暖通空調(diào)熱負(fù)荷冷負(fù)荷與濕負(fù)荷計(jì)算

1、第2章 熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與濕負(fù)荷計(jì)算華北電力大學(xué)-荊有印 為了保持建筑物的熱濕環(huán)境，在某一時(shí)刻需向房間供應(yīng)的冷量稱為冷負(fù)荷；相反，為了補(bǔ)償房間失熱需向房間供應(yīng)的熱量稱為熱負(fù)荷；為了維持房間相對濕度恒定需從房間除去的濕量稱為濕負(fù)荷。 熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與濕負(fù)荷是暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，暖通空調(diào)設(shè)備容量的大小主要取決于熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與濕負(fù)荷的大小。 熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與濕負(fù)荷=f(室外氣象參數(shù),室內(nèi)空氣參數(shù))2.1 室內(nèi)外空氣計(jì)算參數(shù)2.1.1 室外空氣計(jì)算參數(shù) 1. 夏季空調(diào)室外計(jì)算參數(shù) 空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：取室外歷年平均不保證50h的干球溫度；空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度：取室外歷年平均不保證50h的濕球

2、溫度?？照{(diào)室外計(jì)算日平均溫度：取室外歷年平均不保證5d的平均溫度；空調(diào)室外設(shè)計(jì)日逐時(shí)溫度，按下式計(jì)算： (2-1)式中 夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度，； 室外空氣溫度逐時(shí)變化系數(shù)，按表2-1確定；夏季空調(diào)室外計(jì)算平均日較差，夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度，。 室外空氣溫度逐時(shí)變化系數(shù) 表2-1時(shí)刻123456789101112-0.35-0.38-0.42-0.45-0.47-0.41-0.28-0.120.030.160.290.40時(shí)刻1314151617181920212223240.480.520.510.430.390.280.140.00-0.10-0.17-0.23-0.26 2.冬季空

3、調(diào)室外空氣計(jì)算空調(diào)室外空氣計(jì)算溫度：采用歷年平均不保證1d的日平均溫度；空調(diào)室外空氣計(jì)算相對濕度：采用歷年一月份平均相對濕度的平均值。3冬季采暖室外計(jì)算溫度和冬季通風(fēng)計(jì)算溫度采暖室外計(jì)算溫度：取歷年平均不保證5天的日平均溫度；通風(fēng)室外計(jì)算溫度：取累年最冷月平均溫度； 4夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度和夏季通風(fēng)室外計(jì)算相對濕度 通風(fēng)室外計(jì)算溫度：取歷年最熱月14時(shí)的月平均溫度的平均值；通風(fēng)室外計(jì)算相對濕度：取歷年最熱月14時(shí)的月平均相對濕度的平均值。2.1.2 室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù) 1室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)的主要影響因素 建筑房間使用功能對舒適性的要求。 地區(qū)、冷熱源情況、經(jīng)濟(jì)條件和節(jié)能要求等因素。 2室內(nèi)空氣計(jì)算

4、參數(shù)的選擇根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ19-87)的規(guī)定：對舒適性空調(diào)和采暖 夏季：溫度 24-28 相對濕度 40-65： 風(fēng)速 0.3m/s。 冬季：溫度 18-22； 相對濕度 40-60(采暖不要求)；風(fēng)速 0.2m/s(采暖不要求)。 設(shè)計(jì)手冊中推薦了各種建筑的室內(nèi)計(jì)算參數(shù)，見表2-2、表2-3。 對于工藝性空調(diào)應(yīng)根據(jù)工藝要求來確定室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)。2.2 冬季建筑的熱負(fù)荷 建筑物采暖設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷在規(guī)范中明確規(guī)定應(yīng)根據(jù)建筑物的散失和獲得的熱量確定。 1.房間內(nèi)獲得熱量 (1)最小負(fù)荷班的工藝設(shè)備散熱量； (2)熱物料在車間內(nèi)的散熱量； (3)熱管道及其它熱表面的

5、散熱量； (4)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入的太陽輻射熱量； (5)人體散熱量； (6)照明燈光散熱量； (7)通過其它途徑獲得的熱量。 2.房間內(nèi)散失熱量 (1)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩邊的溫差傳出的熱量； (2)由門窗縫隙滲人的室外空氣吸熱量； (3)由外門、外墻的孔洞等侵入的室外空氣吸熱量； (4)由外部運(yùn)人的冷物料和運(yùn)輸工具等的吸熱量； (5)機(jī)械排風(fēng)的排熱量； (6)水分蒸發(fā)的吸熱量； (7)通過其它途徑散失的熱量。2.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量包括基本耗熱量和附加耗熱量。1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量 在穩(wěn)定傳熱條件條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量為 (2-3)式中 -j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，W

