【土木建筑】 熱負荷、冷負荷與濕負荷計算

1、第二章 熱負荷、冷負荷與濕負荷計算1、冷負荷：為保證房間或物體低于周圍環(huán)境溫度所需供給的冷量，稱為冷負荷。2、熱負荷：為保證房間或物體高于周圍環(huán)境溫度所需供給的熱量，稱為熱負荷。3、濕負荷：為了維持房間溫度恒定需從房間除去濕量稱為濕負荷。4、正確確定冷熱濕負荷的意義：負荷計算是暖通空調(diào)設計的依據(jù)，關系到環(huán)境指標保證設備畜量大小、方案確定，系統(tǒng)管道大小等。5、冷、熱、濕負荷計算依據(jù)：室外氣象參數(shù)和室內(nèi)需求保持的參數(shù)。2-1室內(nèi)空氣計算參數(shù)：一 室外空氣計算參數(shù)：1室外空氣計算參數(shù)：指在負荷計算中所采用的室外空氣參數(shù)。2確定室外空氣計算參數(shù)：按現(xiàn)行的?采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計標準?GBJ19-87中

2、規(guī)定的計算參數(shù)，見附錄2-1。3我國確定室外空氣計算參數(shù)的根本原那么：按不保證天數(shù)法即全年允許有少數(shù)時間不保證室內(nèi)溫濕度標準，假設必須全年保證時，參數(shù)需另行確定。4室外空氣計算參數(shù)的分類：1、夏季空調(diào)室外計算干、濕球溫度確定原那么：?標準?確定，夏季空調(diào)室外計算干球取室外空氣歷年平均不保證50h的干球溫度；濕球溫度也同樣。歷年平均：指19501980三十年平均。用途：用于計算夏季新風冷負荷。2、夏季空調(diào)室外計算日平均溫度和逐時溫度：空調(diào)因圍護結構傳熱負荷計算原理：按不穩(wěn)定傳熱過程計算，因此，須知夏季空調(diào)室外計算日平均溫度和逐時溫度逐時溫度：逐時溫度 夏季空調(diào)室外計算日平均溫度，標準規(guī)定取歷年平

3、均不保證5天的日平均溫度，見附錄2-1。室外空氣溫度逐時變化系數(shù)，按表2-1確定；夏季空調(diào)室外計算平均日較差， 按附錄2-1或下式計算 式中夏季空調(diào)室外計算干球溫度3、冬季空調(diào)室外空氣計算溫度、相對濕度冬季空調(diào)室外空氣計算溫度的用途：在冬季利用空調(diào)供暖時，計算圍護結構的熱負荷和新風負荷均用此溫度。確定原那么：標準規(guī)定歷年平均不保證1天的日平均溫度作為冬季空調(diào)室外空氣計算溫度。見附錄2-1相對濕度：?標準?規(guī)定，采用歷年一月份平均相對濕度的平均值作為冬季空調(diào)室外空氣計算相對濕度。4.冬季采暖室外計算溫度和冬季通風設計溫度采暖室外計算溫度確實定：?標準?規(guī)定取歷年平均不保證5天的日平均溫度。通風室

4、外計算溫度確實定：取累年最冷月平均溫度。采暖室外計算溫度的用途：用于計算建筑物圍護結構的熱負荷及消除有害物通風的進風熱負荷也即供暖系統(tǒng)設計熱負荷，通風室外計算溫度的用途：計算全面通風的進風熱負荷。5、夏季通風室外計算溫度和夏季通風室外計算相對濕度：通風室外計算溫度確實定?標準?規(guī)定取歷年最熱月14時的月平均溫度的平均值。通風室外計算相對濕度確實定：取歷年最熱月14時的月平均相對濕度的平均值。溫度及濕度用途：計算消除余熱余濕的通風及自然通風進風需冷卻時，進風冷負荷也采用。二、室內(nèi)空氣計算參數(shù)室內(nèi)需空氣計算參數(shù)選擇考慮因素：1、房間使用功能對舒適性的要求。主要因素是空氣溫度、濕度和氣流速度，其次為

