1、供熱工程,GONG RE GONG CHENG,東北石油大學土木建筑工程學院,教學講稿,1-1 供熱系統(tǒng)設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量,1-3 圍護結(jié)構(gòu)的附加(修正)耗熱量,1-4 冷風滲透耗熱量,2,3,4,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-6 圍護結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻,5,6,1-5 冷風侵入耗熱量,1,一、供暖系統(tǒng)設(shè)計熱負荷 1、供暖系統(tǒng)的熱負荷Q 是指在某一室外溫度tw下，為了達到要求的室內(nèi)溫度tn，供暖系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。它隨著室外溫度tw的變化而變化。 2、采暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷Q 是指在設(shè)計室外溫度tw 下，為了達到要求的室內(nèi)溫度tn，供暖系統(tǒng)在單

2、位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。它是采暖系統(tǒng)設(shè)計的最基本依據(jù)。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-1 供熱系統(tǒng)設(shè)計熱負荷,二、采暖建筑物的熱平衡 1、建筑物失熱量Qsh （1）圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量Q1； （2）冷風滲透耗熱量Q2； （3）冷風侵入耗熱量Q3 ； 其他（車間等）： （4）水分蒸發(fā)的耗熱量； （5）加熱冷物料的耗熱量； （6）通風耗熱量。,2、建筑物得熱量Qd （1）采暖系統(tǒng)供熱量Q； （2）太陽輻射得熱量Q10； 其他（車間等）： （3）工藝設(shè)備散熱量； （4）熱物料的散熱量； （5）管道散熱量。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-1 供熱系統(tǒng)設(shè)計熱負荷,三、供熱系統(tǒng)熱負荷的計算 對于

3、一般的民用建筑，采暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷Q： 工程設(shè)計中，采暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷Q： 式中，Q1j-圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量；（1-2） Q1x-圍護結(jié)構(gòu)的修正耗熱量；（1-3） Q2-冷風滲透耗熱量；（1-4） Q3-冷風侵入耗熱量。（1-5）,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-1 供熱系統(tǒng)設(shè)計熱負荷,圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j：是指在設(shè)計傳熱條件下，通過外墻、窗門、地面和屋頂?shù)葒o結(jié)構(gòu)，從室內(nèi)傳向室外的熱量。圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量按照一維穩(wěn)定傳熱公式計算。 式中 ， K傳熱系數(shù)，W(m2)； F圍護結(jié)構(gòu)的傳熱面積，m2； tn采暖房間室內(nèi)計算溫度，； tw采暖室外計算溫度，； a圍護結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)。

4、,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,一、室內(nèi)計算溫度tn 1、室內(nèi)計算溫度 是指距地面2m以內(nèi)人們活動地區(qū)的平均空氣溫度。 2、室內(nèi)空氣溫度的確定 應(yīng)根據(jù)房間用途確定： （1）生活用房間的溫度，主要決定于人體的生理熱平衡。民用建筑主要房間，在1622（參考設(shè)計手冊確定）； （2）生產(chǎn)廠房，根據(jù)勞動強度確定，1015 ； （3）生產(chǎn)工藝要求的室溫，一般由工藝設(shè)計人員提出。 有關(guān)研究結(jié)果認為：當人體衣著適宜時，室內(nèi)溫度20比較舒適，18無冷感，15是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限。 （值班溫度：在不采暖期或間斷使用的時間內(nèi)，為了保證室內(nèi)各種設(shè)備及管道不凍結(jié)，室內(nèi)所要求的最

5、低溫度，一般為5。）,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,二、采暖室外計算溫度tw 1、采暖室外計算溫度的確定，對采暖系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)鍵性的影響。如采用過低的 tw值，造成浪費；如采用tw值過高，則在較長時間內(nèi)不能保證采暖效果。 2、采暖室外計算溫度的確定方法 （1）根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性原理 （2）根據(jù)不保證天數(shù)的原則來確定 采用不保證天數(shù)方法的原則是：允許1年內(nèi)有幾天室外溫度低于選定的采暖室外計算溫度tw。不保證天數(shù)根據(jù)各國規(guī)定而有所不同，有規(guī)定1天、3天、5天等。 3、采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范：“采暖室外計算溫度，應(yīng)采用歷年平均不保證5天的日平均溫度”。,第1

