律反映了当地的典型气候特征，冬、夏季的取值越严苛，供暖、空调负荷越大，暖通空调设备容量越大，初投资越高。在暖通空调设计中，应根据使用场合按现行规范选用对应的室外空气计算参数。夏季空调室外干、湿球温度的确定（一）夏季空调室外计算干球温度的确定.规范规定：应采用历年平均不保证50h的干球温度。即室外计算干球温度应当取近10年内每年高于某一干球温度的累计小时数为50h的干球温度的平均值。夏季空调室外计算干球温度的作用是：（1）作为新风负荷的计算温度；（2）作为围护结构传热用的最高计算温度；但不可以用来计算传热（3）与夏季空调室外计算湿球温度一起，确定室外的新风状态点。1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数夏季空调室外干、湿球温度的确定（二）夏季空调室外计算湿球温度的确定对于空气处理所需要的冷量来说，室外计算湿球温度比干球温度更为重要。采用历年平均每年不保证50h的湿球温度。1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数4.夏季空调室外计算日平均温度

及室外计算逐时温度为什么有了室外计算温度，还需要空调室外计算日平均温度及室外计算逐时温度？计算围护结构传热所采用的室外空气温度和计算新风负荷所用的室外温度是不同的。因为：（1）计算围护结构传热只需要用干球温度，而与室外的湿球温度无关；（2）计算围护结构传热应当考虑室外温度波动的影响以及围护结构对温度的衰减和延迟作用，应按不稳定传热计算。

1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数（一）夏季空调室外计算日平均温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度。（二）夏季空调室外计算逐时温度任一时刻的围护结构夏季空调室外计算逐时温度可用下式计算：（用于计算外窗传热）时刻123456789101112β-0.35-0.38-0.42-0.45-0.47-0.41-0.28-0.120.030.160.290.40时刻131415161718192021222324β0.480.520.510.430.390.280.140.00-0.10-0.17-0.23-0.26表1-16室外温度逐时变化系数（βτ）室外空气综合温度室外环境传给围护结构外表面的热量由对流传热和太阳辐射热两部分组成

Q＝Q1＋Q2＝＝＝

—室外空气综合温度，

1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数5.冬季空调室外计算干球温度和相对湿度的确定（一）冬季空调室外计算干球温度的确定规范规定：冬季空调室外计算温度是采用历年平均每年不保证一天的日平均温度。（二）冬季空调室外计算相对湿度的确定冬季由于室外空气的含湿量远较夏天小，而且变化很小。因而，不是采用湿球温度确定室外新风计算状态，而是采用室外计算相对湿度。规范规定：冬季空调室外计算相对湿度，应采用累年最冷月平均相对湿度。

（三）适用：围护结构热负荷、新风热负荷1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数6.冬季供暖室外计算温度和通风室外计算温度冬季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—采暖围护结构热负荷、用于消除有害物的通风进风热负荷冬季通风室外计算温度应采用累年最冷月平均温度—全面通风的进风热负荷1.2室内空气设计参数及室外计算参数1.2.2室外计算参数供暖系统的设计热负荷指在设计室外温度twn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基本依据。对于民用建筑而言，冬季热负荷主要包括：1）围护结构的耗热量；2）加热由外门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量；3）加热外门开启时经外门进入室内的冷空气耗热量；4）通风耗热量；5）通过其他途径的得失热量。在集中供暖系统的施工图设计阶段，必须对每个房间进行供暖热负荷计算。1.3供暖热负荷计算1.3供暖热负荷计算1.3.1围护结构的基本耗热量式中：Qj--通过供暖房间某一围护结构的温差传热量，也称围护结构的基本耗热量，W；α--围护结构温差修正系数，在计算与大气不直接接触的外围护结构的基本耗热量

