供暖系统的设计热负荷

供暖系统的设计热负荷张保红供（采）暖•供暖（传统称采暖，从用户本身角度称采暖较合适，从供热单位、施工单位等角度称供暖较多，目前各资料对此称呼尚不统一。），就是使室内获得热量并保持一定的室内温度，以达到适宜的生活条件或工作条件的技术。•供暖系统包括热源（热媒制备）、供热管网（热媒输送）、末端热用户（热媒利用）三个基本组成部分。采暖期•采暖期：从开始采暖到采暖结束的期间。•设计计算用采暖期天数：按累年日平均温度稳定低于或等于采暖室外临界温度的总日数确定。并不指具体某地方的实际采暖期。•采暖室外临界温度：一般民用建筑和工业建筑宜采用5℃。热负荷与设计热负荷•热负荷：在某一室外温度twn’下，为了达到要求的室温tn,供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q’。•设计热负荷：在设计室外温度twn下，为了达到要求的室温tn,供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。1、保持房间及工作区在给定温度的热平衡供暖热量Q＝得热量ΣQ1-6–失热量ΣQ7-102、对一般民用建筑及发热量不大的普通建筑Q=Q1+Q2+Q3-Q10=Q1.j+Q1.x+Q2+Q3围护结构的基本耗热量围护结构的附加（修正）耗热量冷风渗透耗热量冷风侵入耗热量围护结构的耗热量围护结构的耗热量=基本耗热量＋附加（修正）耗热量当室内温度tn要求并不严格时，可近似按稳定传热过程来处理。围护结构的基本耗热量Q1、供暖控制对象室内温度（干球温度）2、按一维稳定传热过程计算q＝KF(tn-twn)a供暖物Q＝Σq＝ΣKF(tn-twn)a围护结构的基本耗热量围护结构的传热系数围护结构的面积冬季室内计算温度温差修正系数供暖室外计算温度室内计算温度tn1、tn指距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。2、以人体的生理热平衡为依据S=M－（Qc＋Qk＋Qp）S=0无冷感S0冬季舒适S0有冷感新陈代谢辐射失热量对流失热量潜热（呼吸、出汗蒸发）失热量3、当人体衣着舒适，保暖量充分且处于安静状况时20℃比较舒适，18℃无冷感，15℃是产生明显冷感的温度界限。4、一般房间较高时，垂直方向的温度梯度不可忽略5、民用建筑物的主要房间，宜采用16～24℃；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℃。供暖室外计算温度tw•要正确的确定和合理的采暖室外计算温度值过低，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；值过高，则在较长时间内不能保证采暖效果。规定的采暖室外计算温度，适用于连续采暖或间歇时间较短的采暖系统的热负荷计算。•围护结构的热惰性原理在采用两砖半实心墙的情况下，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℃，对人的舒适感不产生影响。前苏联按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。•不保证天数的原则采用历年平均不保证5天的日平均温度。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tn值。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。温差修正系数a值考虑外围护结构不直接接触大气，传热温差有所消减的修正q＝KF(tn-th)=KF(tn-twn)a不供暖房间或空间的空气温度℃wnnhntttta围护结构的传热系数K值—围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；—围护结构的传热热阻，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，m2·℃/W；—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，。wjnniwiinRRRaaRK1111110K0RnawanRwRiijR1、匀质多层材料（平板）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（两维传热过程，通常采用近似计算方法或实验数据）3、空气间层传热系数K值（难用理论公式确定）间层中空气导热系数比组成围护结构的其他材料小，增加了热阻。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。)(1wnniiipjRRRFFR地板传热系数K值（地面辐射供暖不计地板传热）地板传热系数K值分带选取。注意：地下室面积丈量，位于室外地面以下的外墙视为地面的延伸，并从上至下按地板相同规则进行传热地带划分。围护结构传热面积的丈量•外墙面积的丈量，高度从本层地面算到上层地面（底层除外）。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。围护结构的附加（修正）耗热量Q1)1()1()1(1JanfgWkqmLiangfchQQ朝向修正率风力修正率两面外墙修正率窗墙面积比过大修正率外门开启修正率房高修正率间歇附加修正率•朝向修正耗热量室内因阳光射入而得到热量1、原因向阳面围护结构外表面温度升高，失热量减少向阳面围护结构较干燥，λ较小，K较小2、方法：考虑日射有利作用各向不同。