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1、第九章 建筑供暖系统,第一节 建筑设计热负荷 第二节 供暖系统的形式 第三节 供暖系统的安装 第四节 散热设备 第五节 低温底板辐射系统 第六节 高层建筑供暖系统 第七节 供暖热源概述,第一节 建筑设计热负荷,9.1.1 房间热平衡 为了正确地计算出建筑物的供暖热负荷,必须了解建筑物的热量得失情况。 房间内散失热量一般包括: 1)通过围护结构两侧传出的热量Q1。 2)由门窗缝隙渗入的室外空气吸热量Q2。 3)由外门、外墙的孔洞等侵入的室外空气吸热量Q3。 4)通过其他途径散失的热量。,房间内获得热量的来源一般包括: 1)通过围护结构进入的太阳辐射热量Q4。 2)通过其他途径获得的热量。 如房间
2、获得的热量小于散失的热量,其差值即为供暖系统的热负荷。,第一节 建筑设计热负荷,对于一般居住和公共建筑以及产热量很少的工业建筑,可以认为除太阳辐射得热外,其他均不计;失热也只考虑围护结构传热耗热量Q1,门窗缝隙渗入的室外空气吸热量Q2,以及外门、外围护结构孔洞和其他生产跨间流入的室外空气吸热量Q3,太阳辐射得热可在Q1中按一定比例扣除,故供暖系统设计热负荷为 Q=Q1+Q2+Q3(9-1)供暖设计热负荷计算,一般以房间为对象,逐个房间进行计算。,第一节 建筑设计热负荷,9.1.2 围护结构的基本耗热量 1.围护结构的传热系数 围护结构的传热系数K值,是指在单位时间内,单位面积的围护结构在两侧温
3、差为1时,由一侧传至另一侧的热量。传热系数的倒数称为热阻,传热系数越大,其热阻就越小。 常用围护结构的传热系数K值,可直接由相关手册中查出。在表9-1中给出了一部分最常用围护结构的K值,该数值与建筑节能的要求还有一定的差距。,第一节 建筑设计热负荷,第一节 建筑设计热负荷,2.围护结构的基本耗热量计算 通过围护结构的传热量Q1在计算中分为围护结构的基本耗热量和附加耗热量两部分。 基本耗热量(Q)是指在一定条件下,通过房间各部分围护结构的传热量;附加耗热量(Q)是指当通过房间各部分围护结构的传热条件发生变化时,对基本耗热量的修正。如太阳辐射得热量的影响,对于一般的民用、公共和工业建筑,工程上就采
4、用修正耗热量的计算方法。 修正耗热量包括朝向修正、风力修正和高度修正。,第一节 建筑设计热负荷,在稳态传热条件下,通过房间各部分围护结构的传热量,即围护结构的基本耗热量的基本计算公式为 Q=KA(tn-t)a w (9-2) 式中 K围护结构的传热系数W/(m2K) ; A围护结构的传热面积(m2); tn供暖室内空气计算温度(); tw供暖室外空气计算温度(); a围护结构的温差修正系数。 对于供暖房间来说,房间基本耗热量应为其各外围护结构(墙、窗、门、楼板、屋顶、地面等)传热量的总和,即,Q=Qi=KiAi (tn-tw)a(9-3),第一节 建筑设计热负荷,3.供暖设计室内计算温度 室内
5、计算温度一般是指距地面2m以内,人们活动空间的空气温度。室内计算温度的高低应满足人们的生活、学习、工作要求和生产的工艺要求。居住及公共建筑室内计算温度可参考表9-2选取,或可参照有关设计手册选取。,第一节 建筑设计热负荷,4.供暖设计室外计算温度 在计算围护结构的基本耗热量时,假定传热过程是在稳定状态下进行的,即围护结构的各种传热参数都不随时间而改变,其中室外计算温度也是采用某一个固定值。 根据GB 500192015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范和GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范的规定,供暖室外计算温度应采用当地历年平均每年不保证5天的日平均温度,各地区供暖设计
