單元1采暖系統(tǒng)設計熱負荷.ppt

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供熱工程 GONGREGONGCHENG 武漢理工大學出版社 單元1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 知識目標 1 采暖系統(tǒng)設計熱負荷 2 圍護結構的基本耗熱量 3 圍護結構的附加 修正 耗熱量 冷風滲透耗熱量 4 圍護結構的最小傳熱阻和經(jīng)濟傳熱阻 能力目標 1 能夠掌握圍護結構耗熱量的計算方法 2 能夠進行冷風滲透耗熱量計算方法 3 能夠進行圍護結構最小傳熱阻的確定與校核 4 能夠進行一般建筑物采暖熱負荷的計算 目錄 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 課題2圍護結構的基本耗熱量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 課題4冷風滲透耗熱量 1 2 3 4 目錄 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 課題6采暖設計熱負荷計算例題 5 6 人們?yōu)榱吮ＷC正常的生產(chǎn)和生活 要求室內(nèi)保持一定的溫度 一個建筑物或房間可有各種得熱和散失熱量的途徑 當建筑物或房間的失熱量大于得熱量時 為了保持室內(nèi)在要求溫度下的熱平衡 需要由采暖通風系統(tǒng)補給熱量 以保證室內(nèi)要求的溫度 采暖系統(tǒng)通常利用散熱器向房間散熱 通風系統(tǒng)送入高于室內(nèi)要求溫度的空氣 這樣 一方面向房間不斷地補充新鮮空氣 另一方面也為房間提供熱量 采暖系統(tǒng)的熱負荷是指在某一室外溫度下 為了達到要求的室內(nèi)溫度 采暖系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量 它隨著建筑物得失熱量的變化而變化 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 1 1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 采暖系統(tǒng)的設計熱負荷是指在設計室外溫度下 為了達到要求的室內(nèi)溫度 采暖系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量 它是設計采暖系統(tǒng)的最基本依據(jù) 建筑物失熱量 1 圍護結構的耗熱量 2 加熱由門 窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量 稱冷風滲透耗熱量 3 加熱由門 孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量 稱冷風侵入耗熱量 4 水分蒸發(fā)的耗熱量 5 加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 1 2建筑物得熱量和失熱量 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 6 通風耗熱量 通風系統(tǒng)將空氣從室內(nèi)排到室外所帶走的熱量 7 通過其它途徑的耗熱量 建筑物得熱量 1 生產(chǎn)車間最小負荷班的工藝設備散熱量 2 熱管道及其他熱表面的散熱量 3 熱物料的散熱量 4 太陽輻射進入室內(nèi)的熱量 此外 還會有通過其它途徑散失或獲得的熱量 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 冬季采暖通風系統(tǒng)的熱負荷 應根據(jù)建筑物或房間的得 失熱量確定 對于沒有由于生產(chǎn)工藝所帶來得失熱量而需設置通風系統(tǒng)的建筑物或房間 如一般的民用住宅建筑 辦公樓等 失熱量只考慮上述的前三項耗熱量 得熱量只考慮太陽輻射進入室內(nèi)的熱量 至于住宅中其它途徑的得熱量 如人體散熱量 炊事和照明散熱量 一般散發(fā)量不大 且不穩(wěn)定 通常可不予計入 1 3熱負荷確定的基本原則 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 對沒有裝置機械通風系統(tǒng)的建筑物 圍護結構的耗熱量是指當室內(nèi)溫度高于室外溫度時 通過圍護結構向外傳遞的熱量 在工程設計中 計算采暖系統(tǒng)的設計熱負荷時 常把它分成圍護結構的基本耗熱量和附加 修正 耗熱量兩部分進行計算 基本耗熱量是指在設計條件下 通過房間各部分圍護結構 門 窗 墻 地板 屋頂?shù)?