6、； Aj-j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積，m2； Kj-j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/(m2·)； tR-冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，； tO.W-冬季室外空氣計(jì)算溫度，； -圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)，見表2-4。2圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加耗熱量 (1)朝向修正率 不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，受到的太陽輻射熱量是不同的；同時(shí)，不同的朝向，風(fēng)的速度和頻率也不同。 北、東北、西北朝向： 0 東、西朝向： -5 東南、西南朝向： -10-15 南向： -1525 選用修正率時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)囟救照章始拜椛鋸?qiáng)度的大小。冬季日照率小于35的地區(qū)，東南、西南和南向的修正率宜采用010，其他朝向可不修正。 (2)風(fēng)力附加 在不避風(fēng)的高地、河

7、邊、海岸、曠野上的建筑物以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高的建筑物，垂直的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷附加510。 (3)外門開啟附加 為加熱開啟外門時(shí)侵入的冷空氣，對于短時(shí)間開啟無熱風(fēng)幕的外門，可以用外門的基本耗熱量乘上按表2-5中查出的相應(yīng)的附加率。陽臺門不應(yīng)考慮外門附加。 (4)高度附加 由于室內(nèi)溫度梯度的影響，往往使房間上部的傳熱量加大。因此規(guī)定：當(dāng)房間凈高超過4m時(shí)，每增加1m，附加率為2，但最大附加率不超過15。應(yīng)注意高度附加率應(yīng)加在基本耗熱量和其他附加耗熱量(進(jìn)行風(fēng)力、朝向、外門修正之后的耗熱量)的總和上。2.2.2 門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量 由于縫隙寬度不一，風(fēng)向、風(fēng)速和頻率不一，因此由門窗縫隙滲入

8、的冷空氣量很難難確計(jì)算。規(guī)范規(guī)定，對于六層以下的民用建筑以及生產(chǎn)輔助建筑物按下式計(jì)算門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量： (2-4)式中 -為加熱門窗縫隙滲入的冷空氣耗熱量，W； L-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(fēng)速，由表2-6查得； -門窗縫隙長度，m； -室外空氣密度，kg/m3； -空氣定壓比熱，1kJ/(kg·)； -冷風(fēng)滲透量的朝向修正系數(shù)，見表2-7。 空調(diào)建筑室內(nèi)通常保持正壓，因而在一般情況下，不計(jì)算門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量。對于有封窗習(xí)慣的地區(qū)，也可以不計(jì)算窗縫隙的冷風(fēng)滲入。2.3 夏季建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷夏季建筑圍護(hù)

9、結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷是指由于室內(nèi)外溫差和太陽輻射作用，通過建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量形成的冷負(fù)荷。2.3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)瞬變傳熱形成冷負(fù)荷的計(jì)算方法1外墻和屋面瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷 在日射和室外氣溫綜合作用下，外墻和屋面瞬變傳熱引起的逐時(shí)冷負(fù)荷可按下式計(jì)算： (2-5)式中 -外墻和屋面瞬變傳熱引起的逐時(shí)冷負(fù)荷，W； A-外墻和屋面的面積，m2； K-外墻和屋面的傳熱系數(shù)，W/(m2·)，可根據(jù)外墻和屋面的不同構(gòu)造，由附錄2-2和附錄2-3中查?。?tR-室內(nèi)計(jì)算溫度，； -外墻和屋面冷負(fù)荷計(jì)算溫度的逐時(shí)值，根據(jù)外墻和屋面的不同類型分別在附錄2-4和附錄2-5中查取。² 注意對的修

10、正。2.內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷 當(dāng)鄰室為通風(fēng)良好的非空調(diào)房間時(shí)，通過內(nèi)墻和樓板的溫差傳熱而產(chǎn)生的冷負(fù)荷可按公式(2-5)計(jì)算；當(dāng)鄰室有一定的發(fā)熱量時(shí)，通過空調(diào)房間隔墻、樓板、內(nèi)窗、內(nèi)門等內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差傳熱而產(chǎn)生的冷負(fù)荷，可視作穩(wěn)定傳熱，不隨時(shí)間而變化，可按下式計(jì)算： (2-8)式中 Ki-內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如內(nèi)墻、樓板等)的傳熱系數(shù)，W/(m2.)； Ai-內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2； -夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度，； -附加溫升，可按表2-10選取。3.外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷 (2-9)式中 -外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷，W； Kw-外玻璃窗傳熱系數(shù)，W/(m2.)，可由附錄2-7和附錄2-8中查

