供热系统设计热负荷
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％
采暖热负荷计算方法
热负荷计算方法发布时间：2016-02-24城市集中供热系统的用户在单位时间内所需的热量。
它是制订城市供热规划和设计供热系统的重要依据，也是对供热系统设计进行技术经济分析的重要原始资料。
集中供热系统的热负荷主要有采暖、通风、热水供应和生产工艺等热负荷。
其中采暖和通风用热是季节性热负荷，而热水供应和生产工艺用热则多是常年性热负荷。
季节性热负荷随气候条件而变化,在一年中变化很大,但在一天内波动较小。
常年性热负荷受气候条件影响较小，在一年中变化不大，但在一天内波动大，特别是对非全天需热的用户。
采暖热负荷在冬季某一室外温度下，为达到要求的室内温度，供热系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
采暖设计热负荷是指当室外温度为采暖室外计算温度时，为了达到上述所要求的室内温度，供热系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
在制订城市或区域供热规划或设计其供热系统时，往往缺乏确切的原始资料，一般只能用热指标法估算,即用单位建筑面积的热指标乘以建筑面积，得出采暖的设计热负荷Q（瓦）。
用公式表示为：Q=qfFq仁-单位建筑面积热指标（W/叶）；F--建筑面积⑴）如已知房屋体积，也可采用每立方米建筑体积在室内外温差为1°C时的热指标qv【W/（m3・°C）】Q=qvV（tn-tw）V--建筑体积（m3）;tn--室内计算温度（°C）;tw--采暖室外计算温度（°C）。
采暖热指标qv和qf的大小与建筑物围护结构的传热系数、外围体积、密闭性或通风条件、建筑物的类型和外形以及墙窗面积比等许多因素有关，通常是依据实际工程统计分析而得，设计时可参考有关部门提供的资料，结合具体情况选用。
一、维护结构的耗热量1•维护结构的基本耗热量Qj--j部分围护结构的基本耗热量，W；Aj--j部分围护结构的表面积，m2；Kj--j部分围护结构的传热系数，W/（m2*。
）；tR--冬季室内计算温度，°C;tow--采暖室外计算温度,C;a--围护结构的温差修正系数2•维护结构附加耗热量（1）朝向修正率不同朝向的围护结构,收到的太阳辐射热量是不同的；同时,不同的朝向,风的速度和频率也不同。
供暖系统的设计热负荷
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②．室外温度计算，依椐地区不同，差异很大。标准要求该温度 为：计算地区历年平均每年不保证5天的日平均温度，可以在5 天内低于该温度。例如：北京的供暖室外设计温度为 -12℃， 表示一年之内比该温度低的天数不多于5天。
③．温差修正系数：当围护结构的外侧不是室外时要进行修正。 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。
对于没有生产工艺的建筑物或房间，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。
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一．围护结构（墙，窗，地面，房顶）的耗热
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、高度附加等耗 热量。
国内外许多资料分析表明，根据经济热阻原 则确定的围护结构热阻值，都比目前实际使用的热 阻值大。从经济和节能角度来看，现阶段建筑外围 护结构总传热阻应逐步增大。
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4．围护结构附加耗热量
围护结构实际耗热量会受到气象条件以及建 筑物情况等各种因素影响而有所增减。由于这些 因素影响，需要对房间围护结构基本耗热量进行 修正。这些修正耗热量称为围护结构附加(修正) 耗热量。通常按基本耗热量的百分率进行修正。
供暖 空调
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。
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？
第一章供暖系统热负荷
Q2——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量
Q2 ——冷风侵入耗热量 适用条件
适用于一般的民用建筑，产热量很少且无通风系 统的公用建筑。
第二节 围护结构的基本耗热量
一、围护结构的传热过程 包括： 内表面吸热（对流 换热、辐射换热）、 结构导热（导热） 和外表面放热（对 流换热、辐射换热） 三个基本过程。
第二节 围护结构的基本耗热量
二、围护结构基本耗热量的计算
Q 计算公式： 1. j q KF (t n t w )a
式中： 1. j ——建筑物或房间围护结构的基本耗热量，W； Q
q ——各部分围护结构的基本耗热量，W； ℃)； K —— 各 部分围护结构的传热系数，W/(㎡· F —— 各部分围护结构的表面积，㎡； t n —— 冬季室内计算温度, ℃； t w —— 冬季室外空气计算温度, ℃； a —— 围护结构的温差修正系数,见表1-2。
3.温差修正系数 a值:
q KF (t n t h ) aKF (t n tW ) tn th a , 见附录 1 2 t n tW
当隔壁为非供暖房间时，通过 该围护结构的传热耗热量：
tn
供暖房间
F K
th
非供暖房间
与外界直接接触的外围护结构耗热量， α
Q1 (1 x g )[ aKF (t n tW )(1 x ch x f )] W
思考：为什么每增高1m附加2％？为什 么总附加量不超过15％？
四：其他修正方法：
工程实践中，除以上几项主要修正外，对房间围护结 构基本耗热量的修正还可能遇到下述情况。
对于公用建筑，当房间具有两面及两面以上 外墙时，可将外墙、窗、门的基本耗热量增加 5％。如果窗、墙面积之比超过1：1时，可对 窗的基本耗热量附加10％。 对于高层建筑来说，应当考虑到室外风速随 楼房高度增高而加大，从而对外窗传热耗热量 将有较大影响。对此，可按单、双层钢窗在不 同高度和室外风速下分别考虑0％-15％和0％-7 ％的传热系数K值附加率来进行修正，详细资 料可见《供热通风设计手册》。
10供暖系统设计热负荷计算例题
10、供暖系统设计热负荷计算例题
建筑设备与市政工程学院 2013年11月
项目一 供暖系统设计热负荷的确定
六、供暖系统设计热负荷计算例题
【例题】 试计算徐州市钟山影剧院供暖设计热负荷。 已知条件：