從室內(nèi)傳到室外的穩(wěn)定傳熱量的總和 附加 修正 耗熱量是指圍護結構的傳熱狀況發(fā)生變化而對基本耗熱量進行修正的耗熱量 附加 修正 耗熱量包括朝向修正 風力附加 高度附加和外門附加等耗熱量 課題1采暖系統(tǒng)設計熱負荷 計算圍護結構附加 修正 耗熱量時 太陽輻射得熱量可采用對基本耗熱量附加 減 的方法列入 而風力和高度影響用增加一部分基本耗熱量的方法進行附加 本單元主要闡述采暖系統(tǒng)設計熱負荷的計算原則和方法 對具有采暖及通風系統(tǒng)的建筑 如工業(yè)廠房和公共建筑等 采暖及通風系統(tǒng)的設計熱負荷 需要根據(jù)生產(chǎn)工藝設備使用或建筑物的使用情況 通過得失熱量的熱平衡和通風的空氣量平衡綜合考慮才能確定 課題2圍護結構的基本耗熱量 圍護結構的傳熱耗熱量是指當室內(nèi)溫度高于室外溫度時 通過房間的墻 窗 門 屋頂 地面等圍護結構由室內(nèi)向室外傳遞的熱量 常分為兩部分計算 即圍護結構的基本耗熱量和附加耗熱量 基本耗熱量是指在設計的室內(nèi) 外溫度條件下通過房間各圍護結構穩(wěn)定傳熱量的總和 在工程設計中 圍護結構的基本耗熱量是按一維穩(wěn)定傳熱過程進行計算的 實際上 室內(nèi)散熱設備散熱不穩(wěn)定 室外空氣溫度隨季節(jié)和晝夜變化不斷波動 這是一個不穩(wěn)定傳熱過程 但不穩(wěn)定傳熱計算復雜 所以對室內(nèi)溫度容許有一定波動幅度的一般建筑物來說 采用穩(wěn)定傳熱計算可以簡化計算方法并能基本滿足要求 但對于室內(nèi)溫度要求嚴格 溫度波動幅度要求很小的建筑物或房間 就需采用不穩(wěn)定傳熱原理進行圍護結構耗熱量計算 具體計算參考有關資料 課題2圍護結構的基本耗熱量 圍護結構穩(wěn)定傳熱時 基本耗熱量計算公式為 W 1 1 式中Q 圍護結構的基本耗熱量 W K 圍護結構的傳熱系數(shù) W m2 F 圍護結構的傳熱面積 m2 采暖室內(nèi)計算溫度 采暖室外計算溫度 a 圍護結構的溫差修正系數(shù) 整個建筑物或房間圍護結構的基本耗熱量等于它的圍護結構各部分基本耗熱量的總和 應該注意 在進行計算時一定要注意單位的統(tǒng)一 通常均要采用法定單位 法定計量單位與習慣用非法定計量換算 見附錄1 1 課題2圍護結構的基本耗熱量 室內(nèi)計算溫度是指距地面2m以內(nèi)人們活動地區(qū)的平均空氣溫度 室內(nèi)空氣溫度的選擇 應滿足人們生活和生產(chǎn)工藝的要求 生產(chǎn)工藝要求的室溫 一般由工藝設計人員提出 生活用房間的溫度 主要決定于人體的生理熱平衡 它和許多因素有關 如與房間的用途 室內(nèi)的潮濕狀況和散熱強度 勞動強度以及生活習慣 生活水平等有關 許多國家所規(guī)定的冬季室內(nèi)溫度標準 大致在16 22 范圍內(nèi) 根據(jù)國內(nèi)有關衛(wèi)生部門的研究結果認為 當人體衣著適宜 保暖量充分且處于安靜狀況時 室內(nèi)溫度20 比較舒適 18 無冷感 15 是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限 2 1采暖室內(nèi)計算溫度 課題2圍護結構的基本耗熱量 暖通規(guī)范規(guī)定 設計采暖系統(tǒng)時 冬季室內(nèi)計算溫度應根據(jù)建筑物用途 按下列規(guī)定采用 1 民用建筑的主要房間 宜采用16 24 見附錄1 2 2 工業(yè)建筑的工作地點 宜采用輕作業(yè)18 21 中作業(yè)16 18 重作業(yè)14 16 過重作業(yè)12 14 作業(yè)種類的劃分 應按國家現(xiàn)行的 工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 GBZ1 執(zhí)行 當每名工人占用較大面積 50 100m2 時 輕作業(yè)時可低至10 中作業(yè)時可低至7 重作業(yè)時可低至5 3 輔助建筑物及輔助用室 不應低于下列數(shù)值 浴室25 更衣室25 辦公室 休息室18 食堂18 盥洗室 廁所12 當工藝或使用條件有特殊要求時 各類建筑物的室內(nèi)溫度可按照國家現(xiàn)行有關專業(yè)標準 規(guī)范執(zhí)行 課題2圍護結構的基本耗熱量 對于高度較高的生產(chǎn)廠房 由于對流作用 上部空氣溫度必然高于工作地區(qū)溫度 通過上部圍護結構的傳熱量增加 因此 當層高超過4m的工業(yè)建筑 冬季室內(nèi)計算溫度tn 尚應符合下列規(guī)定 1 計算地面的耗熱量時 應采用工作地點的溫度 tg 2 計算屋頂和天窗耗熱量時 應采用屋頂下的溫度 