单元1采暖系统设计热负荷

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,供,热,工程,GONG RE GONG CHENG,武汉理工大学出版社,单元1 采暖系统设计热负荷,知 识 目 标：,1、采暖系统设计热负荷；,2、围护结构的基本耗热量；,3、围护结构的附加（修正）耗热量、冷风渗透耗热量；,4、围护结构的最小传热阻和经济传热阻。,能力目标：,1、能够掌握围护结构耗热量的计算方法；,2、能够进行冷风渗透耗热量计算方法；,3、能够进行围护结构最小传热阻的确定与校核；,4、能够进行一般建筑物采暖热负荷的计算。,目 录,课题1 采暖系统设计热负荷,课题2 围护结构的基本耗热量,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,课题4 冷风渗透耗热量,1,2,3,4,目 录,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,课题6 采暖设计热负荷计算例题,5,6,人们为了保证正常的生产和生活，要求室内保持一定的温度。一个建筑物或房间可有各种得热和散失热量的途径。当建筑物或房间的失热量大于得热量时，为了保持室内在要求温度下的热平衡，需要由采暖通风系统补给热量，以保证室内要求的温度。采暖系统通常利用散热器向房间散热，通风系统送入高于室内要求温度的空气，这样,一方面向房间不断地补充新鲜空气，另一方面也为房间提供热量。,采暖系统的热负荷,是指在某一室外温度 下，为了达到要求的室内温度 ，采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。,课题1 采暖系统设计热负荷,1.1 采暖系统设计热负荷,采暖系统的设计热负荷,是指在设计室外温度下 ，为了达到要求的室内温度 ，采暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是设计采暖系统的最基本依据。,建筑物失热量：,（1）围护结构的耗热量；,（2）加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，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，称冷风侵入耗热量；,（4）水分蒸发的耗热量；,（5）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；,课题1 采暖系统设计热负荷,1.2 建筑物得热量和失热量,课题1 采暖系统设计热负荷,（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；,（7）通过其它途径的耗热量。,建筑物得热量,：,（1）生产车间最小负荷班的工艺设备散热量；,（2）热管道及其他热表面的散热量；,（3）热物料的散热量；,（4）太阳辐射进入室内的热量。,此外，还会有通过其它途径,散失或获得,的热量。,课题1 采暖系统设计热负荷,冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物或房间的得、失热量确定。,对于没有由于生产工艺所带来得失热量而需设置通风系统的建筑物或房间(如一般的民用住宅建筑、办公楼等)，失热量只考虑上述的前三项耗热量。得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。至于住宅中其它途径的得热量，如人体散热量、炊事和照明散热量，一般散发量不大，且不稳定，通常可不予计入。,1.3 热负荷确定的基本原则,课题1 采暖系统设计热负荷,对没有装置机械通风系统的建筑物，围护结构的耗热量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。在工程设计中，计算采暖系统的设计热负荷时，常把它分成,围护结构的基本耗热量和附加(修正)耗热量,两部分进行计算。,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、地板、屋顶等)从室内传到室外的稳定传热量的总和。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)耗热量包括朝向修正、风力附加、高度附加和外门附加等耗热量。,课题1 采暖系统设计热负荷,计算围护结构附加(修正)耗热量时，太阳辐射得热量可采用对基本耗热量附加（减）的方法列入，而风力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行附加。本单元主要阐述采暖系统设计热负荷的计算原则和方法。对具有采暖及通风系统的建筑(如工业厂房和公共建筑等)，采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。,课题2 围护结构的基本耗热量,围护结构的传热耗热量,是指当室内温度高于室外温度时，通过房间的墙、窗、门、屋顶、地面等围护结构由室内向室外传递的热量。常分为两部分计算，即围护结构的基本耗热量和附加耗热量。,基本耗热量,是指在设计的室内、外温度条件下通过房间各围护结构稳定传热量的总和。