【土木建筑】 热负荷、冷负荷与湿负荷计算

第二章 热负荷、冷负荷与湿负荷计算1、冷负荷：为保证房间或物体低于周围环境温度所需供给的冷量，称为冷负荷。2、热负荷：为保证房间或物体高于周围环境温度所需供给的热量，称为热负荷。3、湿负荷：为了维持房间温度恒定需从房间除去湿量称为湿负荷。4、正确确定冷热湿负荷的意义：负荷计算是暖通空调设计的依据，关系到环境指标保证设备畜量大小、方案确定，系统管道大小等。5、冷、热、湿负荷计算依据：室外气象参数和室内需求保持的参数。2-1室内空气计算参数：一 室外空气计算参数：1室外空气计算参数：指在负荷计算中所采用的室外空气参数。2确定室外空气计算参数：按现行的?采暖通风与空气调节设计标准?GBJ19-87中规定的计算参数，见附录2-1。3我国确定室外空气计算参数的根本原那么：按不保证天数法即全年允许有少数时间不保证室内温湿度标准，假设必须全年保证时，参数需另行确定。4室外空气计算参数的分类：1、夏季空调室外计算干、湿球温度确定原那么：?标准?确定，夏季空调室外计算干球取室外空气历年平均不保证50h的干球温度；湿球温度也同样。历年平均：指19501980三十年平均。用途：用于计算夏季新风冷负荷。2、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度：空调因围护结构传热负荷计算原理：按不稳定传热过程计算，因此，须知夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度逐时温度：逐时温度 夏季空调室外计算日平均温度，标准规定取历年平均不保证5天的日平均温度，见附录2-1。室外空气温度逐时变化系数，按表2-1确定；夏季空调室外计算平均日较差， 按附录2-1或下式计算 式中夏季空调室外计算干球温度3、冬季空调室外空气计算温度、相对湿度冬季空调室外空气计算温度的用途：在冬季利用空调供暖时，计算围护结构的热负荷和新风负荷均用此温度。确定原那么：标准规定历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度。见附录2-1相对湿度：?标准?规定，采用历年一月份平均相对湿度的平均值作为冬季空调室外空气计算相对湿度。4.冬季采暖室外计算温度和冬季通风设计温度采暖室外计算温度确实定：?标准?规定取历年平均不保证5天的日平均温度。通风室外计算温度确实定：取累年最冷月平均温度。采暖室外计算温度的用途：用于计算建筑物围护结构的热负荷及消除有害物通风的进风热负荷也即供暖系统设计热负荷，通风室外计算温度的用途：计算全面通风的进风热负荷。5、夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度：通风室外计算温度确实定?标准?规定取历年最热月14时的月平均温度的平均值。通风室外计算相对湿度确实定：取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值。温度及湿度用途：计算消除余热余湿的通风及自然通风进风需冷却时，进风冷负荷也采用。二、室内空气计算参数室内需空气计算参数选择考虑因素：1、房间使用功能对舒适性的要求。主要因素是空气温度、湿度和气流速度，其次为衣着，空气新鲜程度，室内各外表的温度，人员活动情况等。2、地区、冷热湿情况、经济条件和节能要求等因素。?标准?对舒适性空调采暖、室内计算参数如下：见P10下部具体见表2-2，表2-3工艺性见参考文献42-2冬季建筑的热负荷采暖设计热负荷确实定依据：按平衡原理，即热负荷=失热量-得热量民用建筑：失热量：围护结构耗热量、由门窗缝隙渗入冷空气外门开启侵入冷空气。得热量：太阳辐射工业建筑：失热量：除上述民用建筑失热量工程，还有冷物料运输工具、水分蒸发。得热量：设备散热，热物料一、围护结构的耗热量围护结构耗热量包含内容：围护结构温差传热量。