td 3 計算門 窗和墻的耗熱量時 應采用室內(nèi)平均溫度 室內(nèi)平均溫度 應按下式計算 1 2 課題2圍護結構的基本耗熱量 式中 室內(nèi)平均溫度 屋頂下的溫度 工作地點的溫度 屋頂下的空氣溫度td受諸多因素影響 難以用理論方法確定 最好是按已有的類似廠房進行實測確定 或按經(jīng)驗數(shù)值用溫度梯度法確定 即 1 3 式中H 屋頂距地面的高度 m 溫度梯度 m 課題2圍護結構的基本耗熱量 對于散熱量小于23W m3的工業(yè)建筑 當其溫度梯度值不能確定時 可用工作地點的溫度計算圍護結構耗熱量 但應按后面講述的高度附加的方法進行修正 增大計算耗熱量 采暖室外計算溫度如何確定 對采暖系統(tǒng)設計有關鍵性的影響 如采用過低的值 在采暖運行期的絕大部分時間里 使設備能力富裕過多 造成浪費 如采用值過高 則在較長時間內(nèi)不能保證采暖效果 因此 正確的確定和合理的采用采暖室外計算溫度是一個技術與經(jīng)濟統(tǒng)一的問題 2 2采暖室外計算溫度 課題2圍護結構的基本耗熱量 目前國內(nèi)外選定采暖室外計算溫度的方法 可以歸納為兩種 一是根據(jù)圍護結構的熱惰性原理 另一種是根據(jù)不保證天數(shù)的原則來確定 原蘇聯(lián)建筑法規(guī)規(guī)定各個城市的采暖室外計算溫度是按考慮圍護結構熱惰性原理來確定的 它規(guī)定采暖室外計算溫度要按50年中最冷的八個冬季里最冷的連續(xù)5天的日平均溫度的平均值確定 通過圍護結構熱惰性原理分析得出 在采用磚實心墻情況下 即使晝夜間室外溫度波幅為 18 外墻內(nèi)表面的溫度波幅也不會超過 1 對人的舒適感不受影響 根據(jù)熱惰性原理確定采暖室外計算溫度 規(guī)定值是比較低的 采用不保證天數(shù)方法的原則是 人為允許有幾天時間可以低于規(guī)定的采暖室外計算溫度值 亦即容許這幾天室內(nèi)溫度可能稍低于室內(nèi)計算溫度值 不保證天數(shù)根據(jù)各國規(guī)定而有所不同 有規(guī)定1天 3天 5天等 課題2圍護結構的基本耗熱量 我國結合國情和氣候特點以及建筑物的熱工情況等 制定了以日平均溫度為統(tǒng)計基礎 按照歷年室外實際出現(xiàn)的較低的日平均溫度低于室外計算溫度的時間 平均每年不超過5天的原則 確定采暖室外計算溫度的方法 實踐證明 只要供熱情況有保障 即采取連續(xù)采暖或間歇時間不長的運行制度 對于一般建筑物來說 就不會因采用這樣的室外計算溫度而影響采暖效果 暖通規(guī)范規(guī)定 采暖室外計算溫度 應采用歷年平均不保證5天的日平均溫度 對大多數(shù)城市來說 是指1951 1980年共30年的氣象統(tǒng)計資料里 不得有多于150天的實際日平均溫度低于所選定的室外計算溫度值 例如在1951 1980年間 北京市室外日平均溫度低于和等于 9 1 共有134天 日平均溫度低于和等于 8 1 共有233天 取整數(shù)值后 確定北京市的采暖室外計算溫度為 9 以前參照原蘇聯(lián)采用熱惰性原理進行計算 曾規(guī)定過北京市的采暖室外計算溫度為 12 通過對許多城市的氣象資料統(tǒng)計分析 采用不保證5天的方法確定值 使我國大部分城市的值普遍提高了1 4 與采用熱惰性原理對比 從而降低了采暖系統(tǒng)的設計熱負荷并節(jié)約了費用 而對人們居住條件則無甚影響 我國北方一些主要城市的采暖室外計算溫度值 見附錄1 3 其它地區(qū)的采暖室外計算溫度可查有關資料 課題2圍護結構的基本耗熱量 另外 對于不能查到的一些城市的采暖室外計算溫度值可按下式估算 1 4 式中 冬季采暖室外計算溫度 累年最冷月平均溫度 累年最低日平均溫度 課題2圍護結構的基本耗熱量 計算與大氣直接接觸的外圍護結構的基本耗熱量時 所用公式是 但是 采暖房間的圍護結構的外側(cè)有時并不是室外 而中間隔著不采暖的房間或空間 此時通過該圍護結構的傳熱量應為 式中傳熱達到平衡時非采暖房間溫度 由于非采暖房間的溫度較難確定 為了計算方便 工程中可用a代替進行計算 a值稱為圍護結構溫差修正系數(shù) 圍護結構溫差修正系數(shù)a值的大小 取決于非采暖房間或空間的保溫性能和透氣狀況 對于保溫性能差和易于室外空氣流通的情況 不采暖房間或空間的空氣溫度更接近于室外空氣溫度 則a值更接近于1 圍護結構的溫差修正系數(shù)見表1 1 2 3溫差修正系數(shù)a值 課題2圍護結構的基本耗熱量 溫差修正系數(shù) a 表1 1 課題2圍護結構的基本耗熱量 此外 當兩個相鄰房間的溫差大于或等于5 時 應計算通過隔墻或樓板等的傳熱量 與相鄰房間的溫差小于5 時 且通過隔墻或樓板等的傳熱量大于該房間熱負荷的10 時 尚應計算其傳熱量 