暖通空调第2章热负荷冷负荷与湿负荷计算教学内容.docx
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暖通空调第2章热负荷冷负荷与湿负荷计算教学内容
第2章热负荷、冷负荷与湿负荷计算
华北电力大学-荆有印
为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反，为了补偿房间失热需向房间供应的热量称为热负荷；为了维持房间相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。
热负荷、冷负荷与湿负荷是暖通空调工程设计的基本依据，暖通空调设备容量的大小主要取决于热负荷、冷负荷与湿负荷的大小。
热负荷、冷负荷与湿负荷=f（室外气象参数,室内空气参数）
2.1室内外空气计算参数
2.1.1室外空气计算参数
1.夏季空调室外计算参数
空调室外计算干球温度：
取室外历年平均不保证50h的干球温度；空调室外计算湿球温度：
取室外历年平均不保证50h的湿球温度。
空调室外计算日平均温度：
取室外历年平均不保证5d的平均温度；空调室外设计日逐时温度，按下式计算：
（2-1）
式中
—夏季空调室外计算日平均温度，℃；
—室外空气温度逐时变化系数，按表2-1确定；
—夏季空调室外计算平均日较差，℃，
—夏季空调室外计算干球温度，℃。
室外空气温度逐时变化系数表2-1
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
β
-0.35
-0.38
-0.42
-0.45
-0.47
-0.41
-0.28
-0.12
0.03
0.16
0.29
0.40
时刻
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
β
0.48
0.52
0.51
0.43
0.39
0.28
0.14
0.00
-0.10
-0.17
-0.23
-0.26
2.冬季空调室外空气计算
空调室外空气计算温度：
采用历年平均不保证1d的日平均温度；
空调室外空气计算相对湿度：
采用历年一月份平均相对湿度的平均值。
3．冬季采暖室外计算温度和冬季通风计算温度
采暖室外计算温度：
取历年平均不保证5天的日平均温度；
通风室外计算温度：
取累年最冷月平均温度；
4．夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度
通风室外计算温度：
取历年最热月14时的月平均温度的平均值；
通风室外计算相对湿度：
取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值。
2.1.2室内空气计算参数
1．室内空气计算参数的主要影响因素
⑴建筑房间使用功能对舒适性的要求。
⑵地区、冷热源情况、经济条件和节能要求等因素。
2．室内空气计算参数的选择
根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）的规定：
⑴对舒适性空调和采暖
夏季：
温度24-28℃
相对湿度40％-65％：
风速≯0.3m/s。
冬季：
温度18-22℃；
相对湿度40％-60％（采暖不要求）；
风速≯0.2m/s（采暖不要求）。
设计手册中推荐了各种建筑的室内计算参数，见表2-2、表2-3。
⑵对于工艺性空调
应根据工艺要求来确定室内空气计算参数。
2.2冬季建筑的热负荷
建筑物采暖设计的热负荷在《规范》中明确规定应根据建筑物的散失和获得的热量确定。
1.房间内获得热量
（1）最小负荷班的工艺设备散热量；
（2）热物料在车间内的散热量；
（3）热管道及其它热表面的散热量；
（4）通过围护结构进入的太阳辐射热量；
（5）人体散热量；
（6）照明灯光散热量；
（7）通过其它途径获得的热量。
2.房间内散失热量
（1）通过围护结构两边的温差传出的热量；
（2）由门窗缝隙渗人的室外空气吸热量；
（3）由外门、外墙的孔洞等侵入的室外空气吸热量；
（4）由外部运人的冷物料和运输工具等的吸热量；
（5）机械排风的排热量；
（6）水分蒸发的吸热量；
（7）通过其它途径散失的热量。
2.2.1围护结构的耗热量
围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量。
1.围护结构的基本耗热量
在稳定传热条件条件下，围护结构的基本耗热量为
（2-3）
式中
--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，℃；
tO.W--冬季室外空气计算温度，℃；
α--围护结构的温差修正系数，见表2-4。
2．围护结构附加耗热量
（1）朝向修正率
不同朝向的围护结构，受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。
北、东北、西北朝向：
0
东、西朝向：
-5％
东南、西南朝向：
-10％～-15％
南向：
-15％～25％
选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。
冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向的修正率宜采用0～10％，其他朝向可不修正。
（2）风力附加
在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5％～10％。
（3）外门开启附加
为加热开启外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按表2-5中查出的相应的附加率。
阳台门不应考虑外门附加。
（4）高度附加
由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量加大。