缝隙渗入冷空气。外门开启侵入。太阳辐射，上述代数和，分为根本耗热量和附加耗热量。1、围护结构的根本耗热量按2-3式计算式中Qj局部围护结构的根本耗热量，W；j局部围护结构的根本传热面积，j局部围护结构的根本传热系数W/；冬季室内计算温度 ；t0.W冬季室内计算温度 ；围护结构的温差修正系数，无量纲，见表2-4确实定a、外墙高度，本层地面到上层地面中间层。底层，由地面下外表到上层地面。顶层，平屋顶到屋顶外外表。斜屋面：到门顶的保温层外表。长：外外表到外外表，外外表到中心线，中心线到中心线。b、门、窗按净空尺寸。C、地面、屋顶面积，地面和门顶按内廓尺寸，平屋顶，按外廓。d、地下室，位于室外地面以下的外墙，按地面确实定。 查有关手册 =8.72 W/ =23.26 W/计算多层匀质平壁 地面通常用地带划分法，第一地带=0.47 W/第二地带=0.23 W/第三地带=0.12 W/第四地带=0.07 W/2、围护结构附加耗热量朝向修正耗热量产生原因:太阳辐射对建筑物得失热量的影响,?标准?规定对不同朝向的垂直围护结构进行修正.修正方法:采用修正率，见教材，注意各地规定。加减到根本耗热量上。风力附加耗热量，产生原因：风力增强。?标准?规定见教材，一般城市中建筑物可不附加外门开启附加产生原因：加热开启外门侵入的冷空气。方法：短时间开启，无热风幕，按表2-5高度附加原因：高度过高，强度梯度方法：当净高起过4m时，每增加1米，附加率为2%，最大不超过15%，高度附加是在根本耗热量和其他附加耗热量总和上。通过某一围护结构传热量耗热量，可写成二、门窗缝隙渗入冷空气的耗热量1、产生原因：因风压与热质作用室外空气经门窗缝隙进入室内。2、方法：?标准?规定，对六层以下的按缝隙法。 2-4加热渗入冷空气耗热量w0.278单位换算系数 1KJ/h=0.278wL经每m门窗缝隙渗入室内的冷空气量m3/h.m根据冬季室外平均风速.查表2-6l门窗可开启局部缝隙长度m室外空气密度kg/m3Cp空气压质量比热 1Kj/kg. m冷风渗适量的朝向修正系数,见表2-7注意:1、空调房间通常保护气压，不计算冷风渗透 2、封窗，可不计算 3、高层建筑有关手册2-3夏季建筑围护结构的冷负荷1、冷负荷计算方法：冷负荷系数法，根底是传递函数法将围护结构或空调房间连同空气视为热力系数将外扰或室内得热作为系统的输入，当计算某建筑物空调冷负荷时，按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热方法，便于手算。2、冷负荷产生原因：室内外温差，太阳辐射，人体、照明、设备散热。一、围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法：1、外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷逐时冷负荷按下式 2-5外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷wA外墙和屋面的面积K外墙和屋面和传热系数，查附录2-2，2-3室内计算温度-外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，查附录2-4，2-5。注：1附录2-4，2-5给出的是以北京地区气象参数计算而得，对其他地区，应修正，成为+,可由附录2-6查得。2当18.6 W/时,应将+td查表2-8中的修正值.=3.5+5.603当变化时,可不修正. 一般取8.7.4表中吸收系数已建议采用=0.90,但有把握保持外外表的中线色时,表中数值可查表2-9所列吸收系数修正值.因此,外墙和屋面的冷负荷计算温度为冷负荷计算式改为:2、内围护结构冷负荷：产生原因：邻室为非空调房间，或有发热量。