供热系统的设计热负荷(于).ppt

无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布第一章 供暖系统的设计热负荷 建筑环境与设备工程于 涛 内容框架1.1 供暖系统设计热负荷1.2 围护结构基本耗热量1.3 围护结构附加耗热量1.4 冷风渗透耗热量1.5 冷风侵入耗热量1.6 辐射供暖系统热负荷计算(new)1.7 围护结构的最小传热阻与经济传热阻1.8 供暖设计热负荷计算例题1.9 高层建筑供暖设计热负荷计算方法简介 1.10 建筑节能及措施(new)|Page 2大纲要求重点：室内供暖系统热负荷的组成及计算理解：围护结构最小热阻与经济热阻的意义;节能建 筑的采暖能耗指标。难点：得热量和失热量的热平衡、围护结构热工性能|Page 31.1供暖系统设计热负荷 供暖系统的热负荷在某一室外温度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Q。Q 随tw变化。如何确定设计依据？|Page 4供暖系统的设计热负荷在设计室外温度 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Q。用途：设计散热面积；设计输送管道和动力；设计热源。|Page 5热负荷的组成-Q3+Q10-Q4-Q5-Q6-Q1住宅、办公楼等民用建筑住宅、办公楼等民用建筑-Q2|Page 6供暖设计热负荷 Energy consumed for heating基本耗热量附加耗热量围护结构围护结构基本耗热量基本耗热量围护结构围护结构附加耗热量附加耗热量冷风渗透冷风渗透耗热量耗热量冷风侵入冷风侵入耗热量耗热量|Page 71.2 围护结构基本耗热量 围护结构传热过程分析 非稳态热力过程，如何求解？Q Q 0 x xt tQ Q tntw Q Q Building envelope|Page 8Review 北京室外气温和室内控制温度比较|Page 9围护结构基本耗热量计算 a围护结构温差修正系数*|Page 101tn规范(GB50019-2003)规定：l民用建筑的主要房间 16-24；l工业建筑的工作地点 轻作业 18-21；中作业 16-18；重作业 14-16；过重作业 12-14；|Page 11l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|Page 12民用建筑供暖室内计算温度（新版手册）序序号号房间名称房间名称室内温度室内温度()序序号号房间名称房间名称室内温度室内温度()一住宅、宿舍一住宅、宿舍三餐饮三餐饮1住宅、宿舍的卧室与起居室18-201餐厅、饮食、小吃、办公182住宅的厨房152洗碗间、制作间、洗手间、配餐间163住宅、宿舍的走廊14-163厨房、热加工间104住宅、宿舍的厕所16-184干菜、饮料库85住宅、宿舍的浴室25四影剧院四影剧院6集体宿舍的盥洗室181门厅、走道14二二 办公楼办公楼2观众厅、放映室、洗手间161门厅、楼（电）梯163休息厅、吸烟室182办公室204化妆203会议、接待18五交通五交通4多功能厅181民航候机厅205走道、洗手间、公共食堂162候车厅、售票厅166车库53公共卫生间16|Page 13对层高超过4 m的房间，地面、天棚、外墙和门窗分别采用不同的室内温度。地面耗热量 工作地点空气温度 tg；屋顶、天窗耗热量 屋顶下空气温度 td=tg+t(H-2);门、窗、墙耗热量 室内平均温度 tp,j=(tg+td)/2 t温度梯度。一般由实验测定或按同类厂房已有资料确定。无资 料时取0.3-1.5/mH屋顶距地面高度|Page 142.tw/Outdoor mean air temperature during heating Outdoor mean air temperature during heating periodperiod确定原则：1）围护结构热惰性原理。2）不保证天数法。注：新版手册tw/有所提高。区别供暖与冬季空调设计所采用的tw/规范规定：采用历年平均每年不保证5天的日平均温度一般取整值,不同设计地点的供暖室外计算温度可由规范直接查取。|Page 153.a (Correctionfactorfortemperaturedifference between inside and outside of building envelope)供供暖暖房房间间tn非非供供暖暖房房间间th室室外外tw何时进行温差修正？如何修正？实测统计值。大小取决于不供暖房间的保温状况、通风情况及周围环境。