因此规定：
当房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2％，但最大附加率不超过15％。
应注意高度附加率应加在基本耗热量和其他附加耗热量（进行风力、朝向、外门修正之后的耗热量）的总和上。
2.2.2门窗缝隙渗入冷空气的耗热量
由于缝隙宽度不一，风向、风速和频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难难确计算。
《规范》规定，对于六层以下的民用建筑以及生产辅助建筑物按下式计算门窗缝隙渗入冷空气的耗热量：
（2-4）
式中
--为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；
L--经每m门窗缝隙渗入室内的冷空气量，m3/（h·m），根据冬季室外平均风速，由表2-6查得；
--门窗缝隙长度，m；
--室外空气密度，kg/m3；
--空气定压比热，
＝1kJ/（kg·℃）；
--冷风渗透量的朝向修正系数，见表2-7。
空调建筑室内通常保持正压，因而在一般情况下，不计算门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。
对于有封窗习惯的地区，也可以不计算窗缝隙的冷风渗入。
2.3夏季建筑围护结构的冷负荷
夏季建筑围护结构的冷负荷是指由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷。
2.3.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法
1．外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：
（2-5）
式中
--外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；
A--外墙和屋面的面积，m2；
K--外墙和屋面的传热系数，W/（m2·℃），可根据外墙和屋面的不同构造，由附录2-2和附录2-3中查取；
tR--室内计算温度，℃；
--外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃，根据外墙和屋面的不同类型分别在附录2-4和附录2-5中查取。
✧注意对
的修正。
2.内围护结构冷负荷
⑴当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按公式（2-5）计算；
⑵当邻室有一定的发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等内围护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作稳定传热，不随时间而变化，可按下式计算：
（2-8）
式中Ki--内围护结构（如内墙、楼板等）的传热系数，W/（m2.℃）；
Ai--内围护结构的面积，m2；
--夏季空调室外计算日平均温度，℃；
--附加温升，可按表2-10选取。
3.外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
（2-9）
式中
--外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W；
Kw--外玻璃窗传热系数，W/（m2.℃），可由附录2-7和附录2-8中查得；
AW--窗口面积，m2；
--外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，℃，可由附录2-10中查得。
✧注意对Kw，地点的修正td。
2.3.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
1．日射得热因数
采用3mm厚的普通平板玻璃作“标准玻璃”，在
＝8.7W/（m2K）和
＝18.6W/（m2K）条件下，得出夏季（以七月份为代表）通过这一“标准玻璃”的日射得热量qt和qa值，令
，称
为日射得热因数。
2．透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷
（2-13）
式中AW--窗口面积，m2；
Ca--有效面积系数，由附录2-15查得；
Cs--窗玻璃的遮阳系数，由附录2-13查得；
Ci--窗内遮阳设施的遮阳系数，由附录2-14查得；
Djmax—最大日射得热因数，由附录2-12查得；
CLQ--窗玻璃冷负荷系数，由附录2-16至附录2-19查得。
✧注意：
CLQ值按南北区的划分而不同。
南北区划分的标准为：
建筑地点在北纬27°30′以南的地区为南区，以北的地区为北区。
2.4室内热源散热引起的冷负荷
室内热源散热主要指室内工艺设备散热、照明散热和人体散热三部分。
室内热源散热包括：
显热和潜热。
2.4.1设备散热形成的冷负荷
（2-14）
式中
--设备和用具显热形成的冷负荷，W；
--设备和用具的实际显热散热量，W；
--设备和用具显热散热冷负荷系数，可由附录2-20和附录2-21中查得。
如果空调系统不连续运行时，则
=1.0。
1.电动设备显热散热量
当工艺设备及其电动机都放在室内时
（2-15）
当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时
（2-16）
当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：
（2-17）
式中N--电动设备的安装功率，kW；
--电动机效率；
n1--利用系数；
n2--电动机负荷系数；
n3--同时使用系数。
2.电热设备散热量