6、章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,三、溫差修正系數(shù)a 1、與大氣直接接觸的外圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量： 采暖房間外側(cè)不與室外大氣直接接觸，中間隔著不采暖的房間或空間。此時通過該圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量應(yīng)為： 式中，th-不采暖房間溫度。由于非采暖房間的溫度較難確定，為了計算方便，工程中可用進行計算： a值稱為圍護結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)。 2、圍護結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)a值的大小，取決于非采暖房間或空間的保溫性能和透氣狀況。對于保溫性能差和易于室外空氣流通的情況，不采暖房間或空間的空氣溫度更接近于室外空氣溫度，則a值更接近于1。圍護結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)見下表。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,

7、1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,溫差修正系數(shù)（a） 表1-1,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,說明： 當兩個相鄰房間的溫差大于或等于5時，應(yīng)計算通過隔墻或樓板等的傳熱量。與相鄰房間的溫差小于5時，且通過隔墻或樓板等的傳熱量大于該房間熱負荷的10%時，也應(yīng)計算其傳熱量。 對于兩個已知設(shè)計溫度的相鄰房間，傳熱量的計算應(yīng)該采用公式： 不采用溫差修正系數(shù)計算。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,四、圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K值 1、勻質(zhì)多層材料的傳熱系數(shù) 一般建筑物的外墻和屋頂都屬于勻質(zhì)多層材料的平壁結(jié)構(gòu)，其傳熱過程如所示。傳熱系數(shù)

8、可用下式計算： 式中，n,w圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面的換熱系數(shù)； Rn,Rw圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面的換熱阻； i 圍護結(jié)構(gòu)各層材料的厚度； i圍護結(jié)構(gòu)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)； Rj圍護結(jié)構(gòu)本體的熱阻。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,圍護結(jié)構(gòu)表面換熱系數(shù)： （1）圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱是壁面與鄰近空氣及其它壁面由于溫差引起的自然對流和輻射換熱的共同作用； （2）圍護結(jié)構(gòu)外表面換熱主要是由于風力作用產(chǎn)生的強迫對流換熱，輻射換熱占的比例較小。 工程計算中采用的換熱系數(shù)和熱阻值見下表： 內(nèi)表面換熱系數(shù)與熱阻：,注：表中h肋高(m)；s肋間凈距(m)。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計

9、熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,外表面換熱系數(shù)w與換熱阻Rw：,說明：外表面換熱系數(shù)是對應(yīng)室外風速4m/s的數(shù)據(jù)。當室外風速大于4m/s時，需要對基本耗熱量進行修正，即風力修正。 （常用圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，可直接從有關(guān)手冊中查得）,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,2、兩向非勻質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K值 從節(jié)能角度出發(fā)，采用各種形式的空心砌塊或填充保溫材料的墻體等日益增多。這種墻體屬于由兩種以上材料組成的、非勻質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)，屬于兩維傳熱過程。 計算它的傳熱系數(shù)K值時，通常采用經(jīng)驗公式近似計算方法或?qū)嶒灁?shù)據(jù)。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護

10、結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,3、空氣間層傳熱系數(shù)K值 嚴寒地區(qū)民用建筑，常用雙層玻璃、復(fù)合墻體的空氣間層等。空氣間層傳熱同樣是輻射與對流換熱的綜合過程。 對流換熱強度與間層的厚度、間層設(shè)置的方向和形狀、以及密封性等因素有關(guān)。在工程設(shè)計中，可按下表的數(shù)值。,空氣間層熱阻R（m2/W）,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,4、地面的傳熱系數(shù) 地面?zhèn)鳠崽攸c 在冬季，室內(nèi)靠近外墻的地面把熱量傳到室外的路程較短，熱阻較?。欢h離外墻的地面?zhèn)鳠岬绞彝獾穆烦梯^長，熱阻較大。因此，室內(nèi)地面的傳熱系數(shù)(熱阻)隨著離外墻的遠近而變化。 工程計算方法 一般采用近似計算方法，把地面分成四

11、個計算地帶。,注意：第一地帶靠近墻角的地面面積需要重復(fù)計算。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,1）貼土非保溫地面 各地帶傳熱系數(shù)及熱阻值見下表。,非保溫地面的傳熱系數(shù)和換熱阻,(貼土非保溫地面：組成地面的各層材料導(dǎo)熱系數(shù)都大于1.16W（m）,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,2)貼土保溫地面 各地帶的熱阻值，可按下式計算 3) 地壟墻上的保溫地面各地帶換熱阻值，可按下式計算,鋪設(shè)在地壟墻上的地面,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,五、圍護結(jié)構(gòu)傳熱面積的丈量 （1）外墻面積的丈量： 高度：從

