供热系统的设计热负荷
供热工程习题
《供热工程》复习题第1章供暖系统的设计热负荷1．什么是供暖系统的设计热负荷?在设计室外温度t w下，为了维持室内恒温tn，供热系统在单位时间内需向建筑物供给的热量。
2．供暖系统的设计热负荷包括哪几部分？围护结构的基本耗热量，附加耗热量，冷风渗透耗热量，冷风侵入耗热量3．什么是围护结构的传热耗热量?分为哪两部分?指室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量包括基本耗热量和附加耗热量4．围护结构的修正耗热量包括哪几部分?朝向修正耗热量，风力附加耗热量，高度附加耗热量5．写出房间围护结构基本耗热量的计算公式，说明各项的意义。
6．在什么情况下对供暖室内外计算温差要进行修正? 如何确定温差修正系数?对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔着不供暖房间或空间的场合，在计算外围护结构的基本耗热量时，为统一计算公式，要进行温度修正7．相邻房间供暖室内设计温度不同时，什么情况下计算通过隔墙和楼板的传热量。
当两个相邻供暖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，且通过隔墙和楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时，应计算其传热量。
8．目前我国室外供暖计算温度确定的依据是什么?依据是不保证天数法，即采暖室外计算温度应采用历年平均不超过5天的日平均温度。
9．围护结构中空气间层的作用是什么?空间层中的空气导热系数比组成围护结构的其他材料导热系数小，增加了围护结构传热热阻，减少传热量思考：是否空气间层的厚度越厚越好？对流换热强度开始随间层的厚度的增加而减小，当间层达到一定厚度后，反而易于对流，间层热阻不再随间层厚度的增加而增加。
10．地面的传热系数是如何确定的?地带划分法：沿平行于外墙的方向2m一个把地面划分成四个地带。
平均传热系数法第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次11．高度修正是如何进行的？高度附加耗热量时考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量，当房间高度大于4m时，高度增加1m，耗热量增加2%，总增量不超过15%，且应附加于房间各围护结构的基本耗热量和其他附加耗热量的总和上12．在计算供暖系统的设计热负荷时，太阳辐射得热是如何考虑的？太阳得热量可用减去一部分基本耗热量的方法列入。
供热系统设计热负荷
冬季 t
－ 9℃
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2时2 间24
供热系统设计热负荷
二、围护结构基本耗热量计算
q/ kF (tntw 正系数
供热系统设计热负荷
注意：
不同材料（K不同），分开计算； 不同朝向，分开计算，按逆时针或顺时针顺序计算； 对一侧不与室外气温直接接触的围护结构（如楼板、
+ Q10
--Q2
--Q5
供热系统设计热负荷
3.建筑物或房间得失热量的途径： 失热量有：
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； 4) 水分蒸发耗热量Q4； 5) 加热运入冷物料和运输工具的耗热量Q5；
6) 通风耗热量 Q6；
供热系统设计热负荷
得热量有:
在任一时刻，在室内温度恒定的情况下，
房间失热量=房间得热量
Q补充=Q失―Q得
tR=20℃
Q失
Q得
供热系统设计热负荷
供暖设计热负荷的基本公式
Q / Q 1 /Q 2 /Q 3 /Q 1 / 0
基本耗热量
Q
/ 1,
j
Q
/ 1,x
附加耗热量
Q / Q 1 /,j Q 1 /,xQ 2 / Q 3 /
围护结构 基本耗热量
7) 工艺设备散热量(生产车间最小负荷班的) Q7； 8) 非供暖通风系统的其他管道和热表面的散热量Q8； 9) 热物料的散热量Q9； 10)太阳辐射得热量Q10； 11)通过其它途径散失或获得的热量Q11。
供热系统设计热负荷
第一节 供暖系统的设计热负荷
4. 采暖系统热负荷的建立基础—保持室内温度下的 热平衡
大纲要求
供暖系统的设计热负荷
—围护结构的传热热阻，m2· ℃/W； an aw —围护结构内表面、外表面的换热系数，W/ （m2· ℃）； ℃/W； Rn Rw—围护结构内表面，外表面的换热热阻m2· i —围护结构各层材料的厚度，m； ℃/W； i —围护结构各层材料的导热系数，m2· R j —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，。