2 1 4圍護結構的傳熱系數(shù)K值 1 勻質(zhì)多層材料 平壁 的傳熱系數(shù)K值一般建筑物的外墻和屋頂都屬于勻質(zhì)多層材料的平壁結構 其傳熱過程如圖1 1所示 傳熱系數(shù)值可用下式計算 W m2 1 5 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 1通過圍護結構的傳熱過程 課題2圍護結構的基本耗熱量 式中K 圍護結構的傳熱系數(shù) W m2 圍護結構的傳熱阻 m2 W 圍護結構內(nèi)表面 外表面的換熱系數(shù) W m2 圍護結構內(nèi)表面 外表面的換熱阻 m2 W 圍護結構各層材料的厚度 m 圍護結構各層材料的導熱系數(shù) W m 圍護結構本體 包括單層或多層結構材料層及封閉的空氣間層 的熱阻 m2 W 一些常用建筑材料的導熱系數(shù) 值 可見附錄1 4 課題2圍護結構的基本耗熱量 圍護結構表面換熱過程是對流和輻射的綜合過程 圍護結構內(nèi)表面換熱是壁面與鄰近空氣及其它壁面由于溫差引起的自然對流和輻射換熱的共同作用 而在圍護結構外表面主要是由于風力作用產(chǎn)生的強迫對流換熱 輻射換熱占的比例較小 工程計算中采用的換熱系數(shù)和換熱阻值分別于列表1 2和表1 3 常用圍護結構的傳熱系數(shù)K值可直接從有關資料中查得 一些常用圍護結構的傳熱系數(shù)K值 可見附錄1 5 課題2圍護結構的基本耗熱量 注 表中h 肋高 m s 肋間凈距 m 內(nèi)表面換熱系數(shù) n與換熱阻Rn表1 2 課題2圍護結構的基本耗熱量 外表面換熱系數(shù) w與換熱阻Rw表1 3 課題2圍護結構的基本耗熱量 2 由兩種以上材料組成的 兩向非勻質(zhì)圍護結構的傳熱系數(shù)K值從節(jié)能角度出發(fā) 采用各種形式的空心砌塊或填充保溫材料的墻體等日益增多 這種墻體屬于由兩種以上材料組成的 非勻質(zhì)圍護結構 屬于兩維傳熱過程 計算它的傳熱系數(shù)K值時 通常采用近似計算方法或?qū)嶒灁?shù)據(jù) 下面介紹中國建筑科學研究院建筑物理所推薦的一種方法 首先求出圍護結構的平均傳熱阻 m2 W 1 6 課題2圍護結構的基本耗熱量 式中 平均傳熱阻 m2 W 垂直熱流方向的總傳熱面積 m2 如圖1 2 按平行熱流方向劃分的各個傳熱面積 m2 如圖2 3 對應于傳熱面積Fi上的總熱阻 m2 W 內(nèi)表面 外表面換熱阻 m2 W 平均傳熱阻修正系數(shù) 按表1 4取值 兩向非勻質(zhì)圍護結構傳熱系K值 再用下式確定 W m2 1 7 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 2非勻質(zhì)圍護結構傳熱阻計算圖 課題2圍護結構的基本耗熱量 注 1 當圍護結構由兩種材料組成 2應取較小值 1為較大值 由比值 2 1確定 2 當圍護結構由三種材料組成 值應由比值 2 3 2 1確定 3 當圍護結構中存在圓孔時 應先將圓孔折算成同面積的方孔 然后再進行計算 修正系數(shù)值表1 4 課題2圍護結構的基本耗熱量 3 空氣間層傳熱系數(shù)K值在嚴寒地區(qū)和一些高級民用建筑 圍護結構內(nèi)常用空氣間層以減少傳熱量 如雙層玻璃 復合墻體的空氣間層等 間層中的空氣導熱系數(shù)比組成圍護結構的其它材料的導熱系數(shù)小 增加了圍護結構傳熱阻 空氣間層傳熱同樣是輻射與對流換熱的綜合過程 在間層壁面涂覆輻射系數(shù)小的反射材料 如鋁箔等 可以有效地增大空氣間層的換熱阻 對流換熱強度與間層的厚度 間層設置的方向和形狀 以及密封性等因素有關 當厚度相同時 熱流朝下的空氣間層熱阻最大 豎壁次之 而熱流朝上的空氣間層熱阻最小 同時 在達到一定厚度后 反而易于對流換熱 熱阻的大小幾乎不隨厚度增加而變化了 空氣間層的熱阻難以用理論公式確定 在工程設計中 可按表1 5的數(shù)值計算 課題2圍護結構的基本耗熱量 空氣間層熱阻R m2 W 表1 5 課題2圍護結構的基本耗熱量 4 地面的傳熱系數(shù)在冬季 室內(nèi)熱量通過靠近外墻的地面?zhèn)鞯绞彝獾穆烦梯^短 熱阻較小 而通過遠離外墻的地面?zhèn)鞯绞彝獾穆烦梯^長 熱阻增大 因此 室內(nèi)地面的傳熱系數(shù) 熱阻 隨著離外墻的遠近而變化 但在離外墻約8m以遠的地面 傳熱量基本不變 基于上述情況 在工程上一般采用近似方法計算 把地面沿外墻平行的方向分成四個計算地帶 如圖1 3所示 1 貼土非保溫地面 組成地面的各層材料導熱系數(shù) 都大于1 16W m 的傳熱系數(shù)及熱阻值見表1 6 第一地帶靠近墻角的地面面積 如圖1 3中的陰影部分 需要重復計算 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 3地面?zhèn)鳠岬貛У膭澐?