,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，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。但不稳定传热计算复杂，所以,对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说,，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，具体计算参考有关资料。,课题2 围护结构的基本耗热量,围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式为：,W (1-1),式中 Q 围护结构的基本耗热量，W；,K 围护结构的传热系数，W(m2)；,F 围护结构的传热面积，m2；,采暖室内计算温度，；,采暖室外计算温度，；,a 围护结构的温差修正系数。,整个建筑物或房间围护结构的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和。,应该,注意,，在进行计算时一定要注意单位的统一，通常均要采用法定单位。法定计量单位与习惯用非法定计量换算，见附录1-1。,课题2 围护结构的基本耗热量,室内计算温度,是指距地面,2m,以内人们活动地区的平均空气温度。室内空气温度的选择，应满足人们生活和生产工艺的要求。生产工艺要求的室温，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。,许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在,1622,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。,2.1采暖室内计算温度,课题2 围护结构的基本耗热量,暖通规范规定，设计采暖系统时，冬季室内计算温度应根据建筑物用途，按下列规定采用：,（1）,民用建筑的主要房间,，宜采用1624；见附录 1-2。,（2）,工业建筑的工作地点,，宜采用轻作业1821；中作业1618；重作业1416；过重作业1214。,作业种类的划分，应按国家现行的工业企业设计卫生标准（GBZ1）执行。当每名工人占用较大面积（50100m2）时，轻作业时可低至10；中作业时可低至7；重作业时可低至5。,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。,当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按照国家现行有关专业标准、规范执行。,课题2 围护结构的基本耗热量,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，通过上部围护结构的传热量增加。因此，当层高超过4 m的工业建筑，冬季室内计算温度,tn,，尚应符合下列规定：,(1)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,，,t,d（）；,(3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用,室内平均,温度。,室内平均温度，应按下式计算：, (1-2),课题2 围护结构的基本耗热量,式中 室内平均温度，；,屋顶下的温度，；,工作地点的温度，。,屋顶下的空气温度,t,d受诸多因素影响，难以用理论方法确定。最好是按已有的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, （1-3）,式中,H,屋顶距地面的高度，m；,温度梯度，m。,课题2 围护结构的基本耗热量,对于散热量,小于23Wm3,的工业建筑，当其温度梯度值不能确定时，可用工作地点的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。,采暖室外计算温度 如何确定，对采暖系统设计有关键性的影响。,如采用过低的 值,，在采暖运行期的绝大部分时间里，使设备能力富裕过多，造成浪费；,如采用值过高,，则在较长时间内不能保证采暖效果。因此，正确的确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。,2.2采暖室外计算温度,课题2 围护结构的基本耗热量,目前国内外选定采暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种：,一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。,原苏联建筑法规规定各个城市的采暖室外计算温度是按考虑围护结构热惰性原理来确定的。它规定采暖室外计算温度要按50年中最冷的八个冬季里最冷的连续5天的日平均温度的平均值确定。通过围护结构热惰性原理分析得出：在采用 砖实心墙情况下，即使昼夜间室外温度波幅为18，外墙内表面的温度波幅也不会超过1，对人的舒适感不受影响。根据热惰性原理确定采暖室外计算温度，规定值是比较低的。