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1、标准、规范、规程,设计、施工验收、设备（产品）、节能 GB 50019-2003采暖通风与空气调节设计规范 GBJ 16-87(2001年版) 建筑设计防火规范 GB 50045-96(2001年版) 高层民用建筑设计防火规范 GB 50067-97 汽车库、修车库、停车场设计防火规范 GB50073-2001 洁净厂房设计规范,标准、规范、规程,GB50098-98(2001年版) 人民防空工程设计防火规范 GB50038-94(2003年版) 人民防空地下室设计规范 GB50028-93 (2003年版) 城镇燃气设计规范 GB50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范 GB50015
2、-2003 建筑给水排水设计规范,标准、规范、规程,GB50242-2002 建筑给水排水及采暖工程施工验收规范 GB50243-2002 通风与空调工程施工质量验收规范 JGJ132-2001,J85-2001 采暖居住建筑节能检验标准,本节提纲,稳态和非稳态传热 稳态传热过程及计算公式 采暖系统的设计步骤 采暖系统的设计热负荷 房间得热量/失热量分析（设计热负荷） 热负荷计算步骤 计算例题 高层建筑采暖热负荷的特点 暖通设计软件,稳态和非稳态传热,根据热力学第二定律，自发过程是热量从高温物体传向低温物体 根据热力学第一定律，高温物体失去的热量等于低温物体得到的热量 根据热力学第零定律，二者
3、在温度相等时，达到热平衡。传热终止。,采暖房间的传热过程,室内,室外,特点,稳态传热：在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的传热过程； 特点： 各点的温度仅随位置变化，不随时间而变； 各点的热流量恒定 连续传热（连续采暖或空调的房间）过程可近似为稳态传热。 非稳态传热：传热系统中各点的温度随位置、时间的变化而变化的传热过程。 特点： 各点的温度随位置、时间而变化。 传热量为变量。 间歇传热（例如，间歇采暖或空调的房间）过程属于非稳态传热。,a.间歇采暖房间的传热特点,室内状况 室内空气温度仅在采暖/停暖时段保持稳定。 围护结构表面热状况随室内用具、采暖空调设备的形式和运行方式等变化。 室外
4、状况 室外空气温度、太阳辐射时间和强度，风速、风向等都随季节、时间而变化。 围护结构的传热过程是复杂的不稳定传热。,b.连续采暖房间的传热特点,室内状况 室内空气温度保持恒定 室外状况 呈周期性变化，是随机的、不规则变化 围护结构的传热过程是复杂的不稳定传热。,稳态和非稳态传热的特点,稳态（稳定）传热 非稳态（非稳定）传热 非稳态传热量的确定非常复杂， 工程中，一般希望对某些传热过程的分析将其简化为稳态传热进行计算。 连续采暖房间的冬季传热分析。,对连续采暖房间的传热分析,近似将室外空气温度非简谐波动用傅立叶展开式表示，进行数学分析。 为一个周期内室外空气（综合温度的平均值）的日平均温度。 为
5、室外温度的波动值 结果表明：在周期性外扰作用下，室内通过围护结构的失热量包括两个部分： 稳态传热量（由于室内温度与室外日平均温度之间的传热温差引起的） 温度波动引起的附加传热量（与温度波的振幅有关）,北京室外气温和室内设计温度的比较,空调日平均温度,采暖日平均温度,连续采暖房间可按稳态传热计算,稳态传热量远大于温度波动引起的附加传热量。 仅计算稳态部分的传热量。 按稳定传热计算房间的传热量。 确定室外计算温度的统计基础，可以用日平均温度为依据，选取合适的日平均温度值作为计算温度。 稳态传热：室内外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化,实验验证,稳定传热部分的温差为27 ，而冬季室外空气温度