課題2圍護結構的基本耗熱量 非保溫地面的傳熱系數(shù)和換熱阻表1 6 課題2圍護結構的基本耗熱量 2 貼土保溫地面 組成地面的各層材料中 有導熱系數(shù) 小于1 16W m 的保溫層 各地帶的熱阻值 可按下式計算m2 W 1 8 式中 貼土保溫地面的換熱阻 m2 W Ro 非保溫地面的換熱阻 m2 W 按表2 6取值 保溫層的厚度 m 保溫材料的導熱系數(shù) W m 3 鋪設在地壟墻 如圖1 4所示 上的保溫地面各地帶的換熱阻值 可按下式計算m2 W 1 9 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 4鋪設在地壟墻上的地面 課題2圍護結構的基本耗熱量 2 1 5圍護結構傳熱面積的丈量不同圍護結構傳熱面積的丈量方法按圖1 5的規(guī)定計算 外墻面積的丈量 高度從本層地面算到上層的地面 底層除外 見圖1 5所示 對平屋頂?shù)慕ㄖ?最頂層的丈量是從最頂層的地面到平屋頂?shù)耐獗砻娴母叨?而對有悶頂?shù)男蔽菝?算到悶頂內(nèi)的保溫層表面 外墻的平面尺寸 應按建筑物外廓尺寸計算 兩相鄰房間以內(nèi)墻中線為分界線 門 窗的面積按外墻外表面上的凈空尺寸計算 悶頂和地面的面積 應按建筑物外墻以內(nèi)的內(nèi)廓尺寸計算 對平屋頂 頂棚面積按建筑物外廓尺寸計算 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 5圍護結構傳熱面積的尺寸丈量規(guī)則 課題2圍護結構的基本耗熱量 地下室面積的丈量 位于室外地面以下的外墻 其耗熱量計算方法與地面的計算相同 但傳熱地帶的劃分 應從與室外地面相平的墻面算起 亦即把地下室外墻在室外地面以下的部分 看作是地下室地面的延伸 如圖1 6所示 課題2圍護結構的基本耗熱量 圖1 6地下室面積的丈量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 圍護結構實際耗熱量會受到氣象條件以及建筑物情況等各種因素影響而有所增減 由于這些因素影響 需要對房間圍護結構基本耗熱量進行修正 這些修正耗熱量稱為圍護結構附加 修正 耗熱量 通常按基本耗熱量的百分率進行修正 朝向修正耗熱量是考慮建筑物受太陽照射影響而對圍護結構基本耗熱量的修正 當太陽照射建筑物時 陽光直接透過玻璃窗使室內(nèi)得到熱量 同時由于受陽面的圍護結構較干燥 外表面和附近空氣溫升高 圍護結構向外傳遞熱量減少 采用的修正方法是按圍護結構的不同朝向 采用不同的修正率 需要修正的耗熱量等于垂直的外圍護結構 門 窗 外墻及屋頂?shù)拇怪辈糠?的基本耗熱量乘以相應的朝向修正率 如圖1 7 3 1朝向修正耗熱量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 圖1 7朝向修正百分數(shù) 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 選用上述朝向修正率時 應考慮當?shù)囟救照章?輻射照度 建筑物使用和被遮檔等情況 對于冬季日照率小于35 的地區(qū) 東南 西南和南向修正率 宜采用 10 0 東 西向可不修正 此外 還有一種適于全國各主要城市用的朝向修正率 見附錄1 6 使用本附錄時 要注意該附錄的適用條件與計算條件 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 風力附加耗熱量是考慮室外風速變化而對圍護結構基本耗熱量的修正 在計算圍護結構基本耗熱量時 外表面換熱系數(shù)是對應風速約為4m s的計算值 我國大部分地區(qū)冬季平均風速一般為2 3m s 因此 在一般情況下 不必考慮風力附加 只對建在不避風的高地 河邊 海岸 曠野上的建筑物 以及城鎮(zhèn) 廠區(qū)內(nèi)特別高出的建筑物 才考慮垂直的外圍護結構附加5 10 3 2風力附加耗熱量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 高度附加耗熱量是考慮房屋高度對圍護結構耗熱量的影響而附加的耗熱量 民用建筑和工業(yè)輔助建筑物 樓梯間除外 的高度附加率 當房間高度大于4m時 每高出1m應附加2 但總的附加率不應大于15 計算時應注意 高度附加率 應附加于房間各圍護結構基本耗熱量和其它附加 修正 耗熱量的總和上 對于多層建筑物的樓梯間 不考慮高度附加 3 3高度附加耗熱量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 外門附加耗熱量是考慮建筑物外門開啟時 