时，可用温差修正系数α

来修正温差，见表1-18；

F--围护结构的面积，m²，丈量准则见附录14；K--围护结构的传热系数，W/(m²·℃)，不同地区各类建筑围护结构的传热系数应满足该地区节能设计标准要求的有关规定，详见第一节，典型围护结构传热系数见附录15、16及17；当围护物是贴土的非保温地面时，其传热系数按表1-19和1-20选用；tn--冬季室内设计温度，℃，按第二节确定；

twn--供暖室外计算温度，℃，常用温度参数见附录11，其余城市可参考“民规”附录A。1.3供暖热负荷计算1.3.2围护结构的附加耗热量附加耗热量按基本耗热量的百分数计算。考虑了各项附加后，某面围护结构的传热耗热量Q1：1.3供暖热负荷计算项目取值（%）附加（修正）对象备注朝向修正率βch北、东北、西北：0～10；东、西：-5；东南、西南：-10～-15；南：-15～-30垂直外围护结构1)当围护物倾斜设置时,取其垂直投影面的朝向和面积;2)冬季日照率<35%时,东南、西南和南向的为-10~0,东、西向可不修正。风力修正βf5~10垂直外围护结构仅对不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇中明显高出周围其他建筑物的建筑物外门附加率βm1）公共建筑的主要出入口按500计；2）楼层数为n的建筑物入口：一道门65n；两道门80n；三道门60n对短时间开启的、无热空气幕的外门（建筑物底层入口的门）各层每户的门及阳台门不应计入修正高度附加率βfg热水供暖：2（H-4）；地面辐射供暖：（H-4）外墙、外窗、外门、地面及顶棚；且应附加于围护结构的基本耗热量和其他附加耗热量之和的基础上1)H为房间净高，m；2)不适用于楼梯间；3)热水供暖：βfg≤15；4)地面辐射供暖：βfg≤8；间歇附加率βjian仅白天使用：20；不经常使用：30外墙、外窗、外门、地面及顶棚1)仅白天使用：教学楼、办公楼；2)不经常使用：体育馆、展览馆表1-21附加率（修正率）取值表1.3供暖热负荷计算1.3.3加热由门、窗缝隙渗入空气的耗热量由于不同门窗的缝隙宽度、风向、风速和频率不一，由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，应根据建筑物的内部隔断、门窗构造、门窗朝向、室内外温度和室外风速等因素确定。对于多层和高层建筑，可按下式计算门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量：

1.4建筑空调设计负荷计算与室内外温差比较，冬季室外气温变化较小，其波动对冬季围护结构供暖或空调负荷计算结果影响比较小，因此“民规”规定：供暖负荷及冬季空调热负荷均采用稳态传热计算方法计算。而夏季太阳辐射的日变化很大，在围护结构传热形成的冷负荷计算中，必须考虑室外气温和太阳辐射的综合作用（综合温度）。综合温度的日变化幅度比夏季空调建筑室内外空气温差大得多，特别是围护结构的蓄热对室外温度波的传递具有显著的衰减和延迟性，因此“民规”规定：“施工图阶段应对空调区进行夏季逐项逐时冷负荷计算。”1.4建筑空调设计负荷计算1.4.1建筑空调区及空调系统冬季热负荷（1）空调区冬季热负荷计算空调区冬季热负荷计算与冬季供暖热负荷计算方法类似。计算时应该注意以下几点：1）应采用冬季空调室外计算温度作为室外计算温度；2）空调建筑室内通常保持正压，一般不计算由门窗缝隙、孔洞渗入室内的冷空气引起的热负荷；3）对工艺性空调、大型公共建筑等，当室内热源（如计算机设备等）稳定放热时，此部分散热量应予以考虑扣除；4）对于内外分区的空调建筑，如果建筑内区常年存在冷负荷，则内区无需计算热负荷；1.4建筑空调设计负荷计算1.4.1建筑空调区及空调系统冬季热负荷（2）空调系统冬季热负荷计算空调系统冬季热负荷包括所服务各空调区热负荷的累计值、新风负荷及冬季附加热负荷。1）冬季新风热负荷按下式计算：HLw=Gw(hw-hn)式中HLw--新风热负荷，kW；Gw--新风量，kg/s；hw，hn--室外、室内空气计算焓，kJ/kg干空气。室外空气焓值依据冬季空调室外计算干球温度和冬季空调室外计算相对湿度确定，见附录11；室内空气焓值依据室内设计温度和相对湿度确定。2）冬季附加热负荷指空调风管、热水管道等热损失所引起的附加热负荷。除空调风管、热水管道均布置在空调区内的情况外，均应计入各项附加热负荷。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法夏季冷负荷计算内容一般包括：通过围护结构的传热、通过玻璃窗的太阳辐射得热形成的冷负荷，以及室内人员和照明、设备、食品、物料等散热形成的冷负荷，渗透空气带入的热量，以及伴随各种散湿过程产生的潜热量。夏季空调负荷计算是一个复杂的动态过程，建议采用计算机软件计算，设计日负荷通常采用鸿业、天正及华电源等软件，全年负荷计算常用EnergyPlus、DOE、DeST、