12、本層地面算到上層的地面(底層除外)。 對平屋頂?shù)慕ㄖ?，高度算到平屋頂?shù)耐獗砻娴母叨龋?對有悶頂?shù)男蔽菝妫叨人愕綈烅攦?nèi)的保溫層表面。 寬度：應(yīng)按建筑物外廓尺寸計算。兩相鄰房間以內(nèi)墻中線為分界線。 （2）門、窗面積的丈量： 按外墻外表面上的凈空尺寸計算。 （3）屋頂和地面面積的丈量： 地面：按建筑物外墻的內(nèi)廓尺寸計算 屋頂： 對平屋頂，頂棚面積按建筑物外廓尺寸計算； 對有悶頂?shù)男蔽菝?，按建筑物的?nèi)廓尺寸計算。 （4）地下室面積的丈量： 把地下室外墻在室外地面以下的部分，看作是地下室地面的延伸。 其耗熱量計算方法與地面的計算相同。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j

13、 ,圖1-5 圍護結(jié)構(gòu)傳熱面積的尺寸丈量規(guī)則,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,圖1-6 地下室面積的丈量,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-2 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q1j ,一、朝向修正 是考慮建筑物受太陽照射影響而對圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量的修正。 需要修正的部分：垂直的外圍護結(jié)構(gòu)（門、窗、外墻及屋頂?shù)拇怪辈糠郑?采用的修正方法是按圍護結(jié)構(gòu)的不同朝向，采用不同的修正率xch。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-3 圍護結(jié)構(gòu)的修正耗熱量Q1x,(選用上述朝向修正率時，應(yīng)考慮當?shù)囟救照章?、輻射照度、建筑物使用和被遮檔等情況。),二、風力修正 風力修正：是考慮室外風

14、速變化而對圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量的修正。 修正方法：在計算圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量時，外表面換熱系數(shù)是對應(yīng)風速約為4m/s的計算值。我國大部分地區(qū)冬季平均風速一般為23m/s。在一般情況下，不必考慮風力附加。只對建在不避風的高地、河邊、海岸、曠野上的建筑物，以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高出的建筑物。xf=510。 需要修正的部分：垂直的外圍護結(jié)構(gòu)。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-3 圍護結(jié)構(gòu)的修正耗熱量Q1x,三、高度修正 高度修正：是考慮房屋高度對圍護結(jié)構(gòu)耗熱量的影響而附加的耗熱量。 修正方法：民用建筑和工業(yè)輔助建筑物，當房間高度大于4m時，每高出1m應(yīng)附加2%，但總的附加率不應(yīng)大于15%。 計算時應(yīng)注意

15、： （1）高度附加率，應(yīng)附加于房間各圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量和其它附加（修正）耗熱量的總和上。 （2）對于多層建筑物的樓梯間，不考慮高度附加。,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-3 圍護結(jié)構(gòu)的修正耗熱量Q1x,綜上所述，圍護結(jié)構(gòu)的總耗熱量：,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,1-3 圍護結(jié)構(gòu)的修正耗熱量Q1x,冷風滲透耗熱量： 在風壓和熱壓造成的室內(nèi)外壓差作用下，室外的冷空氣通過門、窗等縫隙滲入室內(nèi)，被加熱后逸出。把這部分冷空氣加熱所消耗的熱量，稱為冷風滲透耗熱量Q2。 冷風滲透的計算原則： （1）對于多層（六層及六層以下）的建筑物，由于房屋高度不高，冷風滲透耗熱量主要考慮風壓的作用，可忽略熱壓的影響。

16、 （2）對于高層建筑，在冷風滲透耗熱量時，則應(yīng)考慮風壓與熱壓的綜合作用。 冷風滲透耗熱量影響因素： 室外風向和風速、室內(nèi)外空氣溫差；門窗構(gòu)造、門窗朝向；建筑物高低以及建筑物內(nèi)部通道狀況等。,1-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,一、縫隙法 縫隙法是按照門窗縫隙長度確定滲入的冷空氣量，進而確定其耗熱量的方法，是常用的較精確的計算方法。 1、冷空氣滲透量按下式近似計算： V0每米門窗縫隙滲入的空氣量，m3/(mh)，與門窗類型、 室外風速有關(guān)，按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇； l門窗縫隙滲入的計算長度，m； n朝向修正系數(shù)，查設(shè)計手冊。 （門窗縫隙計算長度l確定問題：外門窗設(shè)置有關(guān)。）,1