,采用不保证天数方法的,原则,是：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 值。不保证天数根据各国规定而有所不同，有规定,1天、3天、5天,等。,课题2 围护结构的基本耗热量,我国结合国情和气候特点以及建筑物的热工情况等，制定了以日平均温度为统计基础，按照历年室外实际出现的较低的日平均温度低于室外计算温度的时间，平均每年不超过5天的原则，确定采暖室外计算温度的方法。实践证明，只要供热情况有保障，即采取连续采暖或间歇时间不长的运行制度，对于一般建筑物来说，就不会因采用这样的室外计算温度而影响采暖效果。暖通规范规定：“采暖室外计算温度，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19511980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。例如在19511980年间，北京市室外日平均温度低于和等于-9.1共有134天，日平均温度低于和等于-8.1共有233天。取整数值后，确定北京市的采暖室外计算温度为-9。以前参照原苏联采用热惰性原理进行计算，曾规定过北京市的采暖室外计算温度为-12。通过对许多城市的气象资料统计分析，采用不保证5天的方法确定 值，使我国大部分城市的 值普遍提高了14(与采用热惰性原理对比)，从而降低了采暖系统的设计热负荷并节约了费用，而对人们居住条件则无甚影响。我国北方一些主要城市的采暖室外计算温度 值，见附录1-3。其它地区的采暖室外计算温度可查有关资料。,课题2 围护结构的基本耗热量,另外，对于不能查到的一些城市的采暖室外计算温度 值可按下式估算：, （1-4）,式中 -冬季采暖室外计算温度，；,-累年最冷月平均温度，；,-累年最低日平均温度，。,课题2 围护结构的基本耗热量,计算与大气直接接触的外围护结构的基本耗热量时，所用公式是 。但是，采暖房间的围护结构的外侧有时并不是室外，而中间隔着不采暖的房间或空间。此时通过该围护结构的传热量应为 。式中传热达到平衡时非采暖房间温度。由于非采暖房间的温度 较难确定，为了计算方便，工程中可用 a代替 进行计算。a值称为,围护结构温差修正系数,。,围护结构温差修正系数a值的大小，取决于非采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，不采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。围护结构的温差修正系数见,表1-1,。,2.3,温差修正系数a值,课题2 围护结构的基本耗热量,围 护 结 构 特 征,a,外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等,1.00,闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等,0.90,与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(16层建筑),0.60,与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(730层建筑),0.50,非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时,0.75,非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时,0.60,非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时,0.40,与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙,0.70,与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙,0.40,伸缩缝墙、沉降缝墙,0.30,防震缝墙,0.70,温差修正系数（a） 表1-1,课题2 围护结构的基本耗热量,此外，当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等的传热量。与相邻房间的温差,小于5,时，且通过隔墙或楼板等的,传热量大于该房间热负荷的10%时,，尚应计算其传热量。,2.1.4 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,一般建筑物的外墙和屋顶都属于匀质多层材料的平壁结构，其传热过程如,图1-1,所示。传热系数值可用下式计算：,W/（m2） (1-5),课题2 围护结构的基本耗热量,图1-1 通过围护结构的传热过程,课题2 围护结构的基本耗热量,式中K 围护结构的传热系数，W/（m2）；,围护结构的传热阻， m2/W；,、 围护结构内表面、外表面的换热系数，W/（m2）；,、 围护结构内表面、外表面的换热阻，m2/W；,围护结构各层材料的厚度，m；,围护结构各层材料的导热系数，W/（m）；,围护结构本体（包括单层或多层结构材料层及封闭的空气间层）的热阻，m2/W。