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1、,7.2 热负荷,目 录,1 采暖系统设计热负荷,2 围护结构的基本耗热量,3 围护结构的附加(修正)耗热量,4 冷风渗透耗热量,1,2,3,4,人们为了保证正常的生产和生活，要求室内保持一定的温度。一个建筑物或房间可有各种得热和散失热量的途径。当建筑物或房间的失热量大于得热量时，为了保持室内在要求温度下的热平衡，需要由采暖通风系统补给热量，以保证室内要求的温度。采暖系统通常利用散热器向房间散热，通风系统送入高于室内要求温度的空气，这样,一方面向房间不断地补充新鲜空气，另一方面也为房间提供热量。采暖系统的热负荷是指在某一室外温度 下，为了达到要求的室内温度，采暖系统在单位时间内向建筑物供给的热
2、量。它随着建筑物得失热量的变化而变化。,一.采暖系统设计热负荷,采暖系统的设计热负荷是指在设计室外温度下，为了达到要求的室内温度，采暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是设计采暖系统的最基本依据。建筑物失热量：（1）围护结构的耗热量；（2）加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称冷风渗透耗热量；（3）加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称冷风侵入耗热量；（4）水分蒸发的耗热量；（5）加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；,二 建筑物得热量和失热量,（6）通风耗热量。通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量；（7）通过其它途径的耗热量。建筑物得热量：（1）生产车间最小负荷班
3、的工艺设备散热量；（2）热管道及其他热表面的散热量；（3）热物料的散热量；（4）太阳辐射进入室内的热量。此外，还会有通过其它途径散失或获得的热量。,冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物或房间的得、失热量确定。对于没有由于生产工艺所带来得失热量而需设置通风系统的建筑物或房间(如一般的民用住宅建筑、办公楼等)，失热量只考虑上述的前三项耗热量。得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。至于住宅中其它途径的得热量，如人体散热量、炊事和照明散热量，一般散发量不大，且不稳定，通常可不予计入。,三 热负荷确定的基本原则,对没有装置机械通风系统的建筑物，围护结构的耗热量是指当室内温度高于室外温度时，通过围护结构向
4、外传递的热量。在工程设计中，计算采暖系统的设计热负荷时，常把它分成围护结构的基本耗热量和附加(修正)耗热量两部分进行计算。基本耗热量是指在设计条件下，通过房间各部分围护结构(门、窗、墙、地板、屋顶等)从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加(修正)耗热量是指围护结构的传热状况发生变化而对基本耗热量进行修正的耗热量。附加(修正)耗热量包括朝向修正、风力附加、高度附加和外门附加等耗热量。,计算围护结构附加(修正)耗热量时，太阳辐射得热量可采用对基本耗热量附加（减）的方法列入，而风力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行附加。本节主要阐述采暖系统设计热负荷的计算原则和方法。对具有采暖及通风系统的建
5、筑(如工业厂房和公共建筑等)，采暖及通风系统的设计热负荷，需要根据生产工艺设备使用或建筑物的使用情况，通过得失热量的热平衡和通风的空气量平衡综合考虑才能确定。,2 围护结构的基本耗热量,围护结构的传热耗热量是指当室内温度高于室外温度时，通过房间的墙、窗、门、屋顶、地面等围护结构由室内向室外传递的热量。常分为两部分计算，即围护结构的基本耗热量和附加耗热量。基本耗热量是指在设计的室内、外温度条件下通过房间各围护结构稳定传热量的总和。,在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定传热过程。但不稳
6、定传热计算复杂，所以对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。但对于室内温度要求严格，温度波动幅度要求很小的建筑物或房间，就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算，具体计算参考有关资料。,围护结构稳定传热时，基本耗热量计算公式为：W(1-1)式中 Q 围护结构的基本耗热量，W；K 围护结构的传热系数，W(m2)；F 围护结构的传热面积，m2；采暖室内计算温度，；采暖室外计算温度，；a 围护结构的温差修正系数。整个建筑物或房间围护结构的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和。应该注意，在进行计算时一定要注意单位的统一，通常均要采
7、用法定单位。,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。室内空气温度的选择，应满足人们生活和生产工艺的要求。生产工艺要求的室温，一般由工艺设计人员提出。生活用房间的温度，主要决定于人体的生理热平衡，它和许多因素有关，如与房间的用途、室内的潮湿状况和散热强度、劳动强度以及生活习惯、生活水平等有关。许多国家所规定的冬季室内温度标准，大致在1622范围内。根据国内有关卫生部门的研究结果认为：当人体衣着适宜，保暖量充分且处于安静状况时，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。,一采暖室内计算温度,2 围护结构的基本耗热量,暖通规范规定，设计采暖系统时，冬季室内计
8、算温度应根据建筑物用途，按下列规定采用：（1）民用建筑的主要房间，宜采用1624；见附录 1-2。（2）工业建筑的工作地点，宜采用轻作业1821；中作业1618；重作业1416；过重作业1214。作业种类的划分，应按国家现行的工业企业设计卫生标准（GBZ1）执行。当每名工人占用较大面积（50100m2）时，轻作业时可低至10；中作业时可低至7；重作业时可低至5。,3.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。当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按照国家现行有关专业标准、规范执行。对于高度较高的生产厂房，由于对流
9、作用，上部空气温度必然高于工作地区温度，通过上部围护结构的传热量增加。因此，当层高超过4 m的工业建筑，冬季室内计算温度tn，尚应符合下列规定：,围护结构的基本耗热量,(1)计算地面的耗热量时，应采用工作地点的温度，tg（）；(2)计算屋顶和天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度，td（）；(3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用室内平均温度。室内平均温度，应按下式计算：,(1-2),围护结构的基本耗热量,式中 室内平均温度，；屋顶下的温度，；工作地点的温度，。屋顶下的空气温度td受诸多因素影响，难以用理论方法确定。最好是按已有的类似厂房进行实测确定，或按经验数值用温度梯度法确定。即（1-3）式中 H
