《制冷空调专业基础与实务》建筑采暖 毕月虹 北京工业大学建工学院.docx
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《制冷空调专业基础与实务》建筑采暖毕月虹北京工业大学建工学院
《制冷空调专业基础与实务》建筑采暖毕月虹北京工业大学建工学院2018年3月
继续教育大纲—采暖
（一）掌握采暖通风系统热负荷计算方法与集中供热热负荷概算方法；
（二）熟悉常用散热设备的种类及特点；
（三）掌握热水采暖系统的各种采暖方式和设计及其安装基本要求
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）（2012年10月1日实施）
第一讲热负荷
目的：
设计散热器、设计输送管道、设计热源
影响因素：
围护结构、室外设计温度、室内设计温度
1供暖系统热负荷:
在某一室外温度下，为达到要求的室内温度,供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
2供暖系统设计热负荷:
在设计室外温度下，为达到要求的室内温度,供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
供暖房间的热平衡：
失热量Qsh：
围护结构耗热量Q1/通过门、窗缝隙的冷风渗透耗热量Q2/外门开启的冷风侵入耗热量Q3/水分蒸发的耗热量Q4/加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q5/通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量，通风耗热量Q6.
得热量Qd：
最小负荷班的工艺设备散热量Q7/非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q8/热物料的散热量Q9/太阳辐射进入室内的热量Q10
热平衡方程:
没有机械通风的建筑物，供暖系统设计热负荷：
在工程设计中，供暖系统的设计热负荷：
基本耗热量Q1·j-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Q1·x-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。
包括风力附加、高度附加和朝向修正等耗热量。
围护结构的基本耗热量（W），即温差传热量,按一维稳态传热计算:
1室内计算温度tn-距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。
确定原则：
《暖通规范》（GB50736-2012第3.0.1条）：
民用建筑冬季室内计算温度（tn）采用：
a寒冷地区和严寒地区主要房间应采用18-24℃b夏热冬冷地区主要房间冬季采用16-22℃c辅助建筑物及辅助用室不应低于：
浴室，更衣室：
25℃、办公室，休息室，食堂：
18℃、盥洗室，厕所：
12℃d设置值班供暖房间不低于5℃e我过划分为气候区：
严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和地区
2供暖室外计算温度tw’《暖通规范》规定：
供暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度.
3温度修正系数a值:
计算与大气不直接接触的外围护结构基本耗热量，为统一计算公式，而采用的系数。
通过该围护结构的传热量:
由
得：
4围护结构传热系数K匀质多层材料（平壁）及传热阻R
热惰性指标D:
反映材料层抵抗温度波动能力,D↑对温度波衰减能力↑，穿透围护结构时间↑.围护结构的类型对应热惰性指标：
Ⅰ〉6.0、Ⅱ4.1~6.0、Ⅲ1.6~4.0、Ⅳ≤1.5
设置供暖的建筑物，其围护结构的传热系数应符合国家现行相关节能设计标准的规定。
===============================
了解即可两向非匀质材料，
1）首先求出平均传热阻
式中：
Rp.j—平均传热阻，m²·℃/W;
A—与热流方向垂直的总传热面积，m²;
Ai—按平行热流方向划分的各个传热面积，m²;
R0i—对应于传热面积Ai上的总热阻，m²·℃/W;
Rn、Rw—内表面、外表面换热阻，m²·℃/W;
Ф—平均传热阻修正系数
2）再求传热系数K值
空气间层传热系数K：
在严寒地区和一些高级民用建筑，围护结构内常用空气间层以减少传热量.空气间层的热阻难以用理论公式确定，在工程设计中，按下表计算
位置、热流状况
空气间层热阻层R（m²·℃/W）间层厚度δ（cm）
0.5
1
2
3
4
5
6以上
热流向下（水平、倾斜）
0.103
0.138
0.172
0.181
0.189
0.198
0.198
热流向上（水平、倾斜）
0.103
0.138
0.155
0.163
0.172
0.172
0.172
垂直空气间层
0.103
0.138
0.163
0.172
0.181
0.181
0.181
地面的传热系数—在工程上采用地带法
1）贴土非保温地面，传热系数和热阻表
第一地带Ro2.15,Ko0.47/第二地带Ro4.30,Ko0.23/第三地带Ro8.60,Ko0.12/第四地带Ro14.2,Ko0.07注意：
第一地带靠近墙角的地面面积（图中黑色部分）需计算两次
2）贴土保温地面各地带的热阻值
式中：
R’0——贴土保温地面的换热阻，m²·℃/W;
R0——非保温地面的换热阻，m²·℃/W;
δi——保温层的厚度，m;
λi——保温材料的导热系数，W/m·℃
3）铺设在地垄墙上的保温地面各地带的换热阻R”0值:
R”0=1.18R’0（m²·℃/W）
5围护结构传热面积
a、外墙面积①高度从本层地面算到上层的地面②对平屋顶建筑物，最顶层是从最顶层的地面到平屋顶的外表面的高度；而对有闷顶的斜屋面，算到闷顶内的保温层表面③外墙平面尺寸，按建筑物外廓尺寸计算，两相邻房间以内墙中线为分界线（外墙外表面到内墙中心线）.