|Page 16围护结构特征围护结构特征a外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等1.001.00闷顶和室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等闷顶和室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等0.900.90与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(1-6(1-6层建筑层建筑)0.600.60与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙(7-30(7-30层建筑层建筑)0.500.50非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时0.750.75非采暖地下室上面的楼板，外墙无窗且位于室外地坪以上时非采暖地下室上面的楼板，外墙无窗且位于室外地坪以上时0.600.60非采暖地下室上面的楼板，外墙无窗且位于室外地坪以下时非采暖地下室上面的楼板，外墙无窗且位于室外地坪以下时0.400.40与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.700.70与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.400.40伸缩缝墙、沉降缝墙伸缩缝墙、沉降缝墙0.300.30防震缝墙防震缝墙0.700.70表表4.1.8-1 温差修正系数温差修正系数a如何应用？如何应用？|Page 17|Page 18Sup.For a封闭阳台温差修正系数(way1)：南向0.5 北向0.7 东西向0.6|Page 19封闭阳台温差修正系数摘自严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准|Page 204.k1）匀质多层材料的k 2）两种以上材料组成、两向非匀质围护结构的k3）空气间层的k 4）地面的k|Page 211）匀质多层材料的k应用：平壁结构的保温复合节能墙体|Page 222）两种以上材料组成、两向非匀质围护结构的k应用：空心砌块墙体或填充保温材料的墙体|Page 23平均传热阻修正系数（教材P13表1-3）对应于Ai截面上的总传热阻|Page 243）空气间层的k应用：空心双层玻璃、有空气间层的复合墙体。空气间层热阻（教材P16表1-4）|Page 254）地面的k地面向室外传热的特点|Page 26地面传热地带的划分0.470.230.120.07贴土非保温地面各地带的k|Page 27Notice地带划分是沿建筑物外墙轮廓自外墙内表面起，而不是每个房间的隔墙。第一地带墙角处的面积需计算两次（拐角三维散热）。工程计算中，也可简化为对整个地面取平均系数。|Page 28贴土保温地面 铺设在地垄墙上的保温地面铺设在地垄墙上的保温地面|Page 29Notice of K(sup.)手册有常见新型节能建筑的围护结构（窗户、外墙、屋顶）的传热系数，可直接查取。资料中的外墙传热系数是考虑热桥(Thermal bridge)后的平均传热系数，可直接应用。当房间地面沿外墙有供暖管道地沟时，该房间可不计算地面耗热量。|Page 30要求掌握以下材料传热系数计算(from zhao)均质多层壁传热系数非均质多层壁传热系数空气间层传热系数的影响因素（如双层玻璃）地面传热系数：划分地带法和平均传热系数法窗户传热系数：玻璃种类|Page 315.F原则：按散热面积丈量门门、窗窗外外墙墙净净空空尺尺寸寸 外外墙墙按按本本层层地地面面上上表表面面到到上上层层地地面面上上表表面面（除除底底层层）计计高高，按按外外廓廓尺尺寸寸计计宽宽。屋屋顶顶、地地面面外外墙墙内内表表面面与与内内墙墙中中心心线线计计算算。|Page 32地下室面积丈量从与室外地面相平的墙面开始划分四个地带|Page 331.3 围护结构附加耗热量 一、朝向修正耗热量 Qch考虑建筑物太阳辐射得热影响。修正方法：Q1,j xch。朝向修正率南南北北东东西西-15%-30%-5%010%010%010%-5%-10%-15%-10%-15%|Page 34Notice of xch1）xch是一个范围值。选用时，要考虑当地冬季日照率、太阳辐射强度、建筑物的使用和遮阳情况。2）仅对外围护结构的垂直部分进行修正。3）日照率4 m时，每高出1 m，Qj+Qch+Qf附加2%，但总的附加率xg15%。注：楼梯间不适用此项附加。|Page 38考虑朝向、风力、高度修正后的围护结构总耗热量：*|Page 39如何考虑室内竖向温度梯度对Q的影响?摘自暖通规范条文说明Way1:对房间各部分围护结构采用同一室内温度计算耗热量，当房间高于4m时计入高度附加；Way2:对房间各部分围护结构采用不同的室内温度计算耗热量，即使房间高于4m时也不计高度附加特点：简单，不能根据建筑物不同性质区别对待，适用于室内散热量较小，上部空间温度增高不显著的建筑（民用建筑及辅助建筑）特点：繁琐，但适用各种性质的建筑物，尤其是室内散热量较大、上部空间温度明显升高的工业建筑。