冷负荷与湿负荷计算

第二章热负荷、冷负荷与湿负荷计算

1、冷负荷：为保证房间或物体低于周围环境温度所需供应的冷量，称为冷负荷。

2、热负荷：为保证房间或物体高于周围环境温度所需供应的热量，称为热负荷。

3、湿负荷：为了维持房间温度恒定需从房间除去湿量称为湿负荷。

4、正确确定冷热湿负荷的意义：负荷计算是暖通空调设计的依据，关系到环境指标保证设备畜量大小、方案确定，系统管道大小等。

5、冷、热、湿负荷计算依据：室外气象参数和室内需求保持的参数。§ 2-1 室内空气计算参数：

一室外空气计算参数：（1）室外空气计算参数：指在负荷计算中所采用的室外空气参数。

（2）确定室外空气计算参数：按现行的《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）中规定的计算参数，见附录2-1。

（3）我国确定室外空气计算参数的基本原则：按不保证天数法即全年允许有少数时间不保证室内温湿度标准，若必须全年保证时，参数需另行确定。

（4）室外空气计算参数的分类：

1 、夏季空调室外计算干、湿球温度确定原则：《规范》确定，夏季空调室外计算

干球取室外空气历年平均不保证50h的干球温度；湿球温度也同样。

历年平均：指1950〜1980三十年平均。用途：用于计算夏季新风冷负荷。

2、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度：

①空调因围护结构传热负荷计算原理：按不稳定传热过程计算，因此，须

知夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度

②逐时温度：t十t o.m砰汕

t —逐时温度°C

t o.m —夏季空调室外计算日平均温度，规范规定取历年平均不保证5天的日平均温度C,见附录2-1。

1 —室外空气温度逐时变化系数，按表2-1确定；

.-：td —夏季空调室外计算平均日较差，C 按附录2-1或下式计算

t°.s - t o.m

-t d

0-52 式中t o.s夏季空调室外计算干球温度

3、冬季空调室外空气计算温度、相对湿度

①冬季空调室外空气计算温度的用途：在冬季利用空调供暖时，计算围护

结构的热负荷和新风负荷均用此温度。

②确定原则：规范规定历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度。见附录2-1

③相对湿度：《规范》规定，采用历年一月份平均相对湿度的平均值作为冬季空调室外空气计算相对湿度。

4. 冬季采暖室外计算温度和冬季通风设计温度

①采暖室外计算温度的确定：《规范》规定取历年平均不保证5天的日平均温度。

②通风室外计算温度的确定：取累年最冷月平均温度。

③采暖室外计算温度的用途：用于计算建筑物围护结构的热负荷及消除有害物通风的进风热负荷（也即供暖系统设计热负荷），

④通风室外计算温度的用途：计算全面通风的进风热负荷。

5、夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度：

①通风室外计算温度的确定《规范》规定取历年最热月14时的月平均温度的平

均值。

②通风室外计算相对湿度的确定：取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值。

③温度及湿度用途：计算消除余热余湿的通风及自然通风进风需冷却时，进风冷负荷也采用。

二、室内空气计算参数

室内需空气计算参数选择考虑因素：1、房间使用功能对舒适性的要求。

主要因素是空气温度、湿度和气流速度，其次为衣着，空气新鲜程度，室内各表面的温度，人员活动情况等。

2、地区、冷热湿情况、经济条件和节能要求等因素。《规范》对舒适性空调采暖、室内计算参数如下：见P io下部具体见表2-2，表2-3

工艺性见参考文献〖4〗

§ 2-2 冬季建筑的热负荷

采暖设计热负荷的确定依据：按平衡原理，即

热负荷=失热量-得热量

民用建筑：失热量：围护结构耗热量、由门窗缝隙渗入冷空气外门开启侵入冷空气。

得热量：太阳辐射工业建筑：失热量：除上述民用建筑失热量项目，还有冷物料运输工具、水分蒸发。

得热量：设备散热，热物料

一、围护结构的耗热量

围护结构耗热量包含内容：①围护结构温差传热量。②缝隙渗入冷空气。

③外门开启侵入。④太阳辐射，上述代数和，分为基本耗热量和附加耗热量。

1、围护结构的基本耗热量按（2-3 ）式计算

Q j - A j K j （t R - t o.w）-：i

式中Q Q j —j部分围护结构的基本耗热量，W

A—j部分围护结构的基本传热面积，川

K j—j部分围护结构的基本传热系数W/川「C;

t R —冬季室内计算温度C；

10.—冬季室内计算温度°C;

：-—围护结构的温差修正系数，无量纲，见表2-4

①A j的确定a、外墙高度，本层地面到上层地面（中间层）。底层，由地面下表面到上层地面。顶层，平屋顶到屋顶外表面。

斜屋面：到门顶的保温层表面。

长：外表面到外表面，外表面到中心线，中心线到中心线。

b、门、窗按净空尺寸。

C、地面、屋顶面积，地面和门顶按内廓尺寸，平屋顶，按外廓。

d、地下室，位于室外地面以下的外墙，按地面

②K j的确定。

查有关手册:n =8.72 W/川・C : w =23.26 W/川・C

计算（多层匀质平壁）

Q wm

X wm Q j

心一

j1 n「 1 + Z i+

：n i」’i ?w

地面K j通常用地带划分法，第一地带K j=0.47W/川「C

第二地带K j=0.23 W/川

第三地带K j=0.12 W/川

第四地带K j=0.07 W/川

2、围护结构附加耗热量

①朝向修正耗热量

产生原因：太阳辐射对建筑物得失热量的