b、门、窗的面积：
按外墙外面上的净空尺寸计算.
设置全面采暖的建筑物，在满足采光要求前提下，其开窗面积应尽量减小，（注意窗墙比要求，影响冷风渗透耗热量，墙窗传热系数区别）
c、闷顶和地面的面积：
应按建筑物外墙以内的内廓尺寸计算;对平屋顶，顶棚面积按建筑物外廓尺寸计算
d、地下室面积:
位于室外地面下的外墙，耗热量计算方法与地面计算相同，但传热地带的划分，应从与室外地面相平的墙面算起，即把地下室外墙在室外地面以下的部分，看作是地下室地面的延伸
2、附加（修正）耗热量计算
1）朝向修正耗热量Qch—太阳照射影响对基本耗热量的修正。
表达式：
《暖通规范》（5.2.5）规定：
选用不同朝向的修正率:
北、东北、西北:
0～10%/东南、西南:
-10%～－15%/东、西:
-5%/南-15%～-30%
2）风力附加耗热量Qf—室外风速变化对基本耗热量的修正
表达式：
《暖通规范》（5.2.5）规定：
建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，垂直外围结构附加5%～10%.
说明：
在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数αw是对应风速为4m/s的计算值，我国大部分地区冬季平均风速一般为2-3m/s,因此，在一般情况下，不必考虑风力附加
3）高度附加耗热量：
Qg—房屋高度对耗热量的影响而附加的耗热量
当房间高度〉4m，每高出1m应附加2%，但总的附加不应大于15%。
高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其他附加（修正）耗热量的总和上。
（三）、冷风渗透耗热量Q2在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。
把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗耗热量Q2。
影响冷风渗透的因素：
如门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。
（1）缝隙法
Q2=0.278VρwCp（tn-t´w）W
V=Llmbm³/h
b:
门窗缝隙渗风指数，b=0.56～0.78,当无实测数b=0.67
l:
门、窗的计算长度m
L:
在基准高度单纯风压下，每米门窗渗入室内的理论空气量m³/h·m
m：
风压和热压共同作用下，冷风渗透压差综合修正系数
α1：
外门窗缝隙渗风系数
Ρ‘w：
供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m³
V0：
基准高度冬季室外最多风向的平均风速
Cr:
热压差系数；△Cf：
风压差系数；C：
有效热压差与有效风压差之比；
Ch：
高度修正系数；n：
单纯风压作用下，朝向修正系数
（2）、换气次数法—用于民用建筑的概算法
Q2=0.278nkVnCpρw（tn-tw'）
Vn——房间的内部体积nk——房间的换气次数，次/h
对于高层建筑，中和面上部排风，如那该法计算，造成计算值偏大
（3）百分数法--用于工业建筑的概算法：
由于工业建筑房屋较高，室内外温差产生的热压较大，冷风渗透量可根据建筑物的高度及玻璃窗的层数，按下表估算：
四、冷风侵入耗热量Q3（W）
Vw——流入的冷空气量
Vw不易确定,根据经验，冷空气侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以百分数的简便方法进行计算。
Q3=xm·q1·j（m）
q1·j（m）—外门基本耗热量
《暖通规范》（5.2.5）规定：
外门附加率xm，建筑物的楼层为n时：
一道门：
65%×n、两道门（有门斗）：
80%×n、三道门（有两个门斗）：
60%×n、公共建筑和工业建筑的主要出入口500%