R0
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）
F R pj n Fi R i 1 i ( R R ) n w
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。
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Q
1、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 ＝K F ( t n - t wn ) 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
• 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％
供热采暖系统负荷计算
供热采暖系统负荷计算对采暖热负荷和生活热水负荷分别计算后，应选两者中较大的负荷确定为太阳能供热采暖系统的设计负荷，太阳能供热采暖系统的设计负荷应由太阳能集热系统和其他能源辅助加热/换热设备共同负担。
太阳能集热系统负担的采暖热负荷是在计算采暖期室外平均气温条件下的建筑物耗热量。
建筑物耗热量、围护结构传热耗热量、空气渗透耗热量的计算应符合下列规定：1 建筑物耗热量应按下式计算：Q H = Q HT + Q INF -Q IH式中Q H——建筑物耗热量，W；Q HT——通过围护结构的传热耗热量，W;Q INF——空气渗透耗热量，W；Q IH——建筑物内部得热量（包括照明、电器、炊事和人体散热等），W。
2通过围护结构的传热耗热量应按下式计算：Q HT=（t i-t e）(∑εKF)式中Q HT——通过围护结构的传热耗热量，W；t i——室内空气计算温度，按《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019中的规定范围的低限选取，℃；t e——采暖期室外平均温度，℃；ε——各个围护结构传热系数的修正系数，参照相关的建筑节能设计行业标准选取；K——各个围护结构的传热系数，W/（㎡*℃）F——各个围护结构的面积，㎡。
3空气渗透耗热量应按下式计算Q INF=（t i-t e）(CpρNV)式中Q INF——空气渗透耗热量，W；Cp——空气比热容，取*h/（kg*℃）；ρ——空气密度，取t e条件下的值，kg/㎡；N——换气次数，次/h;V ——换气体积,m³/次。
其他能源辅助加热/换热设备负担在采暖室外计算温度条件下建筑物采暖热负荷的计算应符合下列规定；1 采暖热负荷应按现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019中的规定计算。
2 在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑，宜根据当地实际情况，适当降低室内空气计算温度。
太阳能集热器的设置应符合下列规定：1 太阳能集热器宜朝向正南，或南偏东、偏西30°的朝向范围内设置；安装倾角宜选择在当地纬度-10°~+20°的范围内；当受实际条件限制时，应按附录A进行面积补偿，合理增加集热器面积，并应进行经济效益分析。
第六章 集中供暖系统的热负荷
式中：Vw～建筑物外围体积 qv～建筑物供暖体积热指标，W/m3· ℃,它表示各类 建筑物在室内外温差为1℃时，每1立方米建筑物外围体 积的供暖热负荷。 2.面积热指标法： Q`n=qf×F×10-3 Kw （6-2） 式中：F～建筑面积 qf～建筑物供暖面积热指标，W/m3,它表示每1平方 米建筑物的供暖设计热负荷。 我国的供暖设计热负荷在P330上的附录6-1可查得。 3.城市规划指标法 对一个城市新区各类建筑物还未确定是可依靠本方法 概算。
最大热水用量与平均热水用量之间可用小时变化系统 来换算： '
K小时变化系数＝ 每天中最大热负荷用量时的小时热负荷Q r ,max 每天平均每小时热水用量热负荷Q r , p
'
得 Q’r。Max＝Kr·Q‘r· P KW 2.其它生活用热 可参考上述方法，根据一些指标（试验数）进行计算。 四、生产工艺热负荷 1、生产工艺用热得种类 ①低温供热：P＝0.4～0.6MPa，t0＝130～150℃以下。 ②中温供热：P＝0.8～1.3MPa， t0＝130～250℃由中 小型锅炉，热电厂供应。 ③高温供热：P＝由热电厂新汽减温减压来， t0＝ 250～300℃ 2、热负荷的确定方法