负荷计算：a、邻室为非空调房间，且通风良好，通过内墙与楼板传热冷负荷，可按式2-5计算。b、当邻室有发热量时，可视作稳定传热，按下式 内周护结构传热系数W/M2、OC；内周护结构面积m2；夏季空调室外计算的平均温度；附加温升，按表2-10选取。3、外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷。通过外玻璃窗冷负荷因温差作用外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷。外窗传热系数W/m2、OC窗口面积m2；外窗冷负荷温度的逐时值，由附录2-10所得；注：1值要根据窗框情况不同修正，修正值查附录2-9；2要进行地占修正，修正值 可查附录2-11。因此，式2-9变为：二、通过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法。一日射得热因数的概念。1、日射得热的分类：两局部，通过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热和窗玻璃吸收太阳辐射后使入室内热量。2、影响因素，窗类型，遮阳设施，太阳入射角及太阳辐射强度。3、比照计算方法：因素组合太多，无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强度间的系数关系，于是采用一种比照计算方法，采用3mm厚玻璃普通平板作标准玻璃，在=8.7w/ m2.OC和=18.6w/ m2、OC条件下，得出夏季七月份为代表，通过这一“标准玻璃的日射得出量和值。 称为反射得热因数。经统计计算，得出适用于各地区不同纬度的，由附录2-12查得。在非标准玻璃情况下，不同窗类型和遮阳设施对得热影响可对加以修正，乘窗玻璃的综合遮挡系数. ：室玻璃的遮阳系数定义式为由附录2-13查得；室内遮阳设施的遮阳系数，由附录2-14查得。外遮阳不合格。二通过玻璃窗的反射得热引起的冷负荷的计算方法冷负荷 式中 Aw窗口面积m2；Ca有效面积系数，附录2-15查得；CLQ窗玻璃冷负荷系数，无因次，附录2-16至2-19查得。注意：CLQ分南北区，以北纬2730为界。2-4室内热源散热引起的冷负荷。1、室内热源散热的构成：工艺设备散热，照明散热和人体散热。2、室内热源散热的类型：显热和潜热显热：因温差造成，以对流形式散出的成为瞬时冷负荷。以辐射形式散出的成为先被围护结构或家俱外表所吸收，。然后再缓慢散出，形成滞后冷负荷，要采用冷负荷系数。潜热，因水分凝结放热，为瞬时冷负荷。一、设备散热形成的冷负荷按下式计算：式中：-设备和用户显热形成的冷负荷，W；-设备和用具的实际显热散热量，W；CLQ设备和用具的实际显热冷负荷系数，可由附录2-20、20-21查得，如果空调系统不连续运行，那么CLQ=1.0设备和用具的实际显热散热量的计算。1、电动设备，当工艺设备和电动机都在室内时=1000n1n2n3N/当工艺设备在室内，而电动机不在室内=1000n1n2n3N当工艺设备不在室内，而只有电动机在室内时N电动设备的安装功率KW；电动机效率，可由产品样本查，Y系列电动见表2-11。n1利用系数，电动最大实效功率与安装功率之比，一般取0.7-0.9。n2电机负荷系数，电机每小时平均实数耗功率与机器设计时最大实数功率之比，精密机床可取0.15-0.40，普通机床取0.5左右。n3同时使用系数，电机同时使用安装功率与总安装功率之比，一般取0.5-0.8。2、电热设备散热量对无保温密闭罩，按下式计算=1000n1n2n3n4Nn考虑排风带走热量的系数，一般取0.5，其他符号同前。3、电子设备计算公式同2-17其中n2根据使用情况而定，计算时取1.0，一般仪表取0.5-0.9。二、照明设备形成的冷负荷特点：电压一定时，室内照明散热量不随时间变化，是稳定散热量，但以对流与辐射两种方式散热，仍采用冷负荷系数。