暖通空调第2章热负荷冷负荷与湿负荷计算

主讲人：鲁进利TEL：18605558207建筑工程学院建环系《暖通空调，HVAC》第二章：热、冷、湿负荷计算安徽工业大学第二章：热、冷、湿负荷计算本章主要内容主要讲述建筑物热负荷、冷负荷及湿负荷的计算方法教学基本要求掌握《规范》中室内外空气计算参数的规定掌握热负荷、冷负荷与湿负荷的计算方法掌握制冷系统冷负荷的组成安徽工业大学第二章：热、冷、湿负荷计算几个基本概念冷负荷：指在某一室外气候条件下，为保持建筑物的热湿环境，空调系统单位时间内向建筑物供给的冷量热负荷：指在某一室外气候条件下，为到达要求的室内温度，供暖系统单位时间内向建筑物供给的热量湿负荷：指空调房间的湿源（人体散湿、敞开水池表面散湿、地面积水等）向室内的散湿量，即为维持室内含湿量恒定需要从房间除去的湿量安徽工业大学2.1室内外空气计算参数室外空气计算参数确定依据及原则《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中的相关规定室内空气计算参数确定依据及原则《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中的相关规定安徽工业大学2.1室内外空气计算参数室内外空气计算参数的基本概念：指从瞬息万变的气象资料中提取的一些具有典型代表意义的、用于计算建筑物冷、热、湿负荷的参数。是暖通空调工程设计最基本的依据之一，以“规范”和“标准”的形式由政府职能部门通过行政手段强制执行。设计计算参数的取值大小直接影响设计结果，因而直接影响所设计的暖通空调系统的造价、运行效果、运行效率及运行能耗。在选取计算参数时，首先要严格执行有关设计规范和标准，并遵照可用、可行、经济的原则。其次，在能够保证需要的前提下，尽量降低设计标准。例如采暖，在室外计算温度为-10℃的地区，室内温度设计标准每降低1℃，可节能3%~5%，系统的造价也相应降低。安徽工业大学用于计算夏季新风冷负荷2.1室内外空气计算参数2.1.1室外空气计算参数依据：《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中的规定来源：用于采暖通风与空调设计计算的室外气象参数（附录2-1）原则：全年有少数时间不保证室内温湿度标准而制定的室外空气计算参数取值直接影响热、冷负荷的大小和暖通空调费用1.夏季空调室外计算干、湿球温度干球温度：取室外空气历年平均不保证50h的干球温度湿球温度：取室外空气历年平均不保证50h的湿球温度注：“历年平均不保证”是指某一地区累年不保证总天数或小时数的历年平均值安徽工业大学2.1室内外空气计算参数2.夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度逐时温度（tτ）日平均温度（to.m）to.m——夏季空调室外计算日平均温度（历年平均不保证5天的日平均温度）Δtd——夏季空调室外计算平均日较差to.s——夏季空调室外计算干球温度β——室外空气温度逐时变化系数，表2.1dmottt.52.0..mosodttt注：1用于计算夏季经围护结构传入室内的热量2按照非稳态传热过程计算3日较差：一日中，最高气温与最低气温之差（维度、季节、地表性质、天气情况）安徽工业大学2.1室内外空气计算参数3.冬季空调室外空气计算温度、相对湿度计算温度：历年平均不保证1天的日平均温度作为计算温度相对湿度：累年最冷月平均相对湿度作为计算相对湿度4.冬季采暖室外计算温度和冬季通风设计温度冬季采暖：室外计算温度取冬季历年平均不保证5天的日平均温度冬季通风：室外计算温度取累年最冷月平均温度5.夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度计算温度：取历年最热月14时的月平均温度的平均值相对湿度：取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值注：1.3中温度用于冬季空调供暖时计算围护结构的热负荷和新风负荷2.4中温度用于冬季采暖系统供暖时计算围护结构的热负荷以及用于计算消除有害污染物通风的进风热负荷3.5中参数用于夏季消除余热余湿时的通风及自然通风的计算安徽工业大学2.1室内外空气计算参数“累年最冷月”指累年逐月平均气温最低的月份；“历年最热月”指每年逐月平均气温最高的月份；按本《规范》确定的室外计算参数设计的空调系统，运行时，将会出现个别时间达不到室内温湿度要求的现象。特殊情况下室外计算参数的确定需要根据具体情况另行确定适宜的室外计算参数(如：（1）保证全年达到既定的室内温湿度参数；（2）仅在部分时间（如夜间）工作的空调系统)。补充说明安徽工业大学2.1室内外空气计算参数2.1.2室内空气计算参数1.建筑房间使用功能对舒适性的要求首先是室内空气的温度、湿度和空气的流动速度其次是衣着情况、空气新鲜程度、室内各表面的温度——详见《建筑环境学》2.地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等空调房间温度、湿度规定方式根据《采暖通风与空气调节设计规范》,对舒适性空调和采暖，室内计算参数如下（详见表2-2和表2-3）安徽工业大学2.1室内外空气计算参数舒适性空调室内计算参数夏季温度22~28℃相对湿度40%~65%风速≤0.3m/s冬季温度18~24℃相对湿度30%~60%风速≤0.2m/s采暖设计室内计算参数民用建筑主要房间16~24℃工业建筑轻作业16~21℃中作业16~18℃重作业14~16℃过重作业12~14℃辅助建筑物及辅助用房浴室≥25℃更衣室≥25℃办公室、休息室≥18℃食堂≥18℃盥洗室、厕所≥12℃安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷《规范》中规定：民用建筑冬季热负荷围护结构的耗热量门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量外面运入的冷物料运输工具水分蒸发设备散热热物料散热耗热量得热量生产车间安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷民用建筑冬季热负荷Q′围护结构耗热量Q1′冷风渗透耗热量Q2′基本耗热量Q1·j′附加耗热量Q1·x′朝向附加外门附加风力附加高度附加冬季民用建筑的热负荷安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷2.2.1围护结构的耗热量围护结构的温差传热量加热由于外门短时间开启侵入的冷空气耗热量一部分太阳辐射热量1.围护结构的基本耗热量woRjjjttKAQ.围护结构的温差修正系数，见表2-4采暖室外计算温度注：1.围护结构的面积A，应按照一定的规则从建筑图上量取2.