一般来说，工厂生产不可能每天一致，冬夏期间总 会有区别。因此，需要分别绘制冬季和夏季典型工作日 的全日生产工艺热负荷图，由此确定生产工艺的最大、 最小热负荷和冬季、夏季平均热负荷值。 对季节性供暖、通风热负荷，它的大小主要取决于 室外温度，而在全天中小时的变化不大，因此，通常用 它的热负荷随室外温度变化来反映热负荷变化的规律。 2.年热负荷图（图6－2） 它是以每月为横坐标的图标。 对季节性的供暖、通风热负荷，可根据该月份的室外 平均温度确定。 对热水供应热负荷按平均小时热负荷确定。 对生产工艺热负荷可根据日平均热负荷确定。 二、热负荷随室外温度变化图 （图6－3）
供热工程考试复习题
1、热负荷：在冬季，为了维持室内空气的一定温度，需要由供暖设备向供热房间供出一定的热量，称该供热量为供暖系统的热负荷。
3、供暖系统的设计热负荷：维持室内空气为设计温度，所必须由供热设备供出的热量。
4、冷风渗透耗热量：通过关闭着的门，窗缝隙，在风压与热压的作用下，室外空气进入室内并排向室外，在此过程中，冷风将带走室内一部分热量，这部分耗热量称为冷风渗透耗热量5、垂直失调：在供暖建筑物中，同一竖向的各房间的室温不符合设计要求的温度，而出现上下层冷热不均的现象，通常称为系统垂直失调。
6、水平失调：在远近立管处出现流量失调引起而引起水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。
7、真空回水式：低压蒸汽凝结水回收和空气的排出还可靠真空泵；把真空泵、凝结水箱、锅炉给水泵组成的机组叫真空给水泵8、直接连接：热用户直接连接在热网上，热网不仅给热用户提供热量而且也提供热媒9、间接连接：热用户采用表面式换热器与热网相连，热网给热用户提供热量，热用户有自己的热媒，热网的热媒与热用户的热媒通过表面换热器进行换热10、闭式系统：热网中的循环水只作为热媒供给给热用户而不从热网中取出使用。
11、开式系统：热网中的循环水部分或全部从热网中取出，直接用于生产或热水供应热用户中12、局部供暖系统：热媒制备，热媒输送和热媒利用三个主要部分组成在一起的供暖系统，称为局部供暖系统。
13、集中供暖系统：当热源和散热设备分别设置，用热媒管道相连接，由热源各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中供暖系统。
填空：供暖方式：连续供暖和间接供暖供暖系统都是由热媒制备（热源），热媒输送和热媒利用（散热设备）三部分组成。
散热器与供暖系统的连接方式：上进下出，同侧连接上进下出，异侧连接下进下出，异侧连接下进上出，同侧连接供暖散热器以对流和辐射两种方式，主要以对流散热方式为主。
集中热系统的热源：热电厂、区域锅炉房、电热锅炉房供热管道及附件包括：供热管道的管件（三通、弯管）、阀门，补偿器，支座和放气，放水，疏水，除污等。
供热工程简答
4.围护结构的修正耗热量包括哪几部分？
朝向，风力，高度
5.写出房间围护机构基本耗热量的计算公式，说明各项的意义。
q'=KF(tn-tw')α单位w K-传热系数 F-围护结构的面积 tn-室内计算温度 tw'-供暖室外计算温度 α-温差系数
3.膨胀水箱的作用是什么？
容纳水在受热膨胀而增加的体积，在重力循环上供下回式系统中还有排气作用。膨胀水箱的另一作用是恒定供暖系统的压力。
4.为什么在机械循环热水供暖系统中，宜将膨胀水箱的膨胀管连接在循环水泵吸入侧回水干管上？
5.机械循环热水供暖系统的主要形式有哪几种，各有何特点？
1)上供下回式双管和单管；2）下供下回式双管热水供暖系统；3）中供式热水供暖系统；4）下供上回式；5）混合式；特点：单管顺流式系统的特点是立管中全部的水量顺次流过各层散热器。形式简单、施工方便、造价低。严重缺点是不能进行局部调节。中供式系统可避免由于顶层梁标高过低，致使供水干管挡住顶层窗户的不合理布置，并减轻了上供下回式楼层过多，易出现垂直失调的现象；但尚不系统要增加排气装置。下供上回式特点：无需设置集气罐等排气装置，便于布置，减少布置高架水箱的困难，相同立管供水温度下，散热器的面积要逼上供下回式面积多。
7.相邻房间供暖室内设计温度不同时，什么情况下计算通过隔墙和楼板的传热量。
如果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的传热量。
8.我国现行的《暖通规范》采用了不保证天书方法确定北方城市的供暖室外计算温度值。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。
9.围护结构中空气间层的作用是什么？
供热工程基本知识
机械循环热水供暖系统：机械循环热水供暖系统与重力循环系统的主要差别是在系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能，使水在系统中强制循环。
垂直式系统：回水干管布置位置不同分为：上供下回式双管和单管热水供暖系统；下供下回式双管热水供暖系统（特点：排气方便，室温可调，易垂直失调，最常用）；中供式热水供暖系统；下供上回式热水供暖系统；混合式热水供暖系统。