白炽灯=1000N黄火灯=1000n1n2式中：灯具散热形成的冷负荷，W；N灯具所需功率KW；n1镇流器消耗功率系数，明装黄火灯的镇流器在空调房间内时，取n1=1.2，当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时n1=1.0。n2灯罩隔热系数，当灯罩上部有孔，可利用自然通风散热于顶棚内时n2=0.5-0.6，无通风孔n2=0.6-0.8；照明散热冷负荷系数，可由附录2-22查得。三、人体散热形成的冷负荷1、影响人体散热因系：性别、年龄、衣着、活动强度及周围环境条件温、湿度等。2、特点：潜热量和对流热形成瞬时冷负荷，辐射形成滞后冷负荷，采用冷负荷系数进行计算。3、计算根底：为设计计算方便，以成年男子散热量为计算根底，对不同功能建筑物中各类人员进行修正，引入群集系数，表2-12给出数据。4、人体显热散热引起的冷负荷计算式为 2-21式中：人体显热散热形成的冷负荷，W。不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W见表2-13。n室内全部人数；群集系数，见表2-12；冷负荷系数，由附录2-23查得。注：人员密集的场所影院、剧院、会堂等由于人体对围护结构和室内物品的辐射换热量相应减少，可取=1.0。5、人体潜热散热引起的冷负荷计算式为： w人体潜热形成的冷负荷，W。不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W见表2-13；n,同式2-21。2-5湿负荷1、湿源：人体散湿，敝开水池横外表散湿，地面积水，洗涤洗浴，工艺过程等。2、湿负荷，为维持室内确定的空气含湿量需去除的湿量。一 人体散湿量人体散湿量按下式计算， =0.278ng*式中人体散湿量kg/s.-成年男子小时散湿量，见表2-13。同式2-21二 敞开水外表散湿量按下式式中：敞开水外表的散湿量，kg/s；W单位水面蒸发量，kg/ 见表2-14；A蒸发外表面积，。2-6新风负荷1、通风换气的作用：保障良好的室内空气品质。2、室外新鲜空气简称新风的处理：夏季：室外空气焓值和温度比室内空气高，消耗冷量，冬季：气温低，含湿量少，消耗热量和加湿量。3、新风能量消耗比重，空调新风能耗约占总能耗25%-30%，高级宾馆和办公建筑可高达40%耗能可观。4、新风量确定原那么：满足空气品质前提下，尽量选较小的必要新风量。按标准手册规定或推荐 计算在6-3和8-2讲5、夏季空调新风冷负荷按下式计算：式中夏季新风冷负荷KW新风量kg/s室外空气焓值kj/kg室内空气的焓值kj/kg 6、冬季空调新风热负荷按下式计算。式中空调新风热负荷kw空气定压比热kj/kg.R ,取1.005KJ/KG.冬季空调室外计算温度冬季空调室内计算温度2-7空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷图2-1给出空调制冷系统负荷的组成框图，表示出空调室内的冷负荷，与制冷系统负荷的形成及组成。可看出：1. 得热量与冷负荷是两个概念不同而又有关联的量房间得热量：指某一时刻由室内和室外热源进入房间的总和。冷负荷：维持室内温度恒定，在某一时刻应从房间除去的热量。差异所在：瞬间得热量中，以对流方式传递的显热，潜热直接放热给空气，构成瞬时冷负荷。辐射方式传热量，是为围护结构和物体吸收并贮存，然后放出。瞬时得热量瞬时冷负荷只有当得热量中不存在辐射方式热量或结构和物体无蓄热能时才相等。2、室内冷负荷：包括由于室内外温差和太阳辐射，通过围护结构使入室内的热量形成的冷负荷。人体散热，散温形成的冷负荷。灯光照明散热形成的冷负荷。其它设备散热形成的冷负荷。上述空调室内负荷是确定空调送风处理过程，系统设定和设备密度的依据之一。3、新风冷负荷：处理新风的冷负荷。