6、室外计算温度可参见有关设计手册。,第一节 建筑设计热负荷,5.温差修正系数 当供暖房间的围护结构外侧不直接与室外相接触,中间隔着不供暖的房间或空间时,此时通过该围护结构的传热量应考虑温差修正系数a。 根据经验得出各种情况的温差修正系数a值见有关设计手册,一般取0.31.0(见表9-3)。,第一节 建筑设计热负荷,第一节 建筑设计热负荷,6.地面传热系数的计算 室内的热量通过地面下的土壤传到室外大气。通过靠近外墙的地面下的土壤传热途径较短,热阻较小;通过远离外墙的地面下的土壤传到室外大气时,所经过的途径较长,热阻较大。 因此,室内地面的传热系数是随着离外墙的远近而有变化的。但当离外墙8m以外时,
7、其传热系数变化很小,可认为是常数。由于地面的耗热量在房间总耗热量中占的比例较小,工程中常用近似计算法,把地面沿外墙平行的方向,分成四个计算地带,如图9-2所示,第一地带图中的阴影部分的面积,需要计算两次。对于不保温地面组成地面的各层材料的热导率都大于1.16W/(mK),各地带的传热系数见表9-4。,第一节 建筑设计热负荷,第一节 建筑设计热负荷,9.1.3 围护结构的附加耗热量 修正耗热量包括朝向修正、风力修正和高度修正,一般是按基本耗热量的百分数进行修正,故其值也称为附加耗热量。 1.朝向修正耗热量 当太阳照射建筑物时,阳光直接透过玻璃窗而使室内得到太阳辐射热,同时由于阳光照射面的围护结构
8、比较干燥,外表面温度升高和附近气温升高就会使围护结构向外传递的热量减少。因此,耗热量也相应减少。各朝向修正率见表9-5。,第一节 建筑设计热负荷,2.风力修正耗热量 风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对外围护结构传热基本耗热量的修正。我国冬季各地平均风速不大,一般为23m/s,为简化计算可不考虑修正。只对建造在不避风的高地、湖(河)边、海岸、旷野上的建筑物或城镇、小区内特别高出的建筑物,在垂直的外围护结构的基本耗热量的基础上再附加5% 10%。 3.高度修正耗热量 对于民用和工厂的辅助建筑,房间高度在4m以下时,不进行高度附加;房间高度大于4m时,每增高1m,应附加的耗热量为房间围护结构总耗热
9、量的2%,但总的附加值不超过15%。楼梯间不考虑高度修正,因为楼梯间的散热器尽量布置在底层,已考虑了垂直方向热空气的上升。因此,围护结构的传热耗热量为基本耗热量与附加耗热量之和,即Q = Q+Q (9-4),第一节 建筑设计热负荷,9.1.4 冷风渗透和冷风侵入耗热量 1.冷风渗透耗热量 在风力及热压造成的室内外压差作用下,室外的低温空气,就会通过关闭的门窗缝隙渗入室内。把这部分空气从室外温度加热到室内温度所需要的热量,称为冷风渗透耗热量。 影响冷风渗透耗热量的因素很多,如门窗构造、门窗朝向、室外风速、风向、室内外空气温差、建筑物的高低以及内部通道状况等。工程中常用近似计算法,一般有缝隙法、换
10、气次数法和百分数法。此处仅介绍缝隙法,其他方法则可参见供暖通风设计手册。,第一节 建筑设计热负荷,加热经门窗缝隙渗入室内的冷空气所需要的耗热量Q2,应根据门窗性质、朝向,冬季室外平均风速,室内外空气温差以及缝隙长度进行计算。计算公式为 Q2=0.278Vwc(tn-tw)(9-5) 式中 w室外供暖计算温度下的空气密度(kg/m3); c空气的比热容kJ/(kgK),1kJ/h=0.278W; V经门窗缝隙进入室内的空气量(m3/h);,tn、tw室内、外供暖计算温度()。,第一节 建筑设计热负荷,经门窗缝隙渗入室内的空气量为 V=lLn(9-6) 式中 l门窗缝隙长度(m); L门窗缝隙单位
11、长度每小时渗入的空气量m3/(hm),由表9-6查取; n冷风渗透朝向修正系数。,第一节 建筑设计热负荷,由于风向不同,不同朝向的门窗缝隙渗入的空气量是不同的。因此,通过缝隙渗透的风量,必须乘以冷风渗透的朝向修正系数n。 北京等城市的n值,见GB 500192015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范和GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节规范。,2.冷风侵入耗热量 在冬季,外门开启时,由于风压和热压的作用,会有大量的冷空气侵入室内。把这部分空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。,第一节 建筑设计热负荷,同冷风渗透耗热量一样,冷风侵入耗热量可按下式计算,即 Q3=0.27