,一些常用建筑材料的导热系数值，可见附录1-4。,课题2 围护结构的基本耗热量,围护结构表面换热过程是对流和辐射的综合过程。,围护结构内表面换热是壁面与邻近空气及其它壁面由于温差引起的自然对流和辐射换热的共同作用，而在围护结构外表面主要是由于风力作用产生的强迫对流换热，辐射换热占的比例较小。工程计算中采用的换热系数和换热阻值分别于列,表1-2,和,表1-3,。,常用围护结构的传热系数K值可直接从有关资料中查得。一些常用围护结构的传热系数K值，可见附录1-5。,课题2 围护结构的基本耗热量,围 护 结 构 内 表 面 特 征,n,R,n,W/（m,2,）,m,2,/W,墙、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚，当h/s0.3时,8.7,0.115,有肋状突出物的顶棚，当h/s0.3时,7.6,0.132,注：表中h肋高(m)；s肋间净距(m)。,内表面换热系数n与换热阻Rn 表1-2,课题2 围护结构的基本耗热量,围 护 结 构 外 表 面 特 征,w,R,w,W/m,2,m,2,/W,外墙和屋顶,23,0.04,与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板,17,0.06,闷顶和外墙上有窗的非采暖地下室上面的楼板,12,0.08,外墙上无窗的非采暖地下室上面的楼板,6,0.17,外表面换热系数w与换热阻Rw 表1-3,课题2 围护结构的基本耗热量,（2）由,两种以上材料组成的、两向非匀质围护结构,的传热系数K值,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。这种墙体属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K值时，通常采用近似计算方法或实验数据。下面介绍中国建筑科学研究院建筑物理所推荐的一种方法。,首先求出围护结构的平均传热阻,m2/W (1-6),课题2 围护结构的基本耗热量,式中 平均传热阻，m2/W；,垂直热流方向的总传热面积，m2(如,图1-2,)；,按平行热流方向划分的各个传热面积，m2（如图2-3）；,对应于传热面积Fi上的总热阻，m2/W；,、 内表面、外表面换热阻，m2/W；,平均传热阻修正系数，按,表1-4,取值。,两向非匀质围护结构传热系K值，再用下式确定：,W/（ m2） (1-7),课题2 围护结构的基本耗热量,图1-2 非匀质围护结构传热阻计算图,课题2 围护结构的基本耗热量,序 号,2,1,或(,2,+,3,)2,1,1,0.090.19,0.86,2,0.200.39,0.93,3,0.400.69,0.96,4,0.700.99,0.98,注:(1)当围护结构由两种材料组成,2应取较小值,1为较大值,由比值21确定.,(2)当围护结构由三种材料组成，值应由比值(2+3)21确定。,(3)当围护结构中存在圆孔时，应先将圆孔折算成同面积的方孔，然后再进行计算。,修正系数值 表1-4,课题2 围护结构的基本耗热量,（3）空气间层传热系数K值,在严寒地区和一些高级民用建筑，围护结构内常用空气间层以减少传热量，如双层玻璃、复合墙体的空气间层等。间层中的空气导热系数比组成围护结构的其它材料的导热系数小，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。,空气间层的热阻难以用理论公式确定。在工程设计中，可按,表1-5,的数值计算。,课题2 围护结构的基本耗热量,位置、热流状况,间 层 厚 度 （cm）,0.5,1,2,3,4,5,6以上,热流向下（水平、倾斜）,0.103,0.138,0.172,0.181,0.189,0.198,0.198,热流向上（水平、倾斜）,0.103,0.138,0.155,0.163,0.172,0.172,0.172,垂直空气间层,0.103,0.138,0.163,0.172,0.181,0.181,0.181,空气间层热阻R（m2/W） 表1-5,课题2 围护结构的基本耗热量,（4）地面的传热系数,在冬季，室内热量通过靠近外墙的地面传到室外的路程较短，热阻较小；而通过远离外墙的地面传到室外的路程较长，热阻增大。因此，室内地面的传热系数(热阻)随着离外墙的远近而变化，但在离外墙约8m以远的地面，传热量基本不变。基于上述情况，在工程上一般采用近似方法计算，,把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，如,图1-3,所示。,1）,贴土非保温地面,(组成地面的各层材料导热系数都大于1.16W（m）的传热系数及热阻值见,表1-6,。第一地带靠近墙角的地面面积(如图1-3中的阴影部分)需要重复计算。,课题2 围护结构的基本耗热量,图1-3 地面传热地带的划分,课题2 围护结构的基本耗热量,地 带,R,0,K,0,m,2,/W,W/ （m,2,）,第一地带,2.15,0.47,第二地带,4.30,0.23,第三地带,8.60,0.12,第四地带,14.2,0.07,非保温地面的传热系数和换热阻 表1-6,课题2 围护结构的基本耗热量,2),贴土保温地面,(组成地面的各层材料中，有导热系数,小于1.16W（m）的保温层)各地带的热阻值，可按下式计算,m2/W (1-8),式中 贴土保温地面的换热阻，m2W；,Ro非保温地面的换热阻，m2W，(按表2-6取值)；,保温层的厚度，m；,保温材料的导热系数，W/m。