17、-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,每米門、窗縫隙滲入的空氣量m3/(mh),注： 1.每米外門縫隙滲入的空氣量，為表中同類型外窗的兩倍。 2.當有密封條時，表中數(shù)據(jù)可乘以0.50.6的系數(shù)。,1-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,式中，cp空氣的定壓比熱容； w采暖室外計算溫度下的空氣密度； V滲透冷空氣量； tn采暖室內(nèi)計算溫度，； tw采暖室外計算溫度，。,2、冷風滲透耗熱量,1-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,二、換氣次數(shù)法 換氣次數(shù)法-民用建筑的概算法 對多層民用建筑，可以按照換氣次數(shù)進行冷風滲透量的概算。 房間冷空

18、氣滲透量： V=nkVn （ m3 /h ） 式中，Vn 房間內(nèi)部體積，m3； nk房間換氣次數(shù)（次/h）。 換氣次數(shù)與外門窗設(shè)置有關(guān)：,1-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,三、百分數(shù)法 百分數(shù)法-工業(yè)建筑的概算法 對于工業(yè)建筑，由于房屋較高，熱壓較大，冷風滲透耗熱量可按照圍護結(jié)構(gòu)的總耗熱量百分數(shù)計算。 冷風滲透耗熱量的計算： Q2=Q1 式中，-冷風滲透耗熱量占圍護結(jié)構(gòu)總耗熱量百分數(shù). (取決于建筑的高度和玻璃設(shè)置情況，依據(jù)有關(guān)設(shè)計手冊確定。),1-4 冷風滲透耗熱量Q2 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,冷風侵入耗熱量 建筑外門開啟進入室內(nèi)的冷空氣所消耗的熱量。 冷風

19、侵入耗熱量的計算 對于短時間開啟無熱風幕的外門，可以按照外門的基本耗熱量的一定比例，作為冷風侵入耗熱量。 Q3=Q1,j,m 式中， Q1,j,m-外門基本耗熱量。,1-5 冷風侵入耗熱量Q3 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,陽臺門不應(yīng)考慮外門附加。,外 門 附 加 率 ,注：n建筑物的樓層數(shù)。,1-5 冷風侵入耗熱量Q3 ,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,一、圍護結(jié)構(gòu)的最小熱阻 1、圍護結(jié)構(gòu)最小熱阻的含義 圍護結(jié)構(gòu)熱阻應(yīng)滿足條件： (1) 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度值應(yīng)滿足內(nèi)表面不結(jié)露的要求。內(nèi)表面結(jié)露，可導(dǎo)致耗熱量增大和使圍護結(jié)構(gòu)易于損壞。 (2)室內(nèi)空氣溫度與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的溫度差還要滿足衛(wèi)生

20、要求。當內(nèi)表面溫度過低，人體向外輻射熱過多，會產(chǎn)生不舒適感。 根據(jù)上述要求而確定的外圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻，稱為最小傳熱阻。確定圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻時，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度 n 是一個最主要的約束條件。,1-6 圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,2、圍護結(jié)構(gòu)最小熱阻的計算 圍護結(jié)構(gòu)最小熱阻：,式中：ty室內(nèi)溫度tn與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表溫度n允許溫差； tw,e冬季圍護結(jié)構(gòu)室外計算溫度; Rn 圍護結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻。,（ty根據(jù)設(shè)計手冊選用。如：民建外墻 ty=6）,1-6 圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,3、冬季圍護結(jié)構(gòu)室外計算溫度的確定 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度波

21、動與墻體的熱惰性有關(guān)。所以冬季圍護結(jié)構(gòu)室外計算溫度與墻體的熱惰性有關(guān)。 （1）墻體熱惰性指標D 勻質(zhì)多層材料組成的平壁圍護結(jié)構(gòu)，按下式計算： 式中 Ri材料的傳熱熱阻； Si各層材料的蓄熱系數(shù)。,1-6 圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,注：表中tw和tpmin分別為采暖室外計算溫度和累年最低日平均溫度。,（2）冬季圍護結(jié)構(gòu)室外計算溫度 根據(jù)墻體的熱惰性指標，把墻體分成四種類型，分別給出室外計算溫度的計算公式。,1-6 圍護結(jié)構(gòu)最小傳熱阻與經(jīng)濟傳熱阻,第1章 供熱系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷,二、圍護結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟熱阻 在一個規(guī)定年限內(nèi)，使建筑物的建造費用和經(jīng)營費用之和最小的圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻，稱為圍護結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟傳熱阻。 按經(jīng)濟傳熱阻原則，要比目前采用