11、得； AW-窗口面積，m2； -外玻璃窗的冷負(fù)荷溫度的逐時(shí)值，可由附錄2-10中查得。² 注意對Kw，地點(diǎn)的修正td。2.3.2 透過玻璃窗的日射得熱引起的冷負(fù)荷 1日射得熱因數(shù) 采用3mm厚的普通平板玻璃作“標(biāo)準(zhǔn)玻璃”，在8.7W/(m2K)和18.6W/( m2K)條件下，得出夏季(以七月份為代表)通過這一“標(biāo)準(zhǔn)玻璃”的日射得熱量qt和qa值，令，稱為日射得熱因數(shù)。 2透過玻璃窗的日射得熱引起冷負(fù)荷 (2-13)式中 AW-窗口面積，m2； Ca-有效面積系數(shù)，由附錄2-15查得；Cs-窗玻璃的遮陽系數(shù)，由附錄2-13查得； Ci-窗內(nèi)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)，由附錄2-14查得； D

12、jmax最大日射得熱因數(shù)，由附錄2-12查得； CLQ-窗玻璃冷負(fù)荷系數(shù)，由附錄2-16至附錄2-19查得。² 注意：CLQ值按南北區(qū)的劃分而不同。南北區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)為：建筑地點(diǎn)在北緯27°30以南的地區(qū)為南區(qū)，以北的地區(qū)為北區(qū)。2.4 室內(nèi)熱源散熱引起的冷負(fù)荷 室內(nèi)熱源散熱主要指室內(nèi)工藝設(shè)備散熱、照明散熱和人體散熱三部分。室內(nèi)熱源散熱包括：顯熱和潛熱。2.4.1 設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷 (2-14)式中 -設(shè)備和用具顯熱形成的冷負(fù)荷，W； -設(shè)備和用具的實(shí)際顯熱散熱量，W； -設(shè)備和用具顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)，可由附錄2-20和附錄2-21中查得。如果空調(diào)系統(tǒng)不連續(xù)運(yùn)行時(shí)，則=1

13、.0。1.電動設(shè)備顯熱散熱量當(dāng)工藝設(shè)備及其電動機(jī)都放在室內(nèi)時(shí) (2-15)當(dāng)只有工藝設(shè)備在室內(nèi)，而電動機(jī)不在室內(nèi)時(shí) (2-16)當(dāng)工藝設(shè)備不在室內(nèi)，而只有電動機(jī)放在室內(nèi)時(shí)： (2-17)式中 N-電動設(shè)備的安裝功率，kW；-電動機(jī)效率；n1-利用系數(shù)；n2-電動機(jī)負(fù)荷系數(shù)；n3-同時(shí)使用系數(shù)。2.電熱設(shè)備散熱量對于無保溫密閉罩的電熱設(shè)備 (2-18)式中 n4-考慮排風(fēng)帶走熱量的系數(shù)，一般取0.5。3.電子設(shè)備散熱量計(jì)算公式同(2-16)，其中系數(shù)n2根據(jù)使用情況而定，對計(jì)算機(jī)可取1.0，一般儀表取O.5-0.9。2.4.2照明散熱形成的冷負(fù)荷當(dāng)電壓一定時(shí)，室內(nèi)照明散熱量不隨時(shí)間變化。 白熾燈

14、 (2-19)熒光燈 (2-20)式中 -燈具散熱形成的冷負(fù)荷，W； N-照明燈具所需功率，kW； n1-鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)； n2-燈罩隔熱系數(shù)； CLQ-照明散熱冷負(fù)荷系數(shù)，可由附錄2-22查得。2.4.3 人體散熱形成的冷負(fù)荷人體散熱與性別、年齡、衣著、勞動強(qiáng)度及周圍環(huán)境條件(溫、濕度等)等多種因素有關(guān)。某些空調(diào)建筑物內(nèi)的群集系數(shù) 表2-12工作場所影劇院百貨商店（售貨）旅店體育館圖書閱覽室工廠輕勞動銀行工廠重勞動群體系數(shù)08908909309209609910101.人體顯熱散熱引起的冷負(fù)荷 (2-21)式中 -人體顯熱散熱形成的冷負(fù)荷，W； -不同室溫和勞動性質(zhì)成年男子顯熱散熱量，W

15、，見表2-13； n-室內(nèi)全部人數(shù)； -群集系數(shù)，見表2-12； CLQ-人體顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)，由附錄2-23中查得。² 注意：對于人員密集的場所(如電影院、劇院、會堂等)，由于人體對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)物品的輻射換熱量相應(yīng)減少，可取CLQ1.0。2.人體潛熱散熱引起的冷負(fù)荷 (2-22)式中 -人體潛熱形成的冷負(fù)荷，W； -不同室溫和勞動性質(zhì)成年男子潛熱散熱量，W，見表2-13。2.5 濕 負(fù) 荷濕負(fù)荷是指空調(diào)房間的濕源(人體散濕、敞開水池(槽)表面散濕、地面積水等)向室內(nèi)的散濕量，也就是可維持室內(nèi)含濕量恒定需從房間除去的濕量。2.5.1 人體散濕量 (2-23)式中 -人體散濕量，k