5、衣著，空氣新鮮程度，室內(nèi)各外表的溫度，人員活動情況等。2、地區(qū)、冷熱濕情況、經(jīng)濟條件和節(jié)能要求等因素。?標準?對舒適性空調(diào)采暖、室內(nèi)計算參數(shù)如下：見P10下部具體見表2-2，表2-3工藝性見參考文獻42-2冬季建筑的熱負荷采暖設計熱負荷確實定依據(jù)：按平衡原理，即熱負荷=失熱量-得熱量民用建筑：失熱量：圍護結構耗熱量、由門窗縫隙滲入冷空氣外門開啟侵入冷空氣。得熱量：太陽輻射工業(yè)建筑：失熱量：除上述民用建筑失熱量工程，還有冷物料運輸工具、水分蒸發(fā)。得熱量：設備散熱，熱物料一、圍護結構的耗熱量圍護結構耗熱量包含內(nèi)容：圍護結構溫差傳熱量?？p隙滲入冷空氣。外門開啟侵入。太陽輻射，上述代數(shù)和，分為根本耗熱

6、量和附加耗熱量。1、圍護結構的根本耗熱量按2-3式計算式中Qj局部圍護結構的根本耗熱量，W；j局部圍護結構的根本傳熱面積，j局部圍護結構的根本傳熱系數(shù)W/；冬季室內(nèi)計算溫度 ；t0.W冬季室內(nèi)計算溫度 ；圍護結構的溫差修正系數(shù)，無量綱，見表2-4確實定a、外墻高度，本層地面到上層地面中間層。底層，由地面下外表到上層地面。頂層，平屋頂?shù)轿蓓斖馔獗?。斜屋面：到門頂?shù)谋貙油獗?。長：外外表到外外表，外外表到中心線，中心線到中心線。b、門、窗按凈空尺寸。C、地面、屋頂面積，地面和門頂按內(nèi)廓尺寸，平屋頂，按外廓。d、地下室，位于室外地面以下的外墻，按地面確實定。 查有關手冊 =8.72 W/ =23.2

7、6 W/計算多層勻質平壁 地面通常用地帶劃分法，第一地帶=0.47 W/第二地帶=0.23 W/第三地帶=0.12 W/第四地帶=0.07 W/2、圍護結構附加耗熱量朝向修正耗熱量產(chǎn)生原因:太陽輻射對建筑物得失熱量的影響,?標準?規(guī)定對不同朝向的垂直圍護結構進行修正.修正方法:采用修正率，見教材，注意各地規(guī)定。加減到根本耗熱量上。風力附加耗熱量，產(chǎn)生原因：風力增強。?標準?規(guī)定見教材，一般城市中建筑物可不附加外門開啟附加產(chǎn)生原因：加熱開啟外門侵入的冷空氣。方法：短時間開啟，無熱風幕，按表2-5高度附加原因：高度過高，強度梯度方法：當凈高起過4m時，每增加1米，附加率為2%，最大不超過15%，高

8、度附加是在根本耗熱量和其他附加耗熱量總和上。通過某一圍護結構傳熱量耗熱量，可寫成二、門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量1、產(chǎn)生原因：因風壓與熱質作用室外空氣經(jīng)門窗縫隙進入室內(nèi)。2、方法：?標準?規(guī)定，對六層以下的按縫隙法。 2-4加熱滲入冷空氣耗熱量w0.278單位換算系數(shù) 1KJ/h=0.278wL經(jīng)每m門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣量m3/h.m根據(jù)冬季室外平均風速.查表2-6l門窗可開啟局部縫隙長度m室外空氣密度kg/m3Cp空氣壓質量比熱 1Kj/kg. m冷風滲適量的朝向修正系數(shù),見表2-7注意:1、空調(diào)房間通常保護氣壓，不計算冷風滲透 2、封窗，可不計算 3、高層建筑有關手冊2-3夏季建筑圍護結

9、構的冷負荷1、冷負荷計算方法：冷負荷系數(shù)法，根底是傳遞函數(shù)法將圍護結構或空調(diào)房間連同空氣視為熱力系數(shù)將外擾或室內(nèi)得熱作為系統(tǒng)的輸入，當計算某建筑物空調(diào)冷負荷時，按條件查出相應的冷負荷溫度與冷負荷系數(shù)，用穩(wěn)定傳熱方法，便于手算。2、冷負荷產(chǎn)生原因：室內(nèi)外溫差，太陽輻射，人體、照明、設備散熱。一、圍護結構瞬變傳熱形成冷負荷的計算方法：1、外墻和屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷逐時冷負荷按下式 2-5外墻和屋面瞬變傳熱引起的逐時冷負荷wA外墻和屋面的面積K外墻和屋面和傳熱系數(shù)，查附錄2-2，2-3室內(nèi)計算溫度-外墻和屋面冷負荷計算溫度的逐時值，查附錄2-4，2-5。注：1附錄2-4，2-5給出的是以北京地區(qū)