eQUEST、TRNSYS等软件。条件不具备时，宜按简化法手算，以下介绍冷负荷系数法手算冷负荷的具体步骤。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法1.围护结构传热形成的逐时冷负荷外墙、屋面及外窗传热形成的逐时冷负荷按式（1-13）～式（1-15）计算：（1-13）（1-14）（1-15）1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法2.透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷（1-17）（1-18）透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷按式（1-17）与式（1-18）计算：1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法3.人体散热形成的冷负荷（1-19）式中CLrt--人体散热形成的逐时冷负荷，W；n--计算时刻空调区内的总人数；当缺少数据时，可根据空调区的使用面积及人均面积指标推算;φ--群集系数，各建筑功能的群集系数按表1-29采用；Crt--人体显热散热冷负荷系数，按附录24采用；qs、qp—成年男子显热及潜热散热量，按表1-30采用，通常可认为成年妇女的散热量和散湿量为成年男子的85%，儿童为75%。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法4.照明散热形成的冷负荷（1-20）式中CLzm--照明散热形成的逐时冷负荷，W；Czm--照明冷负荷系数，见附录25；Qzm--照明散热量，W；当荧光灯明装（整流器在空调房间内）时Qzm=1.2×P1×n1；当荧光灯暗装（灯光装在顶棚玻璃罩内）时Qzm=P1×n1×n2。P1--荧光灯功率，W；n1--同时使用系数；n2--考虑灯罩玻璃反射、顶棚内通风情况等因素的系数，当荧光灯罩上部有小孔，可利用自然通风散热于顶棚内时，取0.5~0.6；灯罩无孔时，取0.6~0.8。。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法5.设备散热形成的逐时冷负荷（1-21）式中CLsb--设备散热形成的逐时冷负荷，W；Csb--设备冷负荷系数，按附录26采用；Qsb--设备散热量，W。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.2建筑空调夏季冷负荷计算方法6.食物散热形成的逐时冷负荷在计算餐厅、宴会厅等空调冷负荷时，可按以下数值估算:食物全热量，可取17.4W/人；食物显热量，可取8.7W/人；食物潜热量，可取8.7W/人。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.3建筑空调夏季湿负荷计算方法（1）人体散湿量

（1-22）（2）食物散湿量在计算餐厅、宴会厅等湿负荷时，食物散湿量可取11.5g/(h·人)。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.3建筑空调夏季湿负荷计算方法（3）敞开水面散湿量

（1-23）

1.4建筑空调设计负荷计算1.4.4空调区冷负荷、空调系统冷负荷及空调冷源冷负荷（1）空调区设计冷负荷按照建筑空调夏季冷负荷计算方法，应分项逐时进行围护结构传热、通过玻璃窗的太阳辐射得热，以及室内人员和照明、设备等散热形成的冷负荷计算，然后将各分项逐时累加，逐时累加结果的最大值（各项逐时冷负荷的综合最大值）即为该空调区的夏季设计冷负荷；空调区的夏季设计冷负荷与设计湿负荷将用于空调送风状态点的确定及送风量计算。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.4空调区冷负荷、空调系统冷负荷及空调冷源冷负荷（2）空调系统的夏季冷负荷空调系统冷负荷由系统所服务的各空调区的逐时冷负荷、系统承担的新风冷负荷以及附加冷负荷构成，同时应考虑所服务各空调区的同时使用系数，用于空气处理末端设备的选型。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.4空调区冷负荷、空调系统冷负荷及空调冷源冷负荷（2）空调系统的夏季冷负荷1）各空调区的逐时冷负荷末端设备无温度自控装置时，空调系统夏季总冷负荷按所服务各空调区冷负荷的累计值确定，以保证最不利情况下各空调区温湿度要求。参照《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021，供暖空调系统应设置自动室温调控装置。所以，空调系统夏季总冷负荷一般均按所服务各空调区逐时冷负荷的综合最大值确定（所服务各空调区当作一个整体空间）。1.4建筑空调设计负荷计算1.4.4空调区冷负荷、空调系统冷负荷及