侵入冷空氣導致耗熱量增大 而對外門基本耗熱量的修正 對于短時間開啟無熱風幕的外門 可以用外門的基本耗熱量乘上按表1 7查出的相應的附加率 陽臺門不應考慮外門附加 3 4外門附加耗熱量 課題3圍護結構的附加 修正 耗熱量 外門附加率表1 7 注 n 建筑物的樓層數(shù) 課題4冷風滲透耗熱量 在冬季 建筑物由于室外空氣與建筑物內(nèi)部的豎直貫通通道 如樓梯間 電梯井等 空氣之間的密度差形成的熱壓以及風吹過建筑物時在門窗兩側(cè)形成的風壓作用下 室外的冷空氣通過門 窗等縫隙滲入室內(nèi) 被加熱后逸出 把這部分冷空氣從室外溫度加熱到室內(nèi)溫度所消耗的熱量 稱為冷風滲透耗熱量Q2 冷風滲透耗熱量 在設計熱負荷中占有不小的份額 影響冷風滲透耗熱量的因素很多 如建筑物內(nèi)部隔斷 門窗構造 門窗朝向 室外風向和風速 室內(nèi)外空氣溫差 建筑物高低以及建筑物內(nèi)部通道狀況等 總的來說 對于多層 六層及六層以下 的建筑物 由于房屋高度不高 在工程設計中 冷風滲透耗熱量主要考慮風壓的作用 可忽略熱壓的影響 對于高層建筑 室外風速會隨著高度的增加而增大 熱壓作用不容忽視 在計算高層建筑冷風滲透耗熱量時 則應考慮風壓與熱壓的綜合作用 課題4冷風滲透耗熱量 計算冷風滲透耗熱量的常用方法有縫隙法 換氣次數(shù)法和百分數(shù)法 縫隙法是計算不同朝向門窗縫隙長度及每米縫隙滲入的冷空氣量 進而確定其耗熱量的一種方法 是常用的較精確的計算方法 在工程設計中 多層 六層或六層以下 的建筑物計算冷風滲入耗熱量時 主要考慮風壓的作用 忽略熱壓的影響 而高層建筑則應綜合考慮風壓和熱壓的綜合影響 詳見有關資料 多層建筑冷空氣量L可按下式近似計算 1 10 4 1縫隙法 課題4冷風滲透耗熱量 式中 不同類型門窗 不同風速下每米縫隙滲入的空氣量 m3 m h 可根據(jù)當?shù)囟臼彝馄骄L速 按表1 8的實驗數(shù)據(jù)采用 門 窗縫隙的計算長度 m n 滲透空氣量的朝向修正系數(shù) 朝向修正系數(shù)n是考慮門 窗縫隙處于不同朝向時 由于室外風速 風溫 風頻的差異 造成不同朝向縫隙實際滲入的空氣量不同而引入的修正系數(shù) 我國主要集中供暖城市的n值見附錄1 7 課題4冷風滲透耗熱量 每米門 窗縫隙滲入的空氣量 m3 m h 表1 8 注 1 每米外門縫隙滲入的空氣量 為表中同類型外窗的兩倍 2 當有密封條時 表中數(shù)據(jù)可乘以0 5 0 6的系數(shù) 課題4冷風滲透耗熱量 加熱由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量 可按下式計算 W 1 11 式中 由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量 W 空氣的定壓比熱容 cp 1kJ kg 采暖室外計算溫度下的空氣密度 kg m3 L 滲透冷空氣量 m3 h 采暖室內(nèi)計算溫度 采暖室外計算溫度 課題4冷風滲透耗熱量 對于多層建筑的滲透空氣量 當無相關數(shù)據(jù)時 可按以下公式計算 L kV 1 12 式中V 房間體積 m3 k 換氣次數(shù) 次 h 當無實測數(shù)據(jù)時 可按表1 9采用 4 2換氣次數(shù)法 課題4冷風滲透耗熱量 換氣次數(shù) 次 h 表1 9 課題4冷風滲透耗熱量 工業(yè)建筑 加熱由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量 可按表2 12估算 4 3百分數(shù)法 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 確定圍護結構傳熱阻時 圍護結構內(nèi)表面溫度 n是一個最主要的約束條件 除浴室等相對濕度很高的房間外 n值應滿足內(nèi)表面不結露的要求 內(nèi)表面結露可導致耗熱量增大和使圍護結構易于損壞 室內(nèi)空氣溫度tn與圍護結構內(nèi)表面溫度 n的溫度差還要滿足衛(wèi)生要求 當內(nèi)表面溫度過低 人體向外輻射熱過多 會產(chǎn)生不舒適感 根據(jù)上述要求而確定的圍護結構傳熱阻 稱為最小傳熱阻 在一個規(guī)定年限內(nèi) 使建筑物的建造費用和經(jīng)營費用之和最小的圍護結構傳熱阻 稱為圍護結構的經(jīng)濟傳熱阻 建造費用包括圍護結構和采暖系統(tǒng)的建造費用 經(jīng)營費用包括圍護結構和采暖系統(tǒng)的折舊費 維修費及系統(tǒng)的運行費 水 電費 工資 燃料費等 5 1圍護結構最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻的概念 