4、制冷系统冷负荷：从热平衡角度分析，系统冷负荷包括：室内冷负荷；新风冷负荷以上两项是主要局部；制冷量输送过程传热；冷损失输送设备风机、泵的机械能转变的得热量；某些空调系统采用冷、热抵消的调节手段如再加热；其它进入空调系统的热量顶棚回风，灯光热量带入回风系统。系统冷量=房间冷负荷+新风负荷+冷损失+各系统需求冷量。注意：在选择系统总装机冷量时，对各房间最大冷负荷逐时叠加以某时刻出现的最大冷负荷作为选择依据。2-8计算举例例2-1试计算西安某宾馆客房502客房夏季的空调计算负荷。条件：1客房平面尺寸如图2-2层高为3500mm2屋顶：构造如图2-3，从上到下八层见教材查附录2-2 k=0.48w/属于型。3两外墙：构造图2-4查附录2-3 k=1.50 w/属于型。4两外窗：双层金属窗3mm原普通玻璃，80%玻璃白色常，窗高2000mm；5内墙；邻室包括走廊，均与客房温度相同；6每间客房2人，在房间总小时数为162小时；7室内压力稍高于室外；8室内照明：荧光灯明装200w,开灯时间16:00-24:009空调设计运行时间：24小时；10西安市室外气象条件见教材11客房计算系数：见教材解：按此题条件分项计算1、屋顶冷负荷：由附录2-5查出按式2-7算出逐时冷负荷列于表2-15中。2、两外墙冷负荷由附录2-4查得型外墙将逐时值及计算结果列入表2-16中,3、外窗瞬时传热冷负荷。根据 由附录2-8查得查附录2-9得的修正值对金属框双层窗应本1.2修正系数，由附录2-10查出根据式2-9计算，结果列入表2-17。4、透过玻璃窗日射得热引起冷负荷由附录2-15查得双层钢窗有效面积系数Ca=0.75窗有效面积Aw=5*0.75=3.75。由附录2-13查得遮挡系数Cs=0.86附录2-14查得遮阳系数=0.5综合遮阳系数=0.86*0.5=0.43再由附录2-12中查得纬度40时西向日射得热因数最大值=515w/因西安北纬34度18属于北区由附录2-17查得北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值用公式2-13计算逐时日射得热列入表2-18。5、人员散热引起冷负荷宾馆住宿属极轻劳动，查表2-13当室温为26时，每人散发的显热和潜热为60.5w和73.3w，由表2-12查取群集系数=0.93，由附录2-23查得人体显热散热冷负荷系数通时时，按式2-21计算人体显热逐时冷负荷，列入表2-19人体潜热引起冷负荷为潜热散热乘群集系数结果列表2-196、客房照明散热形成的冷负荷明装荧光灯，镇流器在室内，故镇流器消耗功率系数n1取1.2灯罩隔热系数n2取1.0。由附录2-22查得照明散热冷负荷系数，按公式2-20计算，结果列入表2-20。注意：室内正压，不需考虑室外空气渗透所引起的冷负荷。邻室、走廊同温，不需考虑卧室待热冷负荷。将上述分项计算结果列入表2-21，并逐时相加，得出客房最大冷负荷出现在17:00时，为1455.55w，计算面积冷指标为：夏季新风负荷计算如下：据条件，每个新风量为30/h。人8.33/h，是焓湿图查得：室内空气焓值为63.43kj/kg 室外空气焓值为84.49kj/kg 负荷为公式：例2-2试计算哈尔滨某三层办公楼-办公室101办公室冬季的采暖热负荷。条件：1平面尺寸如图2-5层高为3200mm2外墙为内抹灰两砖外墙k=1.27w/。3内墙为两面抹灰一砖内墙k=1.72w/。4外窗为双层木窗，k=2.67w/。面积Aw=2.77外型尺寸为1.85*1.5m5哈市采暖室外计算温度为-26，办公室为18冬季平均风速为3.3m/s6地面为不保温地面，k值按地带决定。解：按此题条件：计算如下：1、计算结果列入表2-22中，包括根本耗热量和附加耗热量2、冷风渗透耗热量计算：由表2-6查得L=2.8m3/h.m，m=0.25教材有说按公式2-4计算Q2=3、房间采暖热负荷Q=Q1+Q2