|Page 401）两面外墙修正四、其它修正(参见新版实用供热空调设计手册)房间有两面及两面以上外墙时，将外墙、外门、窗的基本耗热量附加5%。2 2）窗墙面积比过大修正）窗墙面积比过大修正 窗墙（不含窗）面积比大于窗墙（不含窗）面积比大于1:11:1时，外窗基本耗热量附加时，外窗基本耗热量附加10%。|Page 413）高层建筑外窗的风力修正 按单、双层钢窗在不同高度和室外风速下分别考虑0%-15%和0%-7%的k值附加率进行修正，详见手册。4 4）间歇附加）间歇附加 仅白天使用，附加仅白天使用，附加20%；不经常使用，附加；不经常使用，附加30%。对外墙、外窗、外门、地面、顶棚均适用，附加在其对外墙、外窗、外门、地面、顶棚均适用，附加在其它项之上。它项之上。|Page 42考虑上述修正后的围护结构总耗热量：|Page 43围护结构传热耗热量Q1|Page 441.4 冷风渗透耗热量V经门、窗缝隙渗入室内的空气量，m3/h；供暖室外计算温度下的干空气密度，kg/m3；冷空气的定压比热容，=1 kJ/(kg.)。|Page 45一、忽略热压及室外风速沿房高的递增，只计入风压作用时的V的计算方法(多层建筑)1.缝隙法(较准确)2.换气次数法(民用建筑概算)3.百分数法(工业建筑概算)|Page 461.缝隙法 L每米门、窗缝隙渗入的空气量，m3/h.m(P20表1-6)l门、窗缝隙的计算长度，mn渗透空气量的朝向修正系数(P409 附表1-5)|Page 47Notice of L&lL1）由外门渗入的空气量为表中值的两倍。2）有密封条时，表中数值乘以0.5-0.6的系数。3）由于门窗密封性能的提高，新手册中渗风量数值小于旧版l1）当房间仅有一面或相邻两面外墙时，全部计入；2）当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大一面的缝隙；3）当房间有三面外墙时，仅计入风量较大的两面的缝隙。|Page 482.换气次数法 nk房间换气次数，次/h (P20表1-7)Vn房间内部体积，m3 3.百分数法 根据建筑物高度和玻璃窗层数，按教材P21 表1-8内的百分数进行估算。|Page 49二、综合考虑热压风压，且室外风速随高度递增时的计算方法（高层建筑）Q2产生的原因：热压+风压1)1)热压作用热压作用理论热压：理论热压：1楼梯间及竖井热压分布线 2各层外窗热压分布线 有效热压：有效热压：热压系数：热压系数：Cr，常取常取0.2-0.5|Page 50风速随高度的变化规律：2）风压作用h0基准高度，一般取10 m；a幂指数，与地面粗糙度有关，取0.2理论风压理论风压：实际实际风压风压：风力作用产生的单位缝长渗透空气量风力作用产生的单位缝长渗透空气量：a,b与门窗构造有关的特性常数；L基准风速作用下的单位缝长空气渗透量，Ch计算中心线标高为h的渗透空气量对于基准渗透量的高度修正系数|Page 51风压按朝向修正，热压不考虑修正3）风压与热压共同作用 C压差比，有效热压差/有效风压差 m考虑计算门窗所在高度、朝向和热压差的存在而引入的风量 综合修正系数。m0，表示所计算朝向的门窗无冷空气侵入，或已有室内 空气渗出，此时，处于该朝向的门窗冷风渗透量取为零风压热压共同作用产生的渗风量：|Page 521.5 外门冷风侵入耗热量 Q3=Q1,m,jN 外门布置状况外门布置状况附加率附加率一道门一道门65n%两道门两道门80n%三道门三道门60n%公共建筑和生产公共建筑和生产厂房主要出入口厂房主要出入口500%p注：n?一道门65n%；两道门80n%?公共建筑 500%（办公、商业、旅游、科教文卫、交通运输建筑）开启时间较长的民用建筑外门，N*(1.5-2.0)此外门指建筑物底层入口的门，不是各户外门或阳台门空调建筑室内保持正压时，热负荷不计Q2和Q3。靠无组织渗风补充室内新风的空调系统，需考虑Q2|Page 53 1.6 辐射供暖系统热负荷计算 低温辐射供暖系统（60）一、分类中温辐射供暖系统（80-200）高温辐射供暖系统（200）|Page 54低温热水地板辐射采暖|Page 55天花板式，或铺设在墙壁中、地板下|Page 56红外线辐射器采暖电力红外线辐射器燃气红外线辐射器|Page 57高尔夫练习场里的燃气红外线辐射器采暖器|Page 58二、辐射供暖的特点1）热舒适性好2）节能3）节约建筑面积|Page 59|Page 60三、辐射供暖热负荷计算1）全面辐射采暖系统 Way 1:（0.90.95）QWay 2:tn取值降低取值降低2 Notice:不计地面热损失；不考虑高度附加不计地面热损失；不考虑高度附加 1.