10、氣象參數(shù)計算而得，對其他地區(qū)，應修正，成為+,可由附錄2-6查得。2當18.6 W/時,應將+td查表2-8中的修正值.=3.5+5.603當變化時,可不修正. 一般取8.7.4表中吸收系數(shù)已建議采用=0.90,但有把握保持外外表的中線色時,表中數(shù)值可查表2-9所列吸收系數(shù)修正值.因此,外墻和屋面的冷負荷計算溫度為冷負荷計算式改為:2、內(nèi)圍護結構冷負荷：產(chǎn)生原因：鄰室為非空調(diào)房間，或有發(fā)熱量。負荷計算：a、鄰室為非空調(diào)房間，且通風良好，通過內(nèi)墻與樓板傳熱冷負荷，可按式2-5計算。b、當鄰室有發(fā)熱量時，可視作穩(wěn)定傳熱，按下式 內(nèi)周護結構傳熱系數(shù)W/M2、OC；內(nèi)周護結構面積m2；夏季空調(diào)室外計算

11、的平均溫度；附加溫升，按表2-10選取。3、外玻璃窗口瞬變傳熱引起的冷負荷。通過外玻璃窗冷負荷因溫差作用外玻璃窗口瞬變傳熱引起的冷負荷。外窗傳熱系數(shù)W/m2、OC窗口面積m2；外窗冷負荷溫度的逐時值，由附錄2-10所得；注：1值要根據(jù)窗框情況不同修正，修正值查附錄2-9；2要進行地占修正，修正值 可查附錄2-11。因此，式2-9變?yōu)椋憾?、通過玻璃窗的日射得熱引起冷負荷的計算方法。一日射得熱因數(shù)的概念。1、日射得熱的分類：兩局部，通過玻璃窗直接進入室內(nèi)的太陽輻射熱和窗玻璃吸收太陽輻射后使入室內(nèi)熱量。2、影響因素，窗類型，遮陽設施，太陽入射角及太陽輻射強度。3、比照計算方法：因素組合太多，無法建立

12、太陽輻射得熱與太陽輻射強度間的系數(shù)關系，于是采用一種比照計算方法，采用3mm厚玻璃普通平板作標準玻璃，在=8.7w/ m2.OC和=18.6w/ m2、OC條件下，得出夏季七月份為代表，通過這一“標準玻璃的日射得出量和值。 稱為反射得熱因數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計計算，得出適用于各地區(qū)不同緯度的，由附錄2-12查得。在非標準玻璃情況下，不同窗類型和遮陽設施對得熱影響可對加以修正，乘窗玻璃的綜合遮擋系數(shù). ：室玻璃的遮陽系數(shù)定義式為由附錄2-13查得；室內(nèi)遮陽設施的遮陽系數(shù)，由附錄2-14查得。外遮陽不合格。二通過玻璃窗的反射得熱引起的冷負荷的計算方法冷負荷 式中 Aw窗口面積m2；Ca有效面積系數(shù)，附錄2-1

13、5查得；CLQ窗玻璃冷負荷系數(shù)，無因次，附錄2-16至2-19查得。注意：CLQ分南北區(qū)，以北緯2730為界。2-4室內(nèi)熱源散熱引起的冷負荷。1、室內(nèi)熱源散熱的構成：工藝設備散熱，照明散熱和人體散熱。2、室內(nèi)熱源散熱的類型：顯熱和潛熱顯熱：因溫差造成，以對流形式散出的成為瞬時冷負荷。以輻射形式散出的成為先被圍護結構或家俱外表所吸收，。然后再緩慢散出，形成滯后冷負荷，要采用冷負荷系數(shù)。潛熱，因水分凝結放熱，為瞬時冷負荷。一、設備散熱形成的冷負荷按下式計算：式中：-設備和用戶顯熱形成的冷負荷，W；-設備和用具的實際顯熱散熱量，W；CLQ設備和用具的實際顯熱冷負荷系數(shù)，可由附錄2-20、20-21查