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 按經(jīng)濟傳熱阻原則確定的圍護結構傳熱阻值 要比目前采用的傳熱阻值大得多 利用傳統(tǒng)的磚墻結構 增加其厚度將使土建基礎負荷增大 使用面積減少 因而建筑圍護結構采用復合材料的保溫墻體 將是今后建筑節(jié)能的一個重要措施 工程設計中 圍護結構的最小傳熱阻應按下式確定式中 圍護結構的最小傳熱阻 m2 W 5 2最小傳熱阻的確定 m2 W 1 13 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 采暖室內(nèi)計算溫度tn與圍護結構內(nèi)表面溫度 n的允許溫差 按表1 11選用 冬季圍護結構室外計算溫度 公式 1 13 是穩(wěn)定傳熱公式 實際上隨著室外溫度波動 圍護結構內(nèi)表面溫度也隨之波動 熱惰性不同的圍護結構 在相同的室外溫度波動下 圍護結構的熱惰性越大 則其內(nèi)表面溫度波動就越小 冬季圍護結構室外計算溫度tw按圍護結構熱惰性指標D值分成四個等級來確定 見表1 12 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 允許溫差 ty值 表1 11 注 室內(nèi)空氣干濕程度的區(qū)分 應根據(jù)室內(nèi)溫度和相對濕度按暖通規(guī)范規(guī)定確定 與室外空氣相通的樓板和非采暖地下室上面的樓板 其允許溫差 ty值 可采用2 5 表中t1 在室內(nèi)計算溫度和相對濕度狀況下的露點溫度 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 冬季圍護結構室外計算溫度 表1 12 注 表中twn和tpmin 分別為采暖室外計算溫度和累年最低日平均溫度 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 勻質(zhì)多層材料組成的平壁圍護結構的D值 可按下式計算 式中 各層材料的換熱阻 m2 W 各層材料的蓄熱系數(shù) W m2 當居住建筑 醫(yī)院 幼兒園 辦公樓 學校和門診部等建筑物的外墻為輕質(zhì)材料或內(nèi)側(cè)復合輕質(zhì)材料時 外墻的最小傳熱阻應在按式 1 13 計算結果的基礎上進行附加 其附加值應按表1 13的規(guī)定采用 1 14 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 輕質(zhì)外墻最小傳熱阻的附加值 表1 13 課題5圍護結構的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻 1 采用輕質(zhì)高效保溫材料與磚 混凝土或鋼筋混凝土等材料組成的復合結構 輕質(zhì)保溫材料應放在中間 2 采用密度為500 800kg m3的輕混凝土和密度為800 1200kg m3的輕骨料混凝土作為單一材料墻體 內(nèi)外側(cè)宜作水泥砂漿抹面層或其他重質(zhì)材料飾面層 3 采用多孔黏土空心磚或多排孔輕骨料混凝土空心砌塊墻體 4 采用封閉空氣層或帶有鋁箔的空氣層 5 3提高圍護結構傳熱阻值采取的措施 課題6采暖設計熱負荷計算例題 例題1 1 圖1 8為徐州市某辦公樓的平面圖 試計算一層101辦公室的采暖設計熱負荷 已知條件 采暖室外計算溫度 5 冬季室外風速 3 6m s 室內(nèi)計算溫度 辦公室 18 走廊不采暖 圍護結構 外墻 一磚墻 外表面水泥砂漿抹面 內(nèi)表面水泥砂漿抹面 白灰粉刷 厚度均為20mm 外窗 單層鋼窗 C 3 1500mm 2300mm 采用密封條封窗 層高 3 3m 從本層地面上表面算到上層地面上表面 地面 不保溫地面 課題6采暖設計熱負荷計算例題 圖1 8例題1 1熱負荷計算示意圖 課題6采暖設計熱負荷計算例題 解 1 圍護結構的基本耗熱量Q1 1 南外墻 查附錄1 5得 外墻傳熱系數(shù)K 2 08W m2 溫差修正系數(shù) 1傳熱面積F 3 3 0 12 3 3 1 5 2 3 7 84 m2 按公式 1 1 計算南外墻的基本耗熱量 Q KF tn twn 1 2 08 7 84 18 5 375 07 W 南向的朝向修正率 取 15 朝向修正耗熱量Q 375 07 0 15 56 26 W 本辦公樓不需進行風力修正 高度未超過4m 不需進行高度修正南外墻的實際耗熱量 課題6采暖設計熱負荷計算例題 Q1 Q1 Q1 375 07 56 26 318 81 W 2 南外窗 查附錄1 5得 南外窗傳熱系數(shù)K 6 40W m2 溫差修正系數(shù) 1傳熱面積F 1 5 2 3 3 45 m2 