,3)铺设在地垄墙（如,图1-4,所示）上的保温地面各地带的,换热阻值,，可按下式计算,m2W (1-9),课题2 围护结构的基本耗热量,图1-4 铺设在地垄墙上的地面,课题2 围护结构的基本耗热量,2.1.5 围护结构传热面积的丈量,不同围护结构传热面积的丈量方法按,图1-5,的规定计算。,外墙面积的丈量，高度从本层地面算到上层的地面(底层除外，见,图1-5,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。外墙的平面尺寸，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。,门、窗的面积按外墙外表面上的,净空尺寸,计算。,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，顶棚面积按建筑物外廓尺寸计算。,课题2 围护结构的基本耗热量,图1-5 围护结构传热面积的尺寸丈量规则,课题2 围护结构的基本耗热量,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，但传热地带的划分，应从,与室外地面相平的墙面,算起，亦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，如,图1-6,所示。,课题2 围护结构的基本耗热量,图1-6 地下室面积的丈量,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,围护结构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，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。这些修正耗热量称为,围护结构附加(修正)耗热量,。通常按,基本耗热量的百分率,进行修正。,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本耗热量的修正。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃窗使室内得到热量，同时由于受阳面的围护结构较干燥，外表面和附近空气温升高，围护结构向外传递热量减少。采用的修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。需要修正的,耗热量,等于垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。如,图1-7,。,3.1 朝向修正耗热量,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,图1-7 朝向修正百分数,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,选用上述朝向修正率时，应考虑当地冬季日照率、辐射照度、建筑物使用和被遮档等情况。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,-100,。东、西向可不修正。,此外，还有一种适于全国各主要城市用的朝向修正率，见附录1-6。使用本附录时，要注意该附录的适用条件与计算条件。,课题3 围护结构的附加(修正)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。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是对应风速,约为4m/s,的计算值。我国大部分地区冬季平均风速一般为,23m/s,。因此，在一般情况下，不必考虑风力附加。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、厂区内特别高出的建筑物，才考虑垂直的外围护结构附加,510,。,3.2 风力附加耗热量,课题3 围护结构的附加(修正)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。,民用建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，每高出,1m应附加2%,，但总的附加率,不应大于15%,。计算时应,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。,对于多层建筑物的楼梯间，,不考虑,高度附加。,3.3 高度附加耗热量,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,外门附加耗热量,是考虑建筑物外门开启时，侵入冷空气导致耗热量增大，而对外门基本耗热量的修正。对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按,表1-7,查出的相应的附加率。