说明：
附加率大不代表冷风侵入耗热量大，比如2道门和1道门比较
第二节集中供热设计热负荷
供暖系统热负荷：
针对某一具体房间计算热负荷、是为了设计室内供暖系统、向外网提出设计要求（流量、压头）
集中供热设计热负荷：
针对某一热用户，可能有或没有具体建筑物、设计外网输送系统、向热源提出要求、热负荷计算方法：
a有具体建筑物－用供暖设计热负荷b没有具体建筑物－用概算法
集中供热系统的热用户:
供暖、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等热系统
一、供暖热负荷
1.体积热指标法
qv与K成正比：
不同地区，K不同；寒冷地区墙厚，K小，qv反而小
qv与F/Vw成正比：
外形复杂，qv大;体积越小、qv越大
2、建筑面积热指标－多用
K大、qa大；（tn-tw’）大、qa大；qV与气候无关，而qa与气候密切相关；qa计算简单，qv不易取准确
住宅、旅馆、商店、办公楼：
58～80W/m2；餐馆、体育馆、礼堂：
100～160W/m2
二、通风、空调新风热负荷
（三）、热水供应热负荷
居住区概算法
第二讲散热设备
热平衡方程（上面有）
第一节引言
当Q’供暖系统设计热负荷＝Qs散热设备的散热量,房间温度可以满足tn要求
第二节散热设备型式
供暖形式：
散热器、辐射、热风，散热器：
对流散热占总散热量的75％
辐射（地热）：
a在热辐射作用下，围护结构内表面和室内其它物体表面温度，都比对流供暖高b人体辐射散热量减少，人实际感觉比相同室内温度对流供暖舒适c室内空气流速处于自然通风水平，舒适度高,卫生条件好d室内垂直温度梯度小，结构上部热损失少e室内设计温度可减少2-3度，供暖负荷可减15%。
热风：
对流散热几乎占100％
相应散热设备型式：
散热器、辐射板（中温）、加热管（低温）、空气加热器（集中）、暖风机（离心式、轴流式）
散热器分类：
材料分：
铸铁、钢、铝、铜、塑料、陶瓷构造形式分：
柱、翼、扁管、平板、翅片、串片
铸铁散热器-特点：
结构简单、防腐性好、寿命长，适用于各种水质、造价低、热稳定性好，用于低压蒸汽和热水采暖分类：
柱型（金属热强度和传热系数高，美观，易清灰，应用广泛）、翼型（工艺↓，热度传热↓，不美，难清，单体散热量↑，设计时难组成所需面积）、复合翼型。
钢制散热器-特点：
传热性好，承压能力高，光滑易清扫、占地小。
工艺复杂，造价高、对水质要求高、易腐蚀、年限短。
铝合金散热器：
美观大方、线条流畅、占地小、有装饰性。
质量约为铸铁的10%。
便于安装、金属热强度高、节能、用内防腐技术。
散热器的评价指标：
性能：
传热系数（W/m2℃）/经济：
金属热强度（W/kg℃）、热价（元/W）/使用/制造安装/外观/寿命（散热好、价格低、易制造、便安装、外表俏、寿命长/发展趋势：
高效、节材、节能、美观、耐用）
辐射板：
表面温度80-200度，辐射占60-70％，舒适，可用比对流供暖低3度室内计算温度
低温热水地板辐射采暖：
a供小于60度，建议55-45度，可用低温热水、废热等b温差5-10度c热负荷不考虑热损失d计算的热负荷*0.9-0.95修正系数，或将室内温取值将2度。
辐射优点：
a地温匀、室温自下而上递减、舒适度高b空气对流减弱，空气洁净度好c更节能d利于装修，增加室内面积。
缺点：
a埋管层厚占高度b二次装修易破管线c对地面装饰材料有要求d室内升温慢。
集中送风-空气加热器：
用于可空气再循环的车间，送风用30-50度，＜70度。
直接加热室外冷空气或室内循环空气、
暖风机：
a由吸风口、风机、空气加热器和送风口构成通风供暖联合机组b在风机作用下，室内空气由吸风口进入、经加热器变成热风、经送风口送入室内，维持室内温度c离心式（大型）轴流式（小型）：
热惰性小，升温快d可单用，一般用于补充散热器热的不足部分。
供暖系统的分类:
循环动力:
重力循环系统，机械循环系统/供、回水方式：
单管系统，双管系统/管段敷设：
垂直式系统，水平式系统。
机械与重力循环差别：
a设循环水泵b供回水干管坡向坡度c排气装置
膨胀水箱：
一般接至循环水泵吸入口前a存热水供暖加热膨胀水量b排气（重力循环上供下回系统）c恒定供暖系统的压力。
重力循环热水供暖系统-工作原理：
水在热水锅炉内被加热、密度较小、同时受到从散热器流回密度较大的回水驱动，使热水沿供水干管上升，流回散热器，在散热器内水被冷却，再沿水干管流回锅炉形成循环。
冷水密度大，热水密度小，形成循环、二者压差不同，温差↑压差↑
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断面A-A:
P左=gh0ρh+ghρg+gh1ρgP右=gh0ρh+ghρh+gh1ρg
系统的循环作用压力：
P=P右-P左=gh（ρh-ρg）Pa
式中：
h——冷却中心至加热中心的垂直距离
=========================================================================
双管系统重力循环的作用压力
对于底层散热器：
P1=gh1（ρh—ρg）Pa
对于上层散热器：
P2=g（h1+h2）（ρh—ρg）=P1+gh2（ρh—ρg）Pa
结论：
P2>P1，上层作用压力大，下层作用压力小。
容易出现垂直失调现象。
垂直失调：
a同一竖向的各层房间的室温不符合设计要求，出现上、下层冷热不均的现象b通过各层的循环作用压力不同，使得流量分配不均，出现上热下冷c楼层数越多，上下层的作用压差越大，垂直失调越严重。
供热系统中的垂直失调和水平失调：
在供暖建筑物中，同一竖向（或水平方向）的各层房间的室温不符合设计要求的温度，而出现上下层（水平方向）冷热不均的现象。
机械循环热水供暖系统
垂直式系统：
1上供下回：
管道布置合理、放气简单、最常用（单管：
施工方便、造价低、垂直失调小。
分：
a顺流：
不能局部调节，不适应计量供热要求b跨越：
流入散热器流量小，出温↓，散热面积↑,可局调，适应计量c跨越顺流：
上跨下顺，局调，设计角度未解决局部调节与垂直失调、双管：
可局调）2下供下回-双管：
地下室、或顶层难布供水管，难排气，顶层设跑风+空气管（占空间高度、闷顶需防冻）3中供：
下部上供下回，单或双、上部下供下回-双，上供下回-单（楼层数过多时纯上供下回+下供下回垂直失调小、上小下大的“品”字型建筑）4下供上回：
可单可双、排气好：
水、气流动方向一致、气泡浮升速度：
水平干管0.1-0.2m/s，立管0.25m/s
室内热水供暖进行竖向分区目的：
a减小设备、管道及部件承受的压力，保证系统安全运行b避免立管出现垂直失调等。
水平与垂直系统相比特点：
1经济2管路简单，无穿过各层楼班立管，施工方便3能用辅助空间架设膨胀水箱，美观4排气不便。
水平单管：
1排气困难，每散热器设跑风+空气管2散热器串联过多出现水平热力失调。
水平单跨越管：
便于调节、热计量。
同程：
通过各关联环路总长度相等。
特点：
压力易平衡，常用较大建筑，管道消耗量＞异程。
异程：
长度不等。
特点：
初调节不当，出现近处流量超要求，远处流量不足，在远近流量失调引起的冷热不均为水力失调。
热水供热的供热调节-原因：
（室外温度变化导致）有供暖、热水供应和生产工艺用热系统等组成的热水供热系统的热用户，其热负荷并不是恒定的，如供暖系统热负荷随室外气温的变化，热水供应和生产工艺用热随着使用条件等因素变化。
目的：
保证供热质量，满足使用要求，并使用热设备和热媒传送经济合理。
方式：
集中、局部、个体调节。
方法：
a质调节（调温度）b分阶段改变流量的调温度c量调节（调流量）d质-量调e间歇调节。
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