6、振幅约为56 。若采用370mm厚的砖墙，其波幅衰减约33倍，即内表面温度波动不足0.2 。因此，围护结构的冬季传热量按稳定传热计算其精度可满足要求。 结论:冬季室内外的平均温度之差，比室外温度的日波动值要大；在连续采暖的建筑内，传热接近于稳定状态。,采暖房间（不稳态过程） 室外温度是在不断变化，类似正弦波 室内的散热量也是在不断变化的 连续采暖房间 简化计算（稳态过程） 稳态传热公式 需要确定采暖室内、外计算温度，以反映实际情况，规范规定,小结,夏季空调负荷：按非稳态传热计算,夏季室内外温差与室外温度的日波动值相比，两者不相上下。 所以，在决定室内热环境方面，围护结构热阻的相对重要性减小了，
7、而蓄热量的相对重要性要比冬季大。 非稳态传热计算十分复杂，一般采用简化计算方法：冷负荷系数法 稳态传热：热阻 不稳态传热：热惰性,热惰性指标,热阻只能代表围护结构抵抗导热的能力，它只能作为稳定传热时，建筑围护结构的评价指标。 对于实际建筑围护结构来说，经常处于不稳定传热状况，此时，一般多采用围护结构材料层的热阻R与材料的蓄热系数S的乘积作为评价围护结构热工性能的指标。此评价指标称为围护结构的热惰性指标。,热惰性指标,热阻表达材料层抵抗热流波的能力 蓄热系数表达材料层抵抗温度波的能力 热惰性指标则表达了围护结构抵抗热流波和温度波在材料层中传播的指标。 热惰性指标越大，说明外来的热波穿透围护结构需
8、要的时间越长，波动幅度被减弱的程度也越大，板壁热惰性越好。,冬季夏季房间负荷对比,北京地区某建筑： 冬季空调室外计算温度为-12，室内设计温度为20；稳态传热温差32。 夏季空调室外计算温度为33.2，室内设计温度为25；稳态传热温差7.2。 为什么同一房间的冷负荷比热负荷大得多？,平衡态和稳态传热,平衡态是指在没有外界影响（重力场除外）的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。 充要条件：系统内部及系统与外界之间不存在各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）。 在稳态导热中，系统的状态参数不随时间改变，但此时在外界的作用下，系统有内、外势差的存在。 平衡必稳定，反之，稳定未必平衡。,稳态传热
9、过程及计算公式,三种基本传热方式：导热、对流、辐射,室内,室外,室内,室外,平壁导热的计算公式,1822年，法国数学家 Fourier ： 为壁厚； 平壁两侧的温度差，F为传热面积。 （欧姆定律）,导热热阻,导热系数,金属的导热系数2.2420W/(m) 不导电固体的导热系数，如建筑材料和隔热保温材料的导热系数在0.0250.3W/(m)之间，导热系数随温度升高而增大。 液体的导热系数0.070.7W/(m) 气体的导热系数0.0060.06W/(m) 水份渗入对建筑围护结构的导热系数影响较大。如干砖的导热系数0.35 W/(m) ，水的导热系数0.36W/(m) ，湿砖的导热系数为1.0 W
10、/(m) 。 因此，需要采取防潮措施。,对流换热的计算公式,1701年牛顿提出对流换热过程的基本计算式 当壁面与外界既有对流换热，又有辐射换热时，为了便于分析，一般都把辐射换热折算成对流换热量，相应地加大换热系数来考虑辐射的因素，叫总换热系数。 换热系数，W/(m2)； 固体壁面的温度，； 流体温度，；F 为换热面积,单层平壁的稳态传热过程,一维传热，壁面长和宽远大于其厚度 传热处于稳定状态 传热情况不随时间变化 各点温度及传热量不随时间改变,传热过程及计算公式,热量由热流体传给墙壁左侧 热量以导热方式通过墙壁 热量由墙壁右侧传给冷流体,对于稳态导热，以上三式的热量Q是相等的 改写 整理,传热
11、系数K,单位面积传热量 传热系数 单位面积传热热阻 作业：试推导均质多层 平壁传热系数公式？,均质多层材料的电模拟图,工程中的传热问题,增强传热： 如锅炉、换热设备、电子产品等 提高换热设备的换热能力 在满足传热量的前提下，使设备尺寸尽量缩小 削弱传热：如围护结构保温隔热措施等 减少热损失,怎样才能有效提高散热器的传热系数？,STS-110 Atlantis launch on April 8th 2002,1988年，检查“亚特兰蒂斯”号隔热瓦,航天飞机的表面覆盖有2万块隔热瓦和2300块隔热衬垫。 隔热瓦的技术要求相当高，每块隔热瓦造价达2000美元。 隔热瓦可以保护航天飞机返航时经受12