按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率：北、东北、西北0～10％东南、西南﹣10％～﹣15％东、西﹣5％南﹣15％～﹣30％应考虑当地冬季日照率、建筑物使用和被遮挡等情况。还有一种适于全国各主要城市的朝向修正率，可查。•风力附加耗热量考虑室外风速超常规范围变化而对围护结构基本耗热量的修正。仅限于高地、海边、旷野。风力附加率一般控制在5％～﹣10％•高度附加耗热量(地面辐射供暖不计)考虑房高（温度梯度大）过大而使耗热量增加。不适用于楼梯间。当房屋高度大于4m时，每高出1m应附加2％，但总的高度附加率不应大于15％•高层建筑外窗的风力修正：考虑高层建筑在不同高度、风速下外窗K值附加率修正。可查表。•两面外墙修正考虑围护结构有两面以上外墙，仅用于外墙、外门、窗。修正率5％•窗墙面积比过大修正当窗墙（不含窗）面积比大于1：1时，仅修正外窗。修正率10％•间歇附加修正房间或系统间歇供暖耗热量增加。对外墙、外门、地面、顶棚均适用仅白天使用20％，不经常使用30％•外门附加耗热量考虑建筑物外门开启时，冲入冷空气导致耗热量增大，而对外门基本耗热量的修正。冷风渗透耗热量Q2（设计热负荷中所占比例很大）1、冷风渗透机理：由风力和热压造成地室内外综合压差作用。2、冷风渗透耗热量影响因素：室外风向、风速，室内外温差，门窗朝向、构造，建筑物高低等。)(28.02wnnwnpttLcQ渗入空气量室外计算温度下的空气密度空气的定压比热容单位换算系数1kJ/h=0.278W建筑物迎风面（粗线部分）主导风向主导风向风压作用原理图0压力（﹢）（﹢）压力0高度高度室外风压迎风面背风面热压作用原理图0压力（﹢）高度室外压力竖直通道压力中和面烟筒作用一、缝隙法•多层（六层及六层以下）的建筑物，忽略热压及室外风速沿房高的递增，只计入风压作用时的计算方法。按冬季主导风向(最多风向)计算：nlLLo'渗入空气量每米门、窗缝隙渗入空气量门、窗缝隙的计算长度朝向修正系数•高层民用建筑，风压与热压共同作用下。按各方向计算：blmLL0bwnL)2(2010hbfrCCnCCm/14.03.0hCh二、换气次数法（用于民用建筑的概算法）当无实测数据时，可按表采用。三、百分数法（用于工业建筑的概算法）渗透耗热量占围护结构总耗热量的百分率，可按表估算。VL房间体积渗入空气量换气次数（次/h）分户计量供暖热负荷•计量供暖系统与常规供暖系统热负荷计算方法比较计算方法是基本相同的。考虑对不同需求的热用户提供一定范围内热舒适度的选择余地，计量供暖系统的用户可以根据需要对室温进行自主调节，计量供暖系统的设计室内温度宜比常规供暖系统有所提高。目前，比较普遍认可的看法是：计量供暖系统的室内设计计算温度宜比国家现行标准提高2℃，计算热负荷将会增加7%~11%。如《大连市住宅采暖（分户计量）工程技术暂行规定》对住宅室内设计计算温度按下列数值选取：居室、客厅、餐厅为20~22℃，厨房为16℃，洗浴间为25℃。•计量供暖系统运行中各用户根据自己的生活习惯、经济能力等在一定范围内自主选择室内采暖温度，这就会出现在运行过程中由于人为节能所造成的邻户、邻室传热。•户间热负荷：相邻户会由于调控、短期外出、无人居住等各类原因而关闭其户内的供暖系统，使本户与邻户（上、下、左、右）的内隔墙及楼板两侧形成较大的传热温差，导致本户的总供热量增加。即由于分室调温而出现的温度差引起的向邻户的传热量。•在确定户内供暖设备容量时，选用的房间热负荷应为常规供暖房间热负荷与户间热负荷之和。•目前《暖通规范》并未给出户间传热的统一计算方法。北京市《新建集中采暖住宅分户热计量设计技术规程》•对于集中采暖用户，不采用地板采暖时，暂按6℃温差计算户间楼板和隔墙的传热量，采用地板采暖时，暂按8℃温差计算户间楼板和隔墙的传热量；•采用分户独立热源的用户，因间歇采暖的可能性更大，户间传热负荷温差宜按10%计算；•以各户间传热量总和的适当比例作为户间总传热负荷，即考虑各户间出现传热温差的概率，一般可取50%，而顶层或底层垂直方向因只向下或向上传热，故考虑较大概率，可取70%~80%；•户间传热量不宜大于房间基本采暖负荷的80%。天津市《集中供热住宅计量供热设计规程》•户间热负荷只计算通过不同户之间的楼板和隔墙的传热量，而同一户内不计算该项热传递，典型房间与周围房间的计算温差宜取5~8℃；•考虑到户间各方向的热传递并不是同时发生，因此计算房间各热负荷之和后，应乘以一个概率系数，且不应超过采暖计算热负荷的50%。•规程中还给出了户间热负荷的具体计算公式：1、按面积传热计算方法的基本传热公式2、按体积热指标计算方法的计算公式niiitFKNQ1tNMVqQn建筑供暖设计负荷概算•负荷概算方法适用于方案设计与初步设计阶段。1、单位面积指标法2、单位体积指标法不能把这一平均指标直接用于不同的房间的热负荷计算。各房间的热负荷应按各房间的情况逐个计算，或按房间的不同采用各自的房间热负荷指标。这些指标都是以连续供热为基础的。•《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005），强制性条文：“施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时冷负荷计算”。围护结构的最小传热阻与经济传热阻1、最小传热阻•满足室内舒适性要求围护结构内表面温度τ过低人体向外辐射热过多，产生不舒适感•保证围护结构内表面不结露受潮传热系数↑耗热量↑围护结构易于损坏2、经济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。