目前国内外选定供暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种：一种是根据围护结构的热惰性原理，另一种是根据不保证天数的原则来确定。
采暖室外计算温度，应采用理念平均不保证5天得日平均温度。
围护机构温差修正系数α值得大小，取决于非供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状况，不供暖房间或空间的空气温度th更接近于室外空气温度，则α值更接近于1.
垂直失调：在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的室温不符合设计要求的温度，而出现上、下层冷热不均的现象，通常称作系统垂直失调。由此可见，双管系统的垂直失调是由于通过各层的循环作用压力不同而出现的。
单管系统：单管系统立管的散热器总面积一般比双管系统的稍大些。在单管系统运行期间，由于立管的供水温度或流量不符合设计要求，也会出现垂直失调现象。但在单管系统中，影响垂直失调的原因，不是像双管系统那样，由于各层作用压力不同造成的，二十由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而引起的。
散热器的计算时确定供暖房间所需散热器的面积和片数。
散热器传热系数K的物理概念，是表示当散热器内热媒平均温度tpj与室内气温tn相差1℃时，每1m2散热器面积所放出的热量，单位为W/(m2*℃)。它是散热器散热能力强弱的主要标志。
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讲解：XX
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按稳态传热计算围护结构耗热量的原因
•由于不稳定传热计算比较复杂 •冬季室内外平均温差比室外温度日波动值大 • 连续供暖，室外温度波动时，引起内表面温度波动
很小接近稳态
• 室内温度允许有一定波动
实践证明此法可行。 （讨论：为什么，什么情况下不可以采用稳态计算法）
6) 通风耗热量 Q6；
讲解：XX
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得热量有:
7) 工艺设备散热量(生产车间最小负荷班的) Q7； 8) 非供暖通风系统的其他管道和热表面的散热量Q8； 9) 热物料的散热量Q9； 10)太阳辐射得热量Q10； 11)通过其它途径散失或获得的热量Q11。
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供暖房间的保温状况、通风情况及周围环
境。
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值班供暖温度------5 ℃保证室内工艺设备不冻结
讲解：XX
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➢ 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 屋顶、天窗耗热量 门、窗、墙耗热量
工作地点空气温度 tg； 屋顶下空气温度 td=tg+△t(H-2); 室内平均温度 tp,j=(tg+td)/2
• 新版手册tw/有所提高。
讲解：XX
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3. 温差修正系数a
Ø 何时进行温差修正？
Ø 如何修正？
室 外
tw
非 供 暖
th
房
间
供 暖 房
tn
间
讲解：XX
q/ kF(tn th) akF(tn tw/ )
a tn th tn tw/
见附录1-2。实测统计值。大小取决于不
• 影响因素：
室内设计温度tn 、室外设计温度t’w 、围护结构 它是设计供暖系统的最基本依据。
计算目的：
▪ 设计散热器 ▪ 设计输送管道 ▪ 设计热源
Ø Next:如何确定设计热负荷（计算原理）
？ 讲解：XX
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热负荷的确定
Q/ Qs/hQd/ Q1/ Q2/ Q3/ Q1/ 0
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第一节 供暖系统的设计热负荷
4. 采暖系统热负荷的建立基础—保持室内温度下的 热平衡
在任一时刻，在室内温度恒定的情况下， 房间失热量=房间得热量
Q补充=Q失―Q得
tR=20℃
Q失
Q得
讲解：XX