12、8cVww (tn-tw)(9-7) 式中 Vw流入的冷空气量(m3/h); w冷空气的密度(kg/m3)。 其他符号同式(9-5)。,由于流入的冷空气量Vw不易确定,冷风侵入耗热量可按下述经验确定:对于短时间开启外门的民用建筑和工厂的辅助建筑物(不包括阳台门、太平门和设置空气幕的门),采用外门基本耗热量乘以下列百分数来计算。当楼的总层数为n时 一道门 65n% 二道门(有门斗) 80n% 三道门(有两个门斗) 60n% 公共建筑的主要出入口 500n%,第一节 建筑设计热负荷,9.1.5 建筑耗热指标 供暖设计热负荷的概算,可采用面积热指标法或体积热指标法。 1.面积热指标法 利用面积热指标
13、法计算建筑物的供暖设计热负荷,可按下式进行概算,即 Qn=Aqf10-3(9-8) 式中 Qn建筑物的供暖设计热负荷(kW); A建筑物的建筑面积(m2); qf建筑物的供暖面积热指标(W/m2),它表示每1m2建筑面积的供暖设计热负荷,见表9-7。,第一节 建筑设计热负荷,2.体积热指标法 利用体积热指标法,可按下式概算建筑物的供暖设计热负荷,即 Qn =qVVw(tn-tw)10-3(9-9) 式中 Qn建筑物的供暖设计热负荷(kW); Vw建筑物的外轮廓体积(m3); tn供暖室内计算温度(); tw供暖室外计算温度(); qV建筑物的供暖体积热指标(也称建筑物的比热特性热指标)W/(m
14、3),它表示各类建筑物在室内外温差1时,每1m3建筑物外围体积的供暖设计热负荷,见表9-8。,第一节 建筑设计热负荷,第一节 建筑设计热负荷,第一节 建筑设计热负荷,供暖体积热指标qV值的大小,主要与建筑物的结构与外形有关。建筑物围护结构传热系数越大,采光率越高,体形系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其包围的体积的比值)越大,建筑物单位体积的热损失越大。因此,这种情况下,qV可取表9-8中较大值,反之,取表中较小值。 供暖面积热指标qf值的大小,还与当地室外设计温度有关,但由于寒冷地区外围护结构的保温措施随室外计算温度的降低而增强,因此,东北、华北各地区qf都相差不多,所以,qf值的选取可
15、参考qV的取值方法,并应考虑建筑物层高的影响。,第二节 供暖系统的形式,9.2.1 供暖系统的分类,1)按供暖系统使用热媒不同可分为热水供暖系统和蒸汽供暖系统。 3)按供暖系统中散热方式的不同分为对流供暖系统和辐射供暖系统。 2)按供暖系统中使用的散热设备不同,可分为散热器供暖系统和热风供暖系统。,第二节 供暖系统的形式,9.2.2 供暖系统的形式 1.自然循环热水供暖系统 以不同温度的水的密度差为动力而进行循环的系统,称为自然循环系统。图9-3所示为重力循环热水供暖系统的工作原理图,在图中假设整个系统只有一个放热中心1(散热器)和一个加热中心2(锅炉),用供水管路3和回水管路4把锅炉与散热器
16、相连接,在系统的最高处连接一个膨胀水箱5,用它容纳水在受热后膨胀而增加的体积。 在系统工作之前,先将系统中充满冷水。当水在锅炉内被加热后,密度减小,同时受着从散热器流回来密度较大的回水的驱动,使热水沿供水干管流回锅炉。这样便形成了图9-3所示按箭头方向的水的流动。,第二节 供暖系统的形式,假设循环环路最低点的断面AA处有一设想阀门,若将阀门关闭,则在AA断面两侧受到不同的水柱压力。设p右和p左分别表示AA断面右侧和左侧的水柱压力,则,第二节 供暖系统的形式,由式(9-12)可见,重力循环热水供暖系统的循环作用压力的大小,取决于水温(水的密度)在循环环路的变化状况,即起循环作用的只有散热器中心和锅炉中心之间这段高度内的水柱密度差。如供水温度为95,回水温度为70,则每米高差可产生的作用压力为:gh(h-g)=9.811(977.81-961.9