低温辐射采暖系统|Page 61continue2）局部辐射采暖系统 Q=整个房间全面辐射供暖热负荷附加系数 采暖区域面积与房间采暖区域面积与房间总面积比值总面积比值0.550.400.25附加系数附加系数1.301.351.50局部辐射采暖热负荷附加系数|Page 62continue2.热水吊顶辐射采暖系统 同上3.燃气红外线辐射供暖系统燃气红外线辐射供暖系统全面采暖：（全面采暖：（0.80.9）Q局部采暖：同上局部采暖：同上|Page 631.7 围护结构的最小传热阻与经济传热阻 1）满足使用要求 围护结构内表面不结露 一、最小传热阻Rmin 2）满足卫生要求 围护结构内表面维持一定温度，满足人体热舒适 为满足上述两项要求而确定的外围护结构的传热阻是最小传热阻。|Page 64R0,min？Q Q 0 x xt tQ Q tntw Q Q|Page 65R0,min？(continue)规定室内计算温度与外围护结构内表面温度的允许温度差ty，则冬季围护结构室外计算温度，按围护结构热惰性指标冬季围护结构室外计算温度，按围护结构热惰性指标D值值 分四个等级来确定分四个等级来确定供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差(教材教材 P409附录附录1-5)|Page 66|Page 67在一个规定年限内，使建筑物的建造费用与经营费用之和最小的围护结构传热阻。二、经济传热阻 建造费用建造费用含室内、管网、热源三部分。含室内、管网、热源三部分。经营费用含围护结构和供暖系统的折旧费、维修费、系经营费用含围护结构和供暖系统的折旧费、维修费、系统运行费。统运行费。现状：难以立刻实现。现状：难以立刻实现。|Page 68三、对围护结构传热阻的节能限值（sup.）|Page 69制定目标：在20世纪80年到81年住宅通用设计能耗的基础上，通过建筑设计和供暖设计两方面的措施，使建筑的供暖耗能节约50%。用于加强建筑保温和防止门窗漏风的建筑投资不能超过土建工程造价的10%，投资回收期不超过10年；在供暖系统中采取节能措施而节约吨标煤的投资不能超过开发吨标煤的投资。|Page 70围护结构应满足的要求 1）热阻不小于最小传热阻。2）k 满足节能限值。3）围护结构热桥部位内表面温度不低于室内空气露点|Page 711.8 供暖设计热负荷计算例题|Page 72已知信息&可获信息1.地点北京tw、tw,e、v3.土建资料外墙构造、k、D 顶棚做法、k、D 外窗、外门的类型(k)、尺寸、l 地面类型2.房间功能会议室tn、ty|Page 73热负荷计算校核围护结构热阻是否大于最小传热阻P261-34071-2P151-14091-6|Page 74Q1的计算 P23 房间耗热量计算表Q2的计算Q3的计算Q3=Qm,jN|Page 75门 窗 缝 隙教材 P22 外窗：单层木框玻璃窗，宽*高=1.5*2.0 m，带上亮(高0.5 m)三扇两开窗。|Page 76|Page 77教材 P22 外门：单层木门，宽*高=1.5*2.0 m，无上亮的双扇门。|Page 78 1.10 建筑节能及措施 一、节能指标在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内设计温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量。1.建筑物耗热量指标 Index of heat loss of building2.采暖设计热负荷指标（热指标）Index of design load for heating of building在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉或其他供热设施供给的热量。|Page 79From 民用建筑节能设计标准(JGJ26-95)|Page 80|Page 81|Page 82单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量qHT严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准qHq 折合到单位建筑面积上单位时间内通过墙的传热量 W/m2qHw 折合到单位建筑面积上单位时间内通过屋顶的传热量 W/m2；qHd 折合到单位建筑面积上单位时间内通过地面的传热量 W/m2；qHmc 折合到单位建筑面积上单位时间内通过门、窗的传热量 W/m2qHy 折合到单位建筑面积上单位时间内非采暖封闭阳台的传热量|Page 83面积热指标(sup.)