14、得，如果空調(diào)系統(tǒng)不連續(xù)運行，那么CLQ=1.0設備和用具的實際顯熱散熱量的計算。1、電動設備，當工藝設備和電動機都在室內(nèi)時=1000n1n2n3N/當工藝設備在室內(nèi)，而電動機不在室內(nèi)=1000n1n2n3N當工藝設備不在室內(nèi)，而只有電動機在室內(nèi)時N電動設備的安裝功率KW；電動機效率，可由產(chǎn)品樣本查，Y系列電動見表2-11。n1利用系數(shù)，電動最大實效功率與安裝功率之比，一般取0.7-0.9。n2電機負荷系數(shù)，電機每小時平均實數(shù)耗功率與機器設計時最大實數(shù)功率之比，精密機床可取0.15-0.40，普通機床取0.5左右。n3同時使用系數(shù)，電機同時使用安裝功率與總安裝功率之比，一般取0.5-0.8。2、

15、電熱設備散熱量對無保溫密閉罩，按下式計算=1000n1n2n3n4Nn考慮排風帶走熱量的系數(shù)，一般取0.5，其他符號同前。3、電子設備計算公式同2-17其中n2根據(jù)使用情況而定，計算時取1.0，一般儀表取0.5-0.9。二、照明設備形成的冷負荷特點：電壓一定時，室內(nèi)照明散熱量不隨時間變化，是穩(wěn)定散熱量，但以對流與輻射兩種方式散熱，仍采用冷負荷系數(shù)。白熾燈=1000N黃火燈=1000n1n2式中：燈具散熱形成的冷負荷，W；N燈具所需功率KW；n1鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，明裝黃火燈的鎮(zhèn)流器在空調(diào)房間內(nèi)時，取n1=1.2，當暗裝熒光燈鎮(zhèn)流器裝設在頂棚內(nèi)時n1=1.0。n2燈罩隔熱系數(shù)，當燈罩上部有孔，可

16、利用自然通風散熱于頂棚內(nèi)時n2=0.5-0.6，無通風孔n2=0.6-0.8；照明散熱冷負荷系數(shù)，可由附錄2-22查得。三、人體散熱形成的冷負荷1、影響人體散熱因系：性別、年齡、衣著、活動強度及周圍環(huán)境條件溫、濕度等。2、特點：潛熱量和對流熱形成瞬時冷負荷，輻射形成滯后冷負荷，采用冷負荷系數(shù)進行計算。3、計算根底：為設計計算方便，以成年男子散熱量為計算根底，對不同功能建筑物中各類人員進行修正，引入群集系數(shù)，表2-12給出數(shù)據(jù)。4、人體顯熱散熱引起的冷負荷計算式為 2-21式中：人體顯熱散熱形成的冷負荷，W。不同室溫和勞動性質成年男子顯熱散熱量，W見表2-13。n室內(nèi)全部人數(shù)；群集系數(shù)，見表2-

17、12；冷負荷系數(shù)，由附錄2-23查得。注：人員密集的場所影院、劇院、會堂等由于人體對圍護結構和室內(nèi)物品的輻射換熱量相應減少，可取=1.0。5、人體潛熱散熱引起的冷負荷計算式為： w人體潛熱形成的冷負荷，W。不同室溫和勞動性質成年男子潛熱散熱量，W見表2-13；n,同式2-21。2-5濕負荷1、濕源：人體散濕，敝開水池橫外表散濕，地面積水，洗滌洗浴，工藝過程等。2、濕負荷，為維持室內(nèi)確定的空氣含濕量需去除的濕量。一 人體散濕量人體散濕量按下式計算， =0.278ng*式中人體散濕量kg/s.-成年男子小時散濕量，見表2-13。同式2-21二 敞開水外表散濕量按下式式中：敞開水外表的散濕量，kg/

18、s；W單位水面蒸發(fā)量，kg/ 見表2-14；A蒸發(fā)外表面積，。2-6新風負荷1、通風換氣的作用：保障良好的室內(nèi)空氣品質。2、室外新鮮空氣簡稱新風的處理：夏季：室外空氣焓值和溫度比室內(nèi)空氣高，消耗冷量，冬季：氣溫低，含濕量少，消耗熱量和加濕量。3、新風能量消耗比重，空調(diào)新風能耗約占總能耗25%-30%，高級賓館和辦公建筑可高達40%耗能可觀。4、新風量確定原那么：滿足空氣品質前提下，盡量選較小的必要新風量。按標準手冊規(guī)定或推薦 計算在6-3和8-2講5、夏季空調(diào)新風冷負荷按下式計算：式中夏季新風冷負荷KW新風量kg/s室外空氣焓值kj/kg室內(nèi)空氣的焓值kj/kg 6、冬季空調(diào)新風熱負荷按下式計

