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采暖系统中,如何计算单位面积热负荷?如何进行负荷估算?
2022
21/02
11:28
《采暖技术速成宝典》
编辑:王然一
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2022年02月21日 11:28:00 · 王然一 · 来源:《采暖技术速成宝典》
  实际工作中,如何计算单位面积热负荷?
  
  如果你是暖通公司的一名设计人员或者销售人员,在估算热负荷时,经常会遇到一个尴尬的问题:业主无法提供可以参考的有效信息,你能得到的仅仅是各个房间的面积和户型图。
  
  1.在设计方案时,你并不知道房屋的保温性能;
  
  2.也不知道邻居家是否采暖;
  
  3.热源是集中供暖时,你往往也不知道业主家的供水温度和流量;
  
  4.更不用说窗户的传热系数;
  
  5.也不用说冷风渗透量和侵入量。
  
  你根本没有条件做详细的负荷计算,即使你有这个能力。因此估算热负荷就成了我们经常使用的一种方法。不过估算时也要有一定的理论依据和实践支撑,否则当估算值和实际需求的热量相差甚远时,要么室温上不去业主不满意,要么初投资太高业主不买账。
  
  进行详细的负荷计算才是正规军?估算就是野路子?
  
  如果一个小区采用集中供暖,设计院在设计换热站、传输系统和末端时,进行详细的负荷计算是很有必要的。
  
  但在舒适家居行业里,详细的计算并不适合。比如:当业主家的集中供暖已经入户,只需要暖通公司进行室内方案设计或者业主家采用独立采暖,需要暖通公司进行整套方案的设计时,估算比详细的计算来得更实在一些。
  
  为什么设计院和暖通公司的计算方法会有差异?
  
  前者属于开发商配套的集体行为,后者属于业主的个人行为。
  
  集体行为中,设计者把全体业主对采暖的需求视为是一样的,按照相应的规范和当地的标准去设计系统。如果选型偏小,投入使用时室温不达标,必然会面临大量的业主投诉和承担相应的责任。
  
  如果选型偏大初投资升高,设计人员面临的将会是改图改方案。同时如果选型偏大,系统运行时业主家室温普遍超高,这就代表消耗了更多的热量,进一步代表系统运行成本升高。在按平方收费的地区,采暖季收取的取暖费是相对固定的,成本升高就意味着利润变低甚至赔钱。
  
  假如我是这名设计人员,通常都不会选型过小,因为从职业操守、职业发展的角度不允许我这样做,毕竟谁也不愿看到自己负责的项目做砸了。我也不会为了保证效果把配置放得很大,因为不管是从初投资还是后期运行成本的角度来看,我的金主爸爸都不会买账!他们需求的是较低的初投资+较高的运行收益;我的金主爸爸不是买房的业主、不是使用者,不会要求我把室温做得很高。我做的设计,只要符合规范和标准里的要求就可以了,所以原谅我不能满足一部分业主个性化的需求。
  
  如果业主需要暖通公司来设计方案,假如我是这家暖通公司的设计人员,我会怎么做呢?
  
  1.我面对的是业主个性化的需求,有人喜欢18℃,有人喜欢28℃,很多业主只有在系统投入使用后才发现自己喜欢更高的温度;
  
  2.选型一定不能小,因为效果不好时,业主会来兴师问罪;
  
  3.选型尽可能大一些,除非业主不愿意花钱;采暖季房间太热时业主会说这家暖通公司真厉害,热得我都睡不着;
  
  4.业主不认标准和规范,他们要的是自己觉得舒适;
  
  5.我的金主爸爸就是这套系统的使用者和拥有者。
  
  如果业主家是热计量收费的集中供暖或独立采暖,选型过大会导致室温太高、能耗偏高。那也没问题,调试时把流量调小或者把水温调低就可以了,如果觉得手动调节太麻烦,那就加一些控制室温的产品就行了。
  
  如果我是暖通公司的设计人员,我在做方案时进行了详细的负荷计算,是不是在采暖季就不需要进行流量和水温的调节了?如果是的话,那说明详细的负荷计算还是比估算好用。
  
  并非如此!系统运行时,房间需要的热量一直是在变化的;主要原因在于室外温度每天都不同,同一天中的温度也会有十几度的波动。在整个采暖季里,暖和的时候室外可能有10℃、15℃;冷的时候可能有-5℃、-15℃。即便你按照当地的室外计算温度做了详细的负荷计算,最后得出单位面积的热负荷是34W,但在采暖季的大部分时间里,室外温度都要高于计算温度,房间根本不需要这么多热量;反之当室外温度低于计算温度时,房间需要的热量比34W要多。所以如果想让室温恒定,还是需要进行流量或水温调节的。
  
  如何进行负荷估算?
  