建筑物总供暖热负荷，W 供暖面积热指标，W/m2 建筑物总建筑面积，m2 建筑类型建筑类型qn,m建筑类型建筑类型qn,m住宅住宅4570商店商店6575节能住宅节能住宅3045单层住宅单层住宅80105办公室办公室6080一、二层别墅一、二层别墅100125医院、幼儿园医院、幼儿园6580食堂、餐厅食堂、餐厅115140旅馆旅馆6070影剧院影剧院90115图书馆图书馆4575大礼堂、体育馆大礼堂、体育馆115160qn,m取值|Page 84For example 某社区住宅楼设计说明|Page 85|Page 86 建筑节能指标 continue在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期消耗的标准煤量。3.采暖耗煤量指标 二、二、建筑节能的方法和设计步骤建筑节能的方法和设计步骤 校核建筑物体形系数、窗墙面积比是否符合节能标准校核建筑物体形系数、窗墙面积比是否符合节能标准|Page 87体形系数(Shape coefficient of building)建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，使传热系数符合节能标准要求。|Page 88窗墙面积比(Area ratio of window to wall)窗墙面积比窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值。建筑层数建筑层数3 3层层6 6层层1111层层2929层层严寒地区严寒地区南南0.400.400.30-0.400.30-0.400.35-0.400.35-0.400.35-0.400.35-0.40东西东西0.030.030.050.050.050.050.250.25北北0.150.150.20-0.250.20-0.250.20-0.250.20-0.250.25-0.300.25-0.30寒冷地区寒冷地区南南0.400.400.450.450.450.450.400.40东西东西0.030.030.060.060.060.060.300.30北北0.150.150.30-0.400.30-0.400.30-0.400.30-0.400.350.35注：摘自严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准|Page 89 户间传热负荷（sup.）规范规定：当相邻房间的温差大于或等于5时，应计算通过隔墙或楼板的传热量。与相邻房间的温差小于5，且通过隔墙和楼板的传热量大于该房间热负荷的10%时，尚应计算其传热量。一、户间传热负荷|Page 90户间传热与传热温差修正的区别 传热温差修正相邻房间是不供暖空间，但相邻空间只与室外大气相关连，工况相对稳定，a值可由经验得到 户间传热用户调节有随意性，邻室间温差不确定、设计负荷取值不确定，热负荷计算遇到困难。|Page 91户间传热计算原则和方法 1）计算所有户间楼板和户间隔墙的传热量。2）户间热负荷的计算温差宜取5-8，采用散热器供暖时，按6计算；采用地板辐射供暖时，按8计算。3）以各方向户间传热量总和的适当比例N，作为户间总传热负荷Q，并考虑户间各项热传递的同时发生率。4）户间热负荷不宜大于房间供暖设计热负荷的50%。5）户间热负荷与供暖设计热负荷之和，作为户间散热设备的计算热负荷，而不计入建筑物的总供暖设计热负荷。|Page 92户间传热量的计算公式N户间楼板及隔墙发生传热的概率系数 当只有一面可能发生户间传热的围护物时，N=0.8；当有两面可能发生户间传热的围护物时，N=0.7；当有三面可能发生户间传热的围护物时，N=0.6；当有四面可能发生户间传热的围护物时，N=0.5。Ki，Fi户间楼板或隔墙的传热系数和传热面积t户间热负荷计算温差|Page 93讨论：走廊是否应采暖？tn、Q如何计算？(sup.)甲方要求地方标准建筑物所在地域建筑物功能围护结构保温情况建筑结构 tn取1416 走廊不采暖，相邻隔墙传热量进行温差修正；走廊采暖，与邻室温差5，相邻隔墙计算户间传热量。|Page 94|Page 95|Page 96本章小结重点：供暖系统设计热负荷的组成与计算方法 围护结构最小热阻与经济热阻思考题：1、围护结构耗热量的基本组成及各项修正系数的物理意义2、围护结构最小热阻与经济热阻的意义。|Page 97下图1为哈尔滨市某三层教学楼的平面图。试计算一层101图书馆、102门厅的供暖设计热负荷。作业（一）供暖设计热负荷计算题 图1 102|Page 98已知围护结构条件：外墙：二砖墙，外表面水泥砂浆抹面，内表面水泥砂浆抹面、白灰粉刷，厚度均为20 mm；外窗：双层木框玻璃窗C-1（图2），2000mm2000mm （冬季用密封条封窗）；外门：双层木框玻璃门M-1（图3），4000mm3000mm；层高：4 m(从本层地面上表面算到上层地面上表面)；地面：不保温地面。说明：除外墙外，其他围护结构的传热系数均由表格查取。窗的缝隙长包括气窗。|Page 99图2 图3|Page 100作业：外门为双层木框玻璃门，4000mm3000mm|Page 101|Page 102