10、 屋顶距地面的高度，m；温度梯度，m。,对于散热量小于23Wm3的工业建筑，当其温度梯度值不能确定时，可用工作地点的温度计算围护结构耗热量，但应按后面讲述的高度附加的方法进行修正，增大计算耗热量。采暖室外计算温度 如何确定，对采暖系统设计有关键性的影响。如采用过低的 值，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；如采用值过高，则在较长时间内不能保证采暖效果。因此，正确的确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。,二 采暖室外计算温度,课题2 围护结构的基本耗热量,此外，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
11、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，尚应计算其传热量。围护结构的传热系数K值（1）匀质多层材料（平壁）的传热系数K值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，其传热过程如图1-1所示。传热系数值可用下式计算：,W/（m2）(1-5),课题2 围护结构的基本耗热量,图1-1 通过围护结构的传热过程,课题2 围护结构的基本耗热量,式中K 围护结构的传热系数，W/（m2）；围护结构的传热阻，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，W/（m）；围护结构
12、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。一些常用建筑材料的导热系数值，可见附录1-4。,课题2 围护结构的基本耗热量,常用围护结构的传热系数K值可直接从有关资料中查得。一些常用围护结构的传热系数K值，可见附录7-4。,围护结构的基本耗热量,（3）空气间层传热系数K值在严寒地区和一些高级民用建筑，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。间层中的空气导热系数比组成围护结构的其它材料的导热系数小，增加了围护结构传热阻。空气间层传热同样是辐射与对流换热的综合过程。在间层壁面涂覆辐射系数小的反射材料，如铝箔等，可以有效地增大空气间层的换热阻。对流换
13、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。当厚度相同时，热流朝下的空气间层热阻最大，竖壁次之，而热流朝上的空气间层热阻最小。同时，在达到一定厚度后，反而易于对流换热，热阻的大小几乎不随厚度增加而变化了。,围护结构的附加(修正)耗热量,朝向修正耗热量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。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃窗使室内得到热量，同时由于受阳面的围护结构较干燥，外表面和附近空气温升高，围护结构向外传递热量减少。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。需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的基本耗热量乘
14、以相应的朝向修正率。,（1）朝向修正耗热量,风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。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23m/s。因此，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，才考虑垂直的外围护结构附加510。,（2）风力附加耗热量,高度附加耗热量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。民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15%。计算时
15、应注意：高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其它附加（修正）耗热量的总和上。对于多层建筑物的楼梯间，不考虑高度附加。,（3）高度附加耗热量,外门附加耗热量是考虑建筑物外门开启时，侵入冷空气导致耗热量增大，而对外门基本耗热量的修正。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按查出的相应的附加率。阳台门不应考虑外门附加。,（4）外门附加耗热量,外 门 附 加 率 表,注：n建筑物的楼层数。,4 冷风渗透耗热量,在冬季，建筑物由于室外空气与建筑物内部的竖直贯通通道（如楼梯间、电梯井等）空气之间的密度差形成的热压以及风吹过建筑物时在门窗两侧形成的风压作用下，室外的冷空气通过门、
16、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q2。冷风渗透耗热量，在设计热负荷中占有不小的份额。,4 冷风渗透耗热量,影响冷风渗透耗热量的因素很多，如建筑物内部隔断、门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。总的来说，对于多层（六层及六层以下）的建筑物，由于房屋高度不高，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。对于高层建筑，室外风速会随着高度的增加而增大，热压作用不容忽视。在计算高层建筑冷风渗透耗热量时，则应考虑风压与热压的综合作用。,4 冷风渗透耗热量,计算冷风渗
17、透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法。缝隙法是计算不同朝向门窗缝隙长度及每米缝隙渗入的冷空气量，进而确定其耗热量的一种方法，是常用的较精确的计算方法。,4 冷风渗透耗热量,加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按下式计算：W(1-11)式中 由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量,W；空气的定压比热容，cp=1kJ/(kg)；采暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；L渗透冷空气量，m3/h；采暖室内计算温度，；采暖室外计算温度，。,思考题与习题,1.什么是采暖系统的热负荷、采暖系统的设计热负荷？2.采暖系统的设计热负荷由哪几部分组成？写出计算式，简述每一项代表的意义。3.什么是围护结构的耗热量？包括哪几大部分？4.围护结构的基本耗热量如何计算？简述每一项代表的意义。5.围护结构的基本耗热量为什么要进行温差修正？哪些因素影响温差修正系数值？,Thank You!,