供暖室外计算温度为-3.6℃；冬季室外风速：2.3m/s。 室内设计温度：观众厅 18℃，放映厅16 ℃，售票厅18 ℃ 。 围护结构： 外墙：内表面抹灰24砖墙； K=2.08 W/(m2 ·℃) 外窗：双层钢窗，C-1：1500 mm ×1800 mm 。采用密封条封 窗，K=3.5 W/(m2 ·℃) ； 层高：4.2m（从本层地面上表面算到上层地面上表面）； 地面：不保温地面； 屋顶： K=1.1 W/(m2 ·℃)
5
3000
4
3600
3
13200
3600
2
3000
1
售票厅
5100
A
观众厅 101
观众厅 102
3900
B
3900 23400
3000
C
D
E
4500
3000
F
G
5
3000
4
3600
3
13200
3600
2
3000
1
A
放映厅 203
放映厅 204
观众厅 201
观众厅 202
5100
3900
3900 23400
1
155
三
7.8×2×2 31.2
1
81
四 7.8×(13.2-0.24- 7.49 12)
1
11
房间热负荷计算
房间 编号
供热系统热负荷
5、机械循环混和式供暖系统：
• 下供上回（倒流式）+上供下回 • 用于高温水网卫生要求不高的民用建筑、
生产厂房。
二、水平式系统：
水平顺流和跨越
三、高层建筑热水供暖系统：
10层以上的住宅和24m以上的公共建筑为高 层建筑。
需解决的问题： • 1：水静压力过大；竖向分区。 • 2：垂直失调。 • 3：水平失调。
• 2：地沟设置应分半通行和通行地 沟。
• 3：干管坡度不小于0.002，流速不 小于0.25m/s。
• 3、机械循环中供式供暖系统：
• （1）+（2）注上部应加排气装置。
4、机械循环下供上回式供暖系统 （倒流式）：
特点： • 1：可同过水箱排空气。 • 2：对于热勋失大的房间，由于底层水温高，
散热器的面积小易于布置。 • 3：减少高架水箱的标高。 • 4：立管供水温度相同的情况下，散热器面
积会增大。
注意区分： 开式系统：两个水箱有一个与大气相连。 闭式系统：两个水箱均是封闭的。
一、垂直式系统：
• 1、机械循环上供下回供暖0.003回水应顺利排出。是一种常用方式。
• 2、机械循环下供下回供暖系统：
• 下供下回供暖系统供、回水干管均设在底 层散热器下面，若没有地下室的建筑物或 步置供（回）管道有困难。
第二章 供热系统热负荷
重点： 系统供热系统热负荷；围护结构耗热量、 附加耗热量、高度附加。 供热系统热负荷 采暖面积热指标。 供热系统设计计算； 热负荷、散、热设备选用、 水力计算及主要设备选用。
第一节 围护结构耗热量
一 、基本耗热量
Q=KF(tn –tw）a • 室内
温度： 高度为1。5－2m内平均温度。 大于4m应有变化。
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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
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
供热系统设计热负荷
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；
4. 围护结构的传热系数k
1）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k 3）空气间层的k 4）地面的k
供热系统设计热负荷
5. F
原则：按散热面积丈量
供热系统设计热负荷
内屋 门 按层外
墙顶 、 外地墙
——
—— ——
中、 窗 廓面
心地 线面 计 算。外墙
内 表 面 与
外 墙 净 空 尺 寸
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 。
供热系统设计热负荷
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 与地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素有关
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？
供热系统设计热负荷
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’。
尺寸计宽。上表面（除底层）计高，按本层地面上表面到上
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
供热系统设计热负荷
Notice of K (sup.)
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。
供热系统设计热负荷
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℃ 值班供暖温度------5 ℃保证室内工艺设备不冻结
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）
？
供热系统设计热负荷
热负荷的确定
Q/ Qs/hQd/ Q1/ Q2/ Q3/ Q1/0
--Q6 --Q1
--Q3
--Q4
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）
供热系统设计热负荷
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
H——屋顶距地面高度
供热系统设计热负荷
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。
• 新版手册tw/有所提高。
供热系统设计热负荷
3. 温差修正系数a
Ø 何时进行温差修正？
Ø 如何修正？
围护结构 冷风渗透
附加耗热量 耗热量
供热系统设计热负荷
冷风侵入 耗热量
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 -
实际过程tw为)a非稳态传热过程
供热系统设计热负荷
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
室 外
tw
房非
间供
th
暖
间供
暖
tn
房
q/ kF(tn th) akF(tn tw/ )
a tn th
tn
t
/ w
见附录1-2。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。供热系统设计热负荷
封闭阳台温差修正系数：
南向——0.5 北向——0.7 东西向——0.6
供热系统设计热负荷
供热系统设计热负荷
➢ 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
△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