阳台门不应考虑外门附加。,3.4 外门附加耗热量,课题3 围护结构的附加(修正)耗热量,外 门 布 置 状 况,附 加 率,一道门,65n,两道门（有门斗）,80n,三道门（有两个门斗）,60n,公共建筑和工业建筑的主要出入口,500,外 门 附 加 率 表1-7,注：n建筑物的楼层数。,课题4 冷风渗透耗热量,在冬季，建筑物由于室外空气与建筑物内部的竖直贯通通道（如楼梯间、电梯井等）空气之间的密度差形成的热压以及风吹过建筑物时在门窗两侧形成的风压作用下，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,很多，如建筑物内部隔断、门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。总的来说，对于多层（六层及六层以下）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。对于高层建筑，室外风速会随着高度的增加而增大，热压作用不容忽视。在计算高层建筑冷风渗透耗热量时，则应考虑风压与热压的综合作用。,课题4 冷风渗透耗热量,计算冷风渗透耗热量的常用方法有,缝隙法、换气次数法和百分数法,。,缝隙法,是计算不同朝向门窗缝隙长度及每米缝隙渗入的冷空气量，进而确定其耗热量的一种方法，是常用的较精确的计算方法。,在工程设计中，多层（六层或六层以下）的建筑物计算冷风渗入耗热量时，主要考虑风压的作用，忽略热压的影响。而高层建筑则应综合考虑风压和热压的综合影响（详见有关资料）。,多层建筑冷空气量L可按下式近似计算：,(1-10),4.1 缝隙法,课题4 冷风渗透耗热量,式中 不同类型门窗、不同风速下每米缝隙渗入的空气量，m3/(mh)，可根据当地冬季室外平均风速，按,表1-8,的实验数据采用；,门、窗缝隙的计算长度，m；,n渗透空气量的朝向修正系数。,朝向修正系数n是考虑门、窗缝隙处于不同朝向时，由于室外风速、风温、风频的差异，造成不同朝向缝隙实际渗入的空气量不同而引入的修正系数。,我国主要集中供暖城市的n值见附录1-7。,课题4 冷风渗透耗热量,门窗类型,冬 季 室 外 平 均 风 速 （m/s）,1,2,3,4,5,6,单层木窗,1.0,2.0,3.1,4.3,5.5,6.7,双层木窗,0.7,1.4,2.2,3.0,3.9,4.7,单层钢窗,0.6,1.5,2.6,3.9,5.2,6.7,双层钢窗,0.4,1.1,1.8,2.7,3.6,4.7,推拉铝窗,0.2,0.5,1.0,1.6,2.3,2.9,平开铝窗,0.0,0.1,0.3,0.4,0.6,0.8,每米门、窗缝隙渗入的空气量,m3/(mh) 表1-8,注： 1.每米外门缝隙渗入的空气量，为表中同类型外窗的两倍。,2.当有密封条时，表中数据可乘以0.50.6的系数。,课题4 冷风渗透耗热量,加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按下式计算：,W (1-11 ),式中 由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量,W；,空气的定压比热容，cp=1kJ/(kg)；,采暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；,L渗透冷空气量，m3/h；,采暖室内计算温度，；,采暖室外计算温度，。,课题4 冷风渗透耗热量,对于多层建筑的渗透空气量，当无相关数据时，可按以下公式计算：,L=kV (1-12),式中 V房间体积，m3；,k换气次数（次/h）。当无实测数据时，可按,表1-9,采用。,4.2 换气次数法,课题4 冷风渗透耗热量,房间类型,一面有外,窗房间,二面有外,窗房间,三面有外,窗房间,门 厅,k,0.5,0.51.0,1.01.5,2,换 气 次 数 （次/h） 表1-9,课题4 冷风渗透耗热量,工业建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按表2-12估算。,4.3 百分数法,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,确定围护结构传热阻时，围护结构内表面温度n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，n值应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tn与围护结构内表面温度n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围护结构传热阻，称为最小传热阻。,在一个规定年限内，使建筑物的建造费用和经营费用之和最小的围护结构传热阻，称为,围护结构的经济传热阻,。建造费用包括围护结构和采暖系统的建造费用。经营费用包括围护结构和采暖系统的折旧费、维修费及系统的运行费（水、电费，工资，燃料费等）。,5.1 围护结构最小传热阻与经济传热阻的概念,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,按经济传热阻原则确定的围护结构传热阻值，要比目前采用的传热阻值大得多。