  某户型位于郑州,建筑面积150㎡,假设实际采暖面积90㎡,建筑节能50%,没有集中供暖,业主要求室温20℃,单位面积的热负荷大约是多少?
  
  从设计指标中,我们得到的结论是65%节能型建筑按照采暖面积计算,设计热负荷指标大约是56.8W/㎡;下面就要根据我们掌握到的不多的一些信息进行负荷修正了。
  
  1.围护结构附加值
  
  与65%节能型建筑相比,该户型本身需要的热量增加20%,所以单位面积热负荷需要放大20%。围护结构附加值为:Q1=56.8×0.2=11.4W。
  
  2.室内外温差附加值
  
  业主要求室温20℃,比前者高出2℃,每高出1℃需要增加的热量是多少呢?这跟建筑物的保温性能有关,保温越差,增加的值越大。
  
  有一个公式可以让我们看到散热量与室内外温差的关系:
  
  Q=KF(tn-tw)α
  
  其中Q是房间某一面围护物的散热量(房间6个面中的一个)。
  
  K是围护物的传热系数,F是围护结构的散热面积,tn是室内设计温度,tw是室外计算温度,α是温差修正系数;其中K和α我们并不知道。
  
  我们先以郑州符合65%节能建筑的户型为例,计算散热量和室内外温差的关系。假设建筑面积150㎡,实际采暖面积90㎡,郑州冬季室外计算温度-3.8℃,室内设计温度18℃,设计热负荷指标约为34W/㎡,我们把该户型围护结构的6个面视为一个整体,其总面积按330㎡计算。
  
  该户型需要的总热负荷为34×150=5100W
  
  5100=K·α·330·(18+3.8)
  
  这样我们就可以得出一个估算的平均值:K·α=0.709。有了这个值,我们就可以计算出室温每升高1℃,能耗增加的比例了。
  
  当室内计算温度为19℃时,该户型需要的总热量为:
  
  Q=0.709×330×(19+3.8)=5334.5W
  
  此时室内设计温度升高1℃,单位面积热负荷增加的比例为:(5334.5-5100)/5100≈4.6 %
  
  最简单的理解方式是:当室内外的温差是21.8℃时,房间消耗了100份热量,则平均每一度温差消耗的热量为:100/21.8≈4.6份。
  
  同一个地区,室内外温差附加值增加的比例与房屋的保温无关
  
  还以郑州为例,假如该建筑物为50%节能型建筑,建筑面积设计热负荷指标由34W增加20%,变为40.8W。
  
  该户型需要的总热量为:40.8×150=6120W
  
  则:6120=K·α·330·(18+3.8)
  
  k·α=0.851
  
  当室内计算温度为19℃时,该户型需要的总热量为:
  
  Q=0.851×330×(19+3.8)=6402.9W
  
  此时室内设计温度升高1℃,单位面积热负荷增加的比例为:
  
  (6402.9-6120)/6120≈4.6 %
  
  不同地区,室内外温差附加值增加的比例有所不同,原因在于室内外计算温差的基数差异较大
  
  假设上述户型所在地采暖季室外计算温度为-10℃,室内设计温度18℃,建筑节能仍为65%。需要强调的的是:即使在比郑州更冷一些的地区,只要建筑物符合节能标准,则其设计热负荷指标基本相同,原因在于越冷的地方房屋保温性能越好,我们仍取34W/㎡。
  
  则:该户型需要的总热负荷为34×150=5100W
  
  5100=K·α·330·(18+10)
  
  K·α=0.552
  
  当室内计算温度为19℃时,该户型需要的总热量为:
  
  Q=0.552×330×(19+10)=5282.6W
  
  此时室内设计温度升高1℃,单位面积热负荷增加的比例为:
  
  (5282.6-5100)/5100≈3.6 %
  
  假设上述户型所在地采暖季室外计算温度为5℃,室内设计温度18℃,建筑节能仍为65%,设计热负荷指标仍取34W/㎡。
  
  该户型需要的总热负荷为34×150=5100W
  
  5100=K·α·330·(18-5)
  
  K·α=1.189
  
  当室内计算温度为19℃时,该户型需要的总热量为:
  
  Q=1.189×330×(19-5)=5493.2W
  
  此时室内设计温度升高1℃,单位面积热负荷增加的比例为:
  
  (5493.2-5100)/5100≈7.7 %
  
  在本章的计算中,我们姑且按照5%的比例计算
  
  当业主对室温的需求从18℃提高到20℃时,单位面积平均热负荷增加的比例约为10%,即Q2=(56.8+11.4)×0.1=6.82W。
 

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关键词: 采暖
 
 

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