在已知冷侧温度或用热平衡法能计算出冷侧温度时，直接用冷侧温度，无需修正安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷温差修正系数a是根据围护结构同室外空气接触状况，在设计计算中对室内外计算温差采取的修正系数；温差修正系数取决于非供暖房间或空间的保温性能和透气状况，具体值见教材P13表2-4；《规范》中，与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℃，且通过隔墙和楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时，也应计算其传热量；围护结构的面积A应按一定的规则根据建筑图计算(查阅相关设计手册)；一些定型的围护结构的传热系数K可从相关设计手册查取，一般情况下按多层匀质结构计算其传热系数。补充说明安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷地面热带的划分外墙外墙内墙内墙对于两面外墙、两面内墙的情况，第一地带该部分面积计算两次。非保温地面的热阻和传热系数安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷围护结构传热面积的尺寸丈量规则对于平屋顶，顶棚面积按建筑物外轮廓尺寸计算安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷2.围护结构的附加耗热量朝向修正率日照率35%的地区修正东南、西南、南向：-10%~0其他为0风力附加：《规范》中明确规定，在不避风的高地、河边、海岸、狂野上得建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%~10%外门开启附加：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表2-5中查出的相应的附加率，阳台不应考虑外门附加。高度附加：当房间净高超过4m时，每增加1m时，附加率为2%，最大附加率不超过15%。0~10%-5%-5%-10%~-15%-10%~-15%-15%~-30%N0~10%0~10%安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷门窗缝隙渗入冷空气的耗热量常用方法有三种：缝隙法、换气次数法、百分数法1缝隙法L——每米门窗缝隙渗入室内的冷空气量，m3/（h·m）L——门窗缝隙长度，mm——冷风渗透量的朝向修正系数mttcLlQhoRpaoi.278.0采暖室外计算温度注意：该方法适用于多层和高层民用建筑安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷门窗缝隙渗入冷空气的耗热量2换气次数法L——渗入室内的冷空气量，m3/h（查表2-6）无确切数字时，多层建建筑按照表2-6推荐计算渗透冷风量空调建筑室内通常保持正压，因此在一般情况下，不计算门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量对于有封窗习惯的地区，也可以不计算窗缝隙的冷风渗入hoRpaoittcLQ.278.0采暖室外计算温度房间类型一面有外窗的房间两面有外窗的房间三面有外窗的房间门厅换气次数（1/h）0.50.5~1.01.0~1.52.0安徽工业大学2.2冬季建筑的热负荷门窗缝隙渗入冷空气的耗热量3百分数法工业建筑渗透耗热量占围护结构总耗热量的百分比（%）建筑物高度（m）4.54.5~10.010.0玻璃窗层数单层253540单、双层均有203035双层252530安徽工业大学热负荷计算实例安徽工业大学热负荷计算实例安徽工业大学热负荷计算实例安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷本节主要内容围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷内围护结构冷负荷外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷日射得热因数的概念透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷太阳直射辐射大气长波辐射太空散射辐射对流换热地面反射辐射环境长波辐射地面长波辐射壁体得热安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷建筑围护结构冷负荷由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷。冷负荷计算方法当量温差法（美国）谐波分解法（前苏联）反应系数法（加拿大）Z传递函数法谐波反应法（参见《空气调节》P36）冷负荷系数法：（辐射热转化为冷负荷时，不同时刻形成的冷负荷值不同（存在衰减和延迟），该差异用冷负荷系数来修正，适合于工程中手算）安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷2.3.1围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷A——外墙或屋面的面积，m2；K——外墙或屋面的传热系数，W/（m2·℃）；tR——室内计算温度，℃；tc（τ）——外墙或屋面的逐时冷负荷计算温度，℃；RccttAKQ注：1.外墙和屋面的不同类型分别见附录2-2和2-32.附录2-4和2-5中各围护结构的冷负荷温度以北京地区为参考对象，其他地点需修正3.外表面放热系数不等于18.6W/(m2·℃)时，需修正4.内表面放热系数变化时，可不加修正安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷2.3.1围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷外墙和屋面的冷负荷计算温度冷负荷计算式kktttdcc`地点修正温度RcttAKQc`注：5.当考虑到城市大气污染和中、浅色的耐久性差，建议吸收系数取0.96.经久保持建筑围护结构表面的中、浅色时，则tc（τ）乘以表2-9中吸收系数安徽工业大学2.3夏季建筑围护结构的冷负荷2.3.1围护结构逐时传热形成冷负荷的计算方法1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷外墙和屋面的冷负荷计算温度ts.m——夏季空调室外计算日平均综合温度，℃to.m——夏季空调室外计算日平均温度，℃Jt——围护结构所在朝向太阳总辐射照度的日平均值，W/m2ρ——围护结构外表面太阳辐射热的吸收系数α0——围护结构外表面换热系数，W/（m2·℃）0..tmomsJtt注：7.