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供暖设计热负荷的基本公式
Q / Q 1 /Q 2 /Q 3 /Q 1 / 0
△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℃/m
H——屋顶距地面高度
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2. 供暖室外计算温度tw/
• 确定原则：
1）围护结构热惰性原理。 2）不保证天数法。
规范规定:采用历年(20年)平均每年不保证5天的 日平均温度,一般取整值。
大纲要求
• 重点：熟练掌握供暖系统负荷计算基本原理、组成、
及各项修正系数的物理意义。
• 理解：围护结构最小热阻与经济热阻的意义。 • 难点：得热量和失热量的热平衡、围护结构热工性能
讲解：XX
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第一节 供暖系统的设计热负荷
«暖通规范»规定
累年日平均温度稳定低于或 等于5 ℃的日数大于 或等于90天的地区，宜采用集中供暖；
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北京室外气温和室内控制温度比较
温 度(℃)
35 30 25 20 15 10
5 0 -5 -10 -15
0
28.6℃ 18℃
夏季 t
26℃
夏季室内控制温度 冬季室内控制温度
夏季室外气温 冬季室外气温
冬季 t
－ 9℃
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22时 间24
与地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素有关
Ø 研。究表明：人体着衣适宜，保暖充分且处于安静
状态时，室温20℃较舒适，18℃时无冷感，15℃ 时产生明显冷感。
讲解：XX
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Ø 规范规定：
民用建筑的主要房间 16-24℃； 公共建筑和工业建筑值班温度 5℃; 采用地板辐射供暖时 18-19℃
各房间的内外隔墙），
• 当内外温差△t<5℃时，可不计算其传热耗热量;
△t<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 。
讲解：XX
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1．室内计算温度tn
指距地面2m以内人们活动地区的平均空温度,各处 温度不同，随高度而变化 其主要取决于：建筑房间使用功能对舒适性的要求
1.供暖系统的热负荷 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。
❖ 它随着建筑物得失热量的变化而变化。
Q 随tw变化。如何确定设计依据？
讲解：XX
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• 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’。
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二、围护结构基本耗热量计算
q/ kF (tntw / )a
Q1/,j q/
a——围护结构温差修正系数
讲解：XX
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注意：
• 不同材料（K不同），分开计算； • 不同朝向，分开计算，按逆时针或顺时针顺序计算； • 对一侧不与室外气温直接接触的围护结构（如楼板、
--Q6 --Q1
--Q4 --Q3
+ Q10 --Q5
--Q2
讲解：XX
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3.建筑物或房间得失热量的途径：
失热量有：
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； 4) 水分蒸发耗热量Q4； 5) 加热运入冷物料和运输工具的耗热量Q5；
基本耗热量
Q
/ 1,
j
Q
/ 1,x
附加耗热量
Q / Q 1 /,j Q 1 /,xQ 2 / Q 3 /
围护结构
基本耗热量
讲解：XX
围护结构 附加耗热量
冷风渗透| Page 8
• 一、围护结构的传热过程
1、目前普遍采用的方法——稳态计算方法
Q = K F (tn - tw)a