第1章-供热系统设计热负荷

供热工程GONGREGONGCHENG东北石油大学土木建筑工程学院教学讲稿供热系统设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量1-3围护结构的附加(修正)耗热量1-4冷风渗透耗热量234第1章供热系统的设计热负荷1-6围护结构的最小传热阻与经济传热阻561-5冷风侵入耗热量1一、供暖系统设计热负荷1、供暖系统的热负荷Q是指在某一室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它随着室外温度tw的变化而变化。2、采暖系统的设计热负荷Q’是指在设计室外温度tw’下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是采暖系统设计的最基本依据。第1章供热系统的设计热负荷1-1供热系统设计热负荷二、采暖建筑物的热平衡1、建筑物失热量Qsh（1）围护结构传热耗热量Q1；（2）冷风渗透耗热量Q2；（3）冷风侵入耗热量Q3；其他（车间等）：（4）水分蒸发的耗热量；（5）加热冷物料的耗热量；（6）通风耗热量。2、建筑物得热量Qd（1）采暖系统供热量Q；（2）太阳辐射得热量Q10；其他（车间等）：（3）工艺设备散热量；（4）热物料的散热量；（5）管道散热量。第1章供热系统的设计热负荷1-1供热系统设计热负荷三、供热系统热负荷的计算对于一般的民用建筑，采暖系统的设计热负荷Q’：工程设计中，采暖系统的设计热负荷Q’：式中，Q1j’-围护结构的基本耗热量；（1-2）Q1x’-围护结构的修正耗热量；（1-3）Q2’-冷风渗透耗热量；（1-4）Q3’-冷风侵入耗热量。（1-5）10321QQQQQQQdsh32,1,1QQQQQxj第1章供热系统的设计热负荷1-1供热系统设计热负荷围护结构的基本耗热量Q1j’：是指在设计传热条件下，通过外墙、窗门、地面和屋顶等围护结构，从室内传向室外的热量。围护结构的基本耗热量按照一维稳定传热公式计算。式中，K—传热系数，W／(m2·℃)；F—围护结构的传热面积，m2；tn—采暖房间室内计算温度，℃；tw’—采暖室外计算温度，℃；a—围护结构温差修正系数。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’)(wn,1ttaKFQj一、室内计算温度tn1、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。2、室内空气温度的确定应根据房间用途确定：（1）生活用房间的温度，主要决定于人体的生理热平衡。民用建筑主要房间，在16～22℃（参考设计手册确定）；（2）生产厂房，根据劳动强度确定，10～15℃；（3）生产工艺要求的室温，一般由工艺设计人员提出。有关研究结果认为：当人体衣着适宜时，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。（值班温度：在不采暖期或间断使用的时间内，为了保证室内各种设备及管道不冻结，室内所要求的最低温度，一般为5℃。）第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’二、采暖室外计算温度tw’1、采暖室外计算温度的确定，对采暖系统设计有关键性的影响。如采用过低的tw’值，造成浪费；如采用tw’值过高，则在较长时间内不能保证采暖效果。2、采暖室外计算温度的确定方法（1）根据围护结构的热惰性原理（2）根据不保证天数的原则来确定采用不保证天数方法的原则是：允许1年内有几天室外温度低于选定的采暖室外计算温度tw’。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。3、《采暖通风与空气调节设计规范》：“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”。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’三、温差修正系数a1、与大气直接接触的外围护结构的基本耗热量：采暖房间外侧不与室外大气直接接触，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，th-不采暖房间温度。由于非采暖房间的温度较难确定，为了计算方便，工程中可用进行计算：a值称为围护结构温差修正系数。2、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下表。)(wn,1ttKFQj)(n,1hjttKFQ)(wn,1ttaKFQj第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’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(1～6层建筑)0.60与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(7～30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1-1backbackbackback第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’说明：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，也应计算其传热量。对于两个已知设计温度的相邻房间，传热量的计算应该采用公式：不采用温差修正系数计算。)(2n1,1njttKFQ第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’四、围护结构的传热系数K值1、匀质多层材料的传热系数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，其传热过程如所示。传热系数可用下式计算：式中，αn,αw—围护结构内表面、外表面的换热系数；Rn,Rw—围护结构内表面、外表面的换热阻；δi—围护结构各层材料的厚度；λi—围护结构各层材料的导热系数；Rj—围护结构本体的热阻。wjnniwiinaKRRRR1111110第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’围护结构表面换热系数：（1）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；（2）围护结构外表面换热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热阻值见下表：内表面换热系数与热阻：围护结构内表面特征αn，W/（m2·℃）Rn，m2·℃/W墙、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚，当h/s≤0.3时8.70.115有肋状突出物的顶棚，当h/s＞0.3时7.60.132注：表中h—肋高(m)；s—肋间净距(m)。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’、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，通常采用经验公式近似计算方法或实验数据。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’、空气间层传热系数K值严寒地区民用建筑，常用双层玻璃、复合墙体的空气间层等。空气间层传热同样是辐射与对流换热的综合过程。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。在工程设计中，可按下表的数值。位置、热流状况间层厚度δ（cm）0.5123456以上热流向下（水平、倾斜）0.1030.1380.1720.1810.1890.1980.198热流向上（水平、倾斜）0.1030.1380.1550.1630.1720.1720.172垂直空气间层0.1030.1380.1630.1720.1810.1810.181空气间层热阻R（m2·℃/W）第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’、地面的传热系数地面传热特点在冬季，室内靠近外墙的地面把热量传到室外的路程较短，热阻较小；而远离外墙的地面传热到室外的路程较长，热阻较大。因此，室内地面的传热系数(热阻)随着离外墙的远近而变化。工程计算方法一般采用近似计算方法，把地面分成四个计算地带。注意：第一地带靠近墙角的地面面积需要重复计算。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’第一地带第二地带第三地带第四地带图2-6地面传热地带的划分)贴土保温地面各地带的热阻值，可按下式计算3)地垄墙上的保温地面各地带换热阻值，可按下式计算niii100RR0018.1RR铺设在地垄墙上的地面第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’五、围护结构传热面积的丈量（1）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)。对平屋顶的建筑物，高度算到平屋顶的外表面的高度；对有闷顶的斜屋面，高度算到闷顶内的保温层表面。宽度：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。（2）门、窗面积的丈量：按外墙外表面上的净空尺寸计算。（3）屋顶和地面面积的丈量：地面：按建筑物外墙的内廓尺寸计算屋顶：对平屋顶，顶棚面积按建筑物外廓尺寸计算；对有闷顶的斜屋面，按建筑物的内廓尺寸计算。（4）地下室面积的丈量：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。其耗热量计算方法与地面的计算相同。第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’图1-5围护结构传热面积的尺寸丈量规则第1章供热系统的设计热负荷1-2围护结构的基本耗热量Q1j’一、朝向修正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。需要修正的部分：垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）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xch。第1章供热系统的设计热负荷1-3围护结构的修正耗热量Q1x’-5%WNES0%~10%0%~10%0%~10%-10%~-15%-10%~-15%-15%~-30%-5%(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。)二、风力修正风力修正：是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。修正方法：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2～3m/s。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。xf=5％～10％。需要修正的部分：垂直的外围护结构。第1章供热系统的设计热负荷1-3围护结构的修正耗热量Q1x’三、高度修正高度修正：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。修正方法：民用建筑和工