12、1-1648的高温 为保证航天飞机的安全，隔热瓦必须定期进行维护和更换,航空航天,1986年，挑战者号航天飞机失事 2003年，哥伦比亚号航天飞机失事,采暖系统的设计步骤,确定热源（热电厂、区域锅炉房） 确定热媒的性质、温度、压力、资用压差、运行制度、季节性参数变化或供热起止期等 用户引入口民用热力站（换热器，孔板流量计、压力表、阀门） 计算建筑物热负荷 确定系统型式（垂直、水平式；单、双管） 、散热器类型、各房间的散热器数量及布置 采暖系统水力计算,采暖设计的五个公式,围护结构的传热耗热量,冷风渗透、冷风侵入耗热量,自然循环作用压力,沿程阻力,局部阻力,采暖系统的设计热负荷,房间的失热量/得
13、热量分析 设计热负荷 设计热负荷的计算步骤 建筑热负荷的估算 计算例题,房间得热量/失热量分析,房间的失热量 房间的得热量 设计热负荷是指在某一设计室外温度tw下，为达到要求的室内温度tn，采暖设备(如散热器)在单位时间内供给房间的热量,分析,设计热负荷是计算值，实际热负荷反映了房间的实际情况 设计热负荷实际热负荷 设计热负荷=实际热负荷 设计热负荷实际热负荷 采暖系统设计热负荷的大小直接关系着采暖方案的确定、锅炉设备的选型及采暖管径的大小，散热设备的多少等，也影响着采暖系统的工程造价和采暖效果,房间的失热量,围护结构的传热耗热量 * 冷风渗透耗热量 * 冷风侵入耗热量 * 冷物料和运输工具的
14、耗热量 水分蒸发的耗热量 通风耗热量 通过其它途径的耗热量,房间的得热量,发热设备的散热量 工艺设备的散热量 热物料的散热量 非采暖热管道的散热量 人体、照明、炊事等的散热量 * 太阳辐射进入室内的得热量 * 通过其它途径的得热量,设计热负荷 Q,民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（JGJ 26）中规定：“单位建筑面积的建筑物内部得热（包括炊事、照明、家电和人体散热），住宅建筑取3.80W/m2。”。 当前住宅建筑户型面积越来越大，单位建筑面积内部得热量不一，且炊事、照明、家电等散热是间歇性的，这部分自由热可作为安全量，在确定热负荷时不予考虑。 太阳辐射的得热量通过对Q1中的基本耗热量进
15、行朝向修正而计入 一般民用建筑和发热量很少的工业建筑：,设计热负荷计算步骤,计算围护结构的传热耗热量 基本耗热量 附加（修正）耗热量 朝向修正 （考虑了太阳辐射的得热量） 风力附加 高度附加：在各围护结构基本耗热量进行朝向修正和风力附加后进行的,几个概念,围护结构的传热耗热量Q1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 基本耗热量Qj是指在设计条件下（稳态传热） ，通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、地板、屋顶等）从室内传到室外的温度传热量的总和。 附加耗热量Qx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。包括朝向、风力、高度附加耗热量。 Q1=Qj+Qx,设
16、计热负荷计算步骤（续）,计算冷风渗透耗热量 缝隙法：主导风向法 各种风向法 百分比法（用于工业建筑的概算） 换气次数法（用于民用建筑的概算） 计算冷风侵入耗热量 总的耗热量,1. 围护结构的传热耗热量Q1,1.1 基本耗热量Qj： 按一维稳定传热过程进行计算的。即假定在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程的参数都不随时间变化。,室内,室外,确定室内、外采暖计算温度（人为制定）； 确定建筑材料（墙体、门窗、地面）的热工参数及其尺寸； 试分析的 取值的高低对设计热负荷的影响？,设计值：虚拟的 实际值：真实的,室外采暖计算温度,日平均温度 根据围护结构的热惰性原理确定 采用不保证天数法确定：人为允许有几天时间可以低于规定的采暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度。 暖通规范采用不保证天数法。 冬季采暖室外计算温度 ：采用历年平均不保证5天的日平均