利用传统的砖墙结构，增加其厚度将使土建基础负荷增大、使用面积减少；因而建筑围护结构采用复合材料的保温墙体，将是今后建筑节能的一个重要措施。,工程设计中，围护结构的最小传热阻应按下式确定,式中 围护结构的最小传热阻，m2/W；,5.2 最小传热阻的确定,m2/W (1-13),课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,采暖室内计算温度tn与围护结构内表面温度n的允许温差，；按,表1-11,选用；,冬季围护结构室外计算温度，。,公式（1-13）是稳定传热公式。实际上随着室外温度波动，围护结构内表面温度也随之波动。热惰性不同的围护结构，在相同的室外温度波动下，围护结构的热惰性越大，则其内表面温度波动就越小。,冬季围护结构室外计算温度tw按围护结构热惰性指标D值分成四个等级来确定，见,表1-12,。,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,建 筑 物 及 房 间 类 别,外 墙,屋 项,居住建筑、医院和幼儿园等,6.0,4.0,办公建筑、学校和门诊部等,6.0,4.5,公共建筑（上述指明者除外）和工业企业辅助建筑物（潮湿的房间除外）,7.0,5.5,室内空气干燥的工业建筑,10.0,8.0,室内空气湿度正常的工业建筑,8.0,7.0,室内空气潮湿的公共建筑、生产厂房及辅助建筑物：,当不允许墙和顶棚内表面结露时,当仅不允许顶棚内表面结露时,t,n,-t,1,7.0,0.8(t,n,-t,1,),0.9(t,n,-t,1,),室内空气潮湿且有腐蚀性介质的生产厂房,t,n,-t,1,t,n,-t,1,室内散热量大于23W/m,3,，且计算相对湿度不大于50的生产厂房,12.0,12.0,允 许 温 差 ty 值 （） 表1-11,注：室内空气干湿程度的区分，应根据室内温度和相对湿度按暖通规范规定确定；,与室外空气相通的楼板和非采暖地下室上面的楼板，其允许温差ty值，可采用2.5；,表中t1在室内计算温度和相对湿度状况下的露点温度，。,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,围护结构类型,热惰性指标D值,t,w,的取值（）,6.0,t,w,=t,wn,4.16.0,t,w,=0.6t,wn,+0.4t,pmin,1.64.0,t,w,=0.3t,wn,+0.7t,pmin,1.5,t,w,=t,pmin,冬季围护结构室外计算温度（） 表1-12,注：表中twn和tpmin分别为采暖室外计算温度和累年最低日平均温度（）。,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,匀质多层材料组成的平壁围护结构的D值，可按下式计算：,式中 各层材料的换热阻，m2/W；,各层材料的蓄热系数，W/m2。,当居住建筑、医院、幼儿园、办公楼、学校和门诊部等建筑物的外墙为轻质材料或内侧复合轻质材料时，外墙的最小传热阻应在按式(1-13)计算结果的基础上进行附加。其附加值应按,表1-13,的规定采用。,（1-14）,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,外墙材料与构造,当建筑物在连续供热热网中时,当建筑物在间歇供热热网中时,密度为8001200kg/m,3,的轻骨料混凝土单一材料墙体,1520,3040,密度为500800kg/m,3,的轻混凝土单一材料墙体；外侧为砖或混凝土、内侧复合轻混凝土的墙体,2030,4060,平均密度小于500kg/m,3,的轻质复合墙体；外侧为砖或混凝土、内侧复合轻质材料(如岩棉、矿棉、石膏板等)墙体,3040,6080,轻质外墙最小传热阻的附加值() 表1-13,课题5 围护结构的最小传热阻与经济传热阻,(1) 采用轻质高效保温材料与砖、混凝土或钢筋混凝土等材料组成的复合结构，轻质保温材料应放在中间。,(2) 采用密度为500800kg/m3的轻混凝土和密度为8001200kg/m3的轻骨料混凝土作为单一材料墙体，内外侧宜作水泥砂浆抹面层或其他重质材料饰面层。,(3) 采用多孔黏土空心砖或多排孔轻骨料混凝土空心砌块墙体。,(4) 采用封闭空气层或带有铝箔的空气层。,5.3 提高围护结构传热阻值采取的措施,课题6 采暖设计热负荷计算例题,【例题1-1】,图1-8,为徐州市某办公楼的平面图。试计算一层101办公室的采暖设计热负荷。,已知条件：,采暖室外计算温度 =-5；冬季室外风速：3.6m/s。,室内计算温度：办公室 =18，走廊不采暖。,围护结构：,外墙：一砖墙，外表面水泥砂浆抹面，内表面水泥砂浆抹面、白灰粉刷、厚度均为20mm；,外窗：单层钢窗，C3：1500 mm2300 mm。采用密封条封窗。,层高：3.3m（从本层地面上表面算到上层地面上表面）；,地面：不保温地面；,课题6 采暖设计热负荷计算例题,图1-8 例题1-1热负荷计算示意图,课题6 采暖设计热负荷计算例题,【解】 1.