基本耗熱量Q KF tn twn 1 6 40 3 45 18 5 507 84 W 朝向修正耗熱量Q 為 Q 507 84 0 15 76 18 W 南外窗實際耗熱量 Q1 Q1 Q1 507 84 76 18 431 66 W 課題6采暖設計熱負荷計算例題 3 西外墻 外墻傳熱系數(shù)K 2 08W m2 溫差修正系數(shù) 1傳熱面積F 6 6 0 12 3 3 22 18 m2 基本耗熱量Q KF tn twn 1 2 08 22 18 18 5 1061 09 W 西向的朝向修正率 取 10 朝向修正耗熱量 Q 1061 09 0 1 106 11 W 西外墻的實際耗熱量 Q1 Q1 Q1 1061 09 106 11 954 98 W 課題6采暖設計熱負荷計算例題 4 北內(nèi)墻查附錄1 5得 內(nèi)墻的傳熱系數(shù)K 1 72W m2 查表1 1 溫差修正系數(shù) 0 7傳熱面積F 3 3 0 12 3 3 1 2 2 6 8 17 m2 基本耗熱量Q KF tn twn 0 7 1 72 8 17 18 5 226 24 W 課題6采暖設計熱負荷計算例題 5 北內(nèi)門查附錄1 5得 門傳熱系數(shù)K 2 91W m2 溫差修正系數(shù) 0 7傳熱面積F 1 2 2 6 3 12 m2 基本耗熱量Q KF tn twn 0 7 2 91 3 12 18 5 146 18 W 6 地面地面劃分地帶如圖下圖所示 圖1 9劃分地帶 課題6采暖設計熱負荷計算例題 地帶 第一地帶傳熱系數(shù)K1 0 47W m2 F1 3 3 0 12 2 6 6 0 12 2 20 28 m2 第一地帶傳熱耗熱量 Q1 KF tn twn 0 47 20 28 18 5 219 23 W 第二地帶傳熱系數(shù)K2 0 23W m2 F2 3 3 0 12 2 2 6 6 0 12 2 12 28 m2 第二地帶傳熱耗熱量 Q2 KF tn twn 0 23 12 28 18 5 64 96 W 地面的傳熱耗熱量 Q1 Q1 Q2 219 23 64 96 284 19 W 課題6采暖設計熱負荷計算例題 101室房間圍護結構的總傳熱耗熱量 Q1 318 81 431 66 954 98 226 24 146 18 284 19 2362 06 W 2 冷風滲透耗熱量按縫隙法計算 1 南外窗 如下圖 圖1 10窗縫長度 南 課題6采暖設計熱負荷計算例題 外窗為三扇 帶上亮 兩側(cè)窗扇可開啟 中間一扇固定 外窗 兩個 縫隙總長度為 L 1 8 4 0 5 8 2 22 40 m 包括氣窗 查表2 10 在V 3m s的風速下單層鋼窗每米縫隙每小時滲入的冷空氣量為2 6m3 m h 由于采用密封條封窗 滲入量減少為0 6倍 L0 2 6 0 6 1 56 m3 m h 根據(jù)twn 0 5 查得 w 1 513kg m3朝向修正系數(shù) 南向取n 0 40按公式2 15計算南外窗的冷空氣滲入量 L L0 l n 1 56 22 4 0 4 13 98 m3 h 課題6采暖設計熱負荷計算例題 南外窗的冷風滲透耗熱量 Q2 0 28Cp wn L tn twn 0 28 1 1 513 13 98 18 15 136 22 W 小結 本單元系統(tǒng)介紹了采暖系統(tǒng)設計熱負荷的基本概念 圍護結構的基本耗熱量的計算公式和計算方法 圍護結構的附加 修正 耗熱量和冷風滲透耗熱量的計算方法 圍護結構的最小傳熱阻和經(jīng)濟傳熱阻的計算等知識 在學習過程中 要讓學生重點掌握圍護結構耗熱量的計算方法和步驟 所使用的公式和表格 鍛煉學生收集資料的能力 同時掌握冷風滲透耗熱量計算方法 能夠進行圍護結構最小傳熱阻的確定與校核 在進行課后訓練時最好能夠與課程設計的熱負荷計算結合起來 思考題與習題 1 什么是采暖系統(tǒng)的熱負荷 采暖系統(tǒng)的設計熱負荷 2 采暖系統(tǒng)的設計熱負荷由哪幾部分組成 寫出計算式 簡述每一項代表的意義 3 什么是圍護結構的耗熱量 包括哪幾大部分 4 圍護結構的基本耗熱量如何計算 簡述每一項代表的意義 5 圍護結構的基本耗熱量為什么要進行溫差修正 哪些因素影響溫差修正系數(shù) 值 6 怎樣計算圍護結構傳熱面積 傳熱系數(shù) 6 圍護結構耗熱量為什么要進行朝向修正 風力附加 高度附加 外門附加 如何修正 7 分戶計量熱負荷計算與常規(guī)熱負荷計算有什么不同 思考題與習題 8 房間熱負荷如何計算 9 為什么圍護結構要進行校核最小傳熱阻 最小傳熱阻的計算公式 簡述每一項代表的意義 10 計算冷風滲透耗熱量的常用方法有哪些 11 了解圍護結構耗熱量計算的方法 步驟 12 通過練習會進行圍護結構熱負荷計算 ThankYou