对于无保温密闭罩的电热设备
（2-18）
式中n4--考虑排风带走热量的系数，一般取0.5。
3.电子设备散热量
计算公式同（2-16），其中系数n2根据使用情况而定，对计算机可取1.0，一般仪表取O.5-0.9。
2.4.2照明散热形成的冷负荷
当电压一定时，室内照明散热量不随时间变化。
白炽灯
（2-19）
荧光灯
（2-20）
式中
--灯具散热形成的冷负荷，W；
N--照明灯具所需功率，kW；
n1--镇流器消耗功率系数；
n2--灯罩隔热系数；
CLQ--照明散热冷负荷系数，可由附录2-22查得。
2.4.3人体散热形成的冷负荷
人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件（温、湿度等）等多种因素有关。
某些空调建筑物内的群集系数表2-12
工作场所
影剧院
百货商店（售货）
旅店
体育馆
图书阅览室
工厂轻劳动
银行
工厂重劳动
群体系数φ
0．89
0．89
0．93
0．92
0．96
0．99
1．0
1．0
1.人体显热散热引起的冷负荷
（2-21）
式中
--人体显热散热形成的冷负荷，W；
--不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，见表2-13；
n--室内全部人数；
--群集系数，见表2-12；
CLQ--人体显热散热冷负荷系数，由附录2-23中查得。
✧注意：
对于人员密集的场所（如电影院、剧院、会堂等），由于人体对围护结构和室内物品的辐射换热量相应减少，可取CLQ＝1.0。
2.人体潜热散热引起的冷负荷
（2-22）
式中
--人体潜热形成的冷负荷，W；
--不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，见表2-13。
2.5湿负荷
湿负荷是指空调房间的湿源（人体散湿、敞开水池（槽）表面散湿、地面积水等）向室内的散湿量，也就是可维持室内含湿量恒定需从房间除去的湿量。
2.5.1人体散湿量
（2-23）
式中
--人体散湿量，kg/s；
--成年男子的小时散湿量，g/h，见表2-13；
2.5.2敞开水表面散湿量
（2-24）
式中
--敞开水表面的散湿量，kg/s；
--单位水面蒸发量，kg/（m2h），见表2-14；
A--蒸发表面面积，m2。
注：
制表条件为，水面风速v＝0.3m/s；大气压力B＝101325Pa，当所在地点大气压力为b时，表中所列数据应乘以修正系数B／b。
2．6新风负荷
室外新鲜空气量是保障良好的室内空气品质的关键。
因此，空调系统中引入室外新鲜空气（简称新风）是必要的。
1．夏季室外空气焓值和气温比室内空气焓值和气温要高，空调系统为处理新风需消耗冷量。
2．冬季室外空气气温比室内空气温度低，室外空气比室内空气含水量少，空调系统为处理新风需消耗热量和加湿量。
据调查，空调工程中处理新风的能耗约占总能耗的25％-30％，对于高级宾馆和办公建筑可高达40％。
✧注意：
空调系统中新风量的大小要在满足空气品质的前提下，应尽量选用较小的必要的新风量。
否则，新风量过多，将会增加空调制冷系统与设备的容量。
3．夏季空调新风冷负荷
（2-25）
式中
--夏季新风冷负荷，kW；
--新风量，kg/s；
--室外空气焓，kJ/kg；
--室内空气焓，kJ/kg。
4．冬季空调新风热负荷
（2-26）
式中
--空调新风热负荷，kW；
--空气的定压比热，kJ/（kg℃），取1.005kJ/（kg℃）；
--冬季空调室外空气的计算温度，℃；
--冬季空调室内空气计算温度，℃。
2.7
空调室内的冷负荷与制冷系统的冷负荷
图2-1建筑物空调制冷系统负荷的组成框图
图2-1给出建筑物空调制冷系统负荷的组成框图。
图中表示出建筑物空调室内的冷负荷与制冷系统负荷的形成过程及组成。
由图看出：
1．得热量和冷负荷是两个概念不同而互相又有关联的量
房间得热量--指某一时刻由室内和室外热源进入房间的热量总和。
冷负荷--指维持室温恒定，在某一时刻应从室内除去的热量。
瞬时得热量中以对流方式传递的显热得热和潜热得热部分，直接放散到房间空气中，立刻构成房间瞬时冷负荷；而以辐射方式传递的得热量，首先被围护结构和室内物体所吸收并贮存于其中。
当这些围护结构和室内物体表面温度高于室内温度后，所贮存的热量再借助于对流方式逐时放出，给予室内空气而形成冷负荷。
由此可见，任一时刻房间瞬时得热量的总和未必等于同一时刻的瞬时冷负荷。
只有得热量中不存在以辐射方式传递的得热量，或围护结构和室内物体没有蓄热能力的情况下，得热量的数值才等于瞬时冷负荷。
2．室内冷负荷
⑴由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷；
⑵人体散热、散湿形成的冷负荷：
⑶灯光照明散热形成的冷负荷；
⑷其他设备散热形成的冷负荷。
空调室内负荷是确定房间空调送风处理过程和空调设备容量的依据之一。
3．新风冷负荷
对引入空调房间的新风进行处理的冷负荷。
4．制冷系统的冷负荷
⑴室内冷负荷；
⑵新风冷负荷；
⑶制冷量输送过程的传热和输送设备（风机、泵）的机械能所转变的得热量；
⑷空调系统因采用了冷、热量抵消的调节手段而得到的热量（例如空调系统中的再加热系统）；
⑸其他进入空调系统的热量（例如采用顶棚回风时，部分灯光热量被回风带入系统）。
✧必须指出，一个制冷系统通常为一幢建筑物或多幢建筑物的许多个房间的空调系统服务，制冷系统的总装机冷量并不是所有空调房间最大冷负荷的叠加。
因为各空调房间的朝向、工作时间并不一致，他们出现最大冷负荷的时刻也不会一致。
因此，应对制冷系统所服务的空调房间的冷负荷逐时进行叠加，以其中出现的最大冷负荷作为制冷系统选择设备的依据。
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