19、算。式中空調(diào)新風熱負荷kw空氣定壓比熱kj/kg.R ,取1.005KJ/KG.冬季空調(diào)室外計算溫度冬季空調(diào)室內(nèi)計算溫度2-7空調(diào)室內(nèi)冷負荷與制冷系統(tǒng)的冷負荷圖2-1給出空調(diào)制冷系統(tǒng)負荷的組成框圖，表示出空調(diào)室內(nèi)的冷負荷，與制冷系統(tǒng)負荷的形成及組成。可看出：1. 得熱量與冷負荷是兩個概念不同而又有關聯(lián)的量房間得熱量：指某一時刻由室內(nèi)和室外熱源進入房間的總和。冷負荷：維持室內(nèi)溫度恒定，在某一時刻應從房間除去的熱量。差異所在：瞬間得熱量中，以對流方式傳遞的顯熱，潛熱直接放熱給空氣，構成瞬時冷負荷。輻射方式傳熱量，是為圍護結構和物體吸收并貯存，然后放出。瞬時得熱量瞬時冷負荷只有當?shù)脽崃恐胁淮嬖谳椛浞?/p>

20、式熱量或結構和物體無蓄熱能時才相等。2、室內(nèi)冷負荷：包括由于室內(nèi)外溫差和太陽輻射，通過圍護結構使入室內(nèi)的熱量形成的冷負荷。人體散熱，散溫形成的冷負荷。燈光照明散熱形成的冷負荷。其它設備散熱形成的冷負荷。上述空調(diào)室內(nèi)負荷是確定空調(diào)送風處理過程，系統(tǒng)設定和設備密度的依據(jù)之一。3、新風冷負荷：處理新風的冷負荷。4、制冷系統(tǒng)冷負荷：從熱平衡角度分析，系統(tǒng)冷負荷包括：室內(nèi)冷負荷；新風冷負荷以上兩項是主要局部；制冷量輸送過程傳熱；冷損失輸送設備風機、泵的機械能轉變的得熱量；某些空調(diào)系統(tǒng)采用冷、熱抵消的調(diào)節(jié)手段如再加熱；其它進入空調(diào)系統(tǒng)的熱量頂棚回風，燈光熱量帶入回風系統(tǒng)。系統(tǒng)冷量=房間冷負荷+新風負荷+冷

21、損失+各系統(tǒng)需求冷量。注意：在選擇系統(tǒng)總裝機冷量時，對各房間最大冷負荷逐時疊加以某時刻出現(xiàn)的最大冷負荷作為選擇依據(jù)。2-8計算舉例例2-1試計算西安某賓館客房502客房夏季的空調(diào)計算負荷。條件：1客房平面尺寸如圖2-2層高為3500mm2屋頂：構造如圖2-3，從上到下八層見教材查附錄2-2 k=0.48w/屬于型。3兩外墻：構造圖2-4查附錄2-3 k=1.50 w/屬于型。4兩外窗：雙層金屬窗3mm原普通玻璃，80%玻璃白色常，窗高2000mm；5內(nèi)墻；鄰室包括走廊，均與客房溫度相同；6每間客房2人，在房間總小時數(shù)為162小時；7室內(nèi)壓力稍高于室外；8室內(nèi)照明：熒光燈明裝200w,開燈時間1

22、6:00-24:009空調(diào)設計運行時間：24小時；10西安市室外氣象條件見教材11客房計算系數(shù)：見教材解：按此題條件分項計算1、屋頂冷負荷：由附錄2-5查出按式2-7算出逐時冷負荷列于表2-15中。2、兩外墻冷負荷由附錄2-4查得型外墻將逐時值及計算結果列入表2-16中,3、外窗瞬時傳熱冷負荷。根據(jù) 由附錄2-8查得查附錄2-9得的修正值對金屬框雙層窗應本1.2修正系數(shù)，由附錄2-10查出根據(jù)式2-9計算，結果列入表2-17。4、透過玻璃窗日射得熱引起冷負荷由附錄2-15查得雙層鋼窗有效面積系數(shù)Ca=0.75窗有效面積Aw=5*0.75=3.75。由附錄2-13查得遮擋系數(shù)Cs=0.86附錄2-14查得遮陽系數(shù)=0.5綜合遮陽系數(shù)=0.86*0.5=0.43再由附錄2-12中查得緯度40時西向日射得熱因數(shù)最大值=515w/因西安北緯34度18屬于北區(qū)由附錄2-17查得北區(qū)有內(nèi)遮陽的玻璃窗冷負荷系數(shù)逐時值用公式2-13計算逐時日射得熱