围护结构的基本耗热量Q1,(1)南外墙：,查附录1-5得：外墙传热系数K2.08 W/(m2)，温差修正系数1,传热面积F（3.3+0.12）3.3-1.52.37.84 (m2),按公式（1-1）计算南外墙的基本耗热量：,QKF(tntwn）12.087.8418-(-5)375.07（W),南向的朝向修正率，取-15%,朝向修正耗热量Q375.07（-0.15）-56.26（W),本办公楼不需进行风力修正，高度未超过4m，不需进行高度修正,南外墙的实际耗热量：,课题6 采暖设计热负荷计算例题,Q1Q1+ Q1“318.81（W）,(2)南外窗：,查附录15得：南外窗传热系数K6.40 W/(m2)，温差修正系数1,传热面积F1.52.33.45 (m2),基本耗热量QKF(tntwn)16.403.4518-(-5)507.84（W),朝向修正耗热量Q“为：Q”507.84（-0.15）,-76.18（W),南外窗实际耗热量：Q1Q1+ Q1431.66（W),课题6 采暖设计热负荷计算例题,(3)西外墙：,外墙传热系数K2.08 W/(m2)，温差修正系数,1,传热面积F（6.6+0.12）3.322.18 (m2),基本耗热量QKF(tntwn)12.0822.18(18+5)1061.09（W),西向的朝向修正率，取-10%,朝向修正耗热量：Q“1061.09（-0.1）,-106.11（W),西外墙的实际耗热量：,Q1Q1+ Q1954.98（W）,课题6 采暖设计热负荷计算例题,（4）北内墙,查附录1-5得:内墙的传热系数K1.72 W/(m2),查表1-1，温差修正系数0.7,传热面积F（3.3+0.12）3.3-1.22.6,8.17 (m2),基本耗热量QKF(tntwn)0.71.728.17(18+5)226.24（W),课题6 采暖设计热负荷计算例题,（5）北内门,查附录15得:门传热系数K2.91 W/(m2),温差修正系数0.7,传热面积F1.22.63.12(m2),基本耗热量QKF(tntwn)0.72.913.12(18+5)146.18（W),（6）地面,地面划分地带如图下图所示：,图1-9 划分地带,课题6 采暖设计热负荷计算例题,地带：第一地带传热系数K10.47 W/(m2),F1（3.3+0.12）2+（6.6+0.12）220.28 (m2),第一地带传热耗热量：,Q1KF(tntwn)0.4720.2818-(-5)219.23（W),第二地带传热系数K20.23 W/(m2),F2（3.3+0.12-2）2 +（6.6+0.12）2,12.28(m2),第二地带传热耗热量：,Q2KF(tntwn)0.2312.2818-(-5)64.96（W),地面的传热耗热量：,Q1Q1+ Q2219.23 + 64.96284.19（W),课题6 采暖设计热负荷计算例题,101室房间围护结构的总传热耗热量：,Q1=318.81+431.66+954.98+226.24+146.18+284.19=2362.06（W),2.冷风渗透耗热量,按缝隙法计算：,(1)南外窗，如下图,图1-10 窗缝长度（南）,课题6 采暖设计热负荷计算例题,外窗为三扇，带上亮，两侧窗扇可开启，中间一扇固定。,外窗（两个）缝隙总长度为：,L（1.84+0.58）222.40(m) （包括气窗）,查表210：在V3m/s的风速下单层钢窗每米缝隙每小时渗入的冷空气量为2.6 m3/(mh),由于采用密封条封窗，渗入量减少为0.6倍：,L0=2.60.61.56（m3/(mh)）,根据twn-0.5，查得w1.513kg/m3,朝向修正系数，南向取n0.40,按公式215计算南外窗的冷空气渗入量：,LL0ln1.5622.40.413.98（m3/h）,课题6 采暖设计热负荷计算例题,南外窗的冷风渗透耗热量：,Q20.28CpwnL（tn-twn）,0.2811.51313.9818-(15),136.22(W),小 结,本单元系统介绍了采暖系统设计热负荷的基本概念，围护结构的基本耗热量的计算公式和计算方法，围护结构的附加（修正）耗热量和冷风渗透耗热量的计算方法，围护结构的最小传热阻和经济传热阻的计算等知识。,在学习过程中，要让学生重点掌握围护结构耗热量的计算方法和步骤，所使用的公式和表格，锻炼学生收集资料的能力；同时掌握冷风渗透耗热量计算方法，能够进行围护结构最小传热阻的确定与校核，在进行课后训练时最好能够与课程设计的热负荷计算结合起来。,思考题与习题,1.什么是采暖系统的热负荷、采暖系统的设计热负荷？,2.采暖系统的设计热负荷由哪几部分组成？写出计算式，简述每一项代表的意义。,3.什么是围护结构的耗热量？包括哪几大部分？,4.围护结构的基本耗热量如何计算？简述每一项代表的意义。,5.围护结构的基本耗热量为什么要进行温差修正？哪些因素影响温差修正系数值？,6.怎样计算围护结构传热面积、传热系数？,6.围护结构耗热量为什么要进行朝向修正、风力附加、高度附加、外门附加？如何修正？,7.分户计量热负荷计算与常规热负荷计算有什么不同？,思考题与习题,8.房间热负荷如何计算？,9.为什么围护结构要进行校核最小传热阻？最小传热阻的计算公式，简述每一项代表的意义。,10.计算冷风渗透耗热量的常用方法有哪些？,11.了解围护结构耗热量计算的方法、步骤。,12.通过练习会进行围护结构热负荷计算。,Thank You!,