16、g/s； -成年男子的小時(shí)散濕量，g/h，見表2-13；2.5.2 敞開水表面散濕量 (2-24)式中 -敞開水表面的散濕量，kg/s； -單位水面蒸發(fā)量，kg/(m2h)，見表2-14； A-蒸發(fā)表面面積，m2。注：制表?xiàng)l件為，水面風(fēng)速v0.3m/s；大氣壓力B101325Pa，當(dāng)所在地點(diǎn)大氣壓力為b時(shí)，表中所列數(shù)據(jù)應(yīng)乘以修正系數(shù)Bb。26 新 風(fēng) 負(fù) 荷室外新鮮空氣量是保障良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)鍵。因此，空調(diào)系統(tǒng)中引入室外新鮮空氣(簡稱新風(fēng))是必要的。1夏季室外空氣焓值和氣溫比室內(nèi)空氣焓值和氣溫要高，空調(diào)系統(tǒng)為處理新風(fēng)需消耗冷量。2冬季室外空氣氣溫比室內(nèi)空氣溫度低，室外空氣比室內(nèi)空氣含水量

17、少，空調(diào)系統(tǒng)為處理新風(fēng)需消耗熱量和加濕量。據(jù)調(diào)查，空調(diào)工程中處理新風(fēng)的能耗約占總能耗的25-30，對于高級賓館和辦公建筑可高達(dá)40。² 注意：空調(diào)系統(tǒng)中新風(fēng)量的大小要在滿足空氣品質(zhì)的前提下，應(yīng)盡量選用較小的必要的新風(fēng)量。否則，新風(fēng)量過多，將會增加空調(diào)制冷系統(tǒng)與設(shè)備的容量。3夏季空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷 （2-25）式中 -夏季新風(fēng)冷負(fù)荷，kW； -新風(fēng)量，kg/s； -室外空氣焓，kJ/kg； -室內(nèi)空氣焓，kJ/kg。4冬季空調(diào)新風(fēng)熱負(fù)荷 （2-26）式中 -空調(diào)新風(fēng)熱負(fù)荷，kW； -空氣的定壓比熱，kJ/(kg)，取1.005kJ/(kg)； -冬季空調(diào)室外空氣的計(jì)算溫度，； -冬季空調(diào)室

18、內(nèi)空氣計(jì)算溫度，。2.7 空調(diào)室內(nèi)的冷負(fù)荷與制冷系統(tǒng)的冷負(fù)荷圖2-1 建筑物空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)荷的組成框圖圖2-1給出建筑物空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)荷的組成框圖。圖中表示出建筑物空調(diào)室內(nèi)的冷負(fù)荷與制冷系統(tǒng)負(fù)荷的形成過程及組成。由圖看出：1得熱量和冷負(fù)荷是兩個(gè)概念不同而互相又有關(guān)聯(lián)的量房間得熱量-指某一時(shí)刻由室內(nèi)和室外熱源進(jìn)入房間的熱量總和。冷負(fù)荷-指維持室溫恒定，在某一時(shí)刻應(yīng)從室內(nèi)除去的熱量。瞬時(shí)得熱量中以對流方式傳遞的顯熱得熱和潛熱得熱部分，直接放散到房間空氣中，立刻構(gòu)成房間瞬時(shí)冷負(fù)荷；而以輻射方式傳遞的得熱量，首先被圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)物體所吸收并貯存于其中。當(dāng)這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)物體表面溫度高于室內(nèi)溫度后，所貯存的熱量再借助于對流方式逐時(shí)放出，給予室內(nèi)空氣而形成冷負(fù)荷。由此可見，任一時(shí)刻房間瞬時(shí)得熱量的總和未必等于同一時(shí)刻的瞬時(shí)冷負(fù)荷。只有得熱量中不存在以輻射方式傳遞的得熱量，或圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)物體沒有蓄熱能力的情況下，得熱量的數(shù)值才等于瞬時(shí)冷負(fù)荷。2室內(nèi)冷負(fù)荷由于室內(nèi)外溫差和太陽輻射作用，通過建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量形成的冷負(fù)荷； 人體散熱、散濕形成的冷負(fù)荷：燈光照明散熱形成的冷負(fù)荷；其他設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷?？照{(diào)室內(nèi)負(fù)荷是確定房間空調(diào)送風(fēng)處理過程和空調(diào)設(shè)備容量的依據(jù)之一。 3新風(fēng)冷負(fù)荷 對引入空調(diào)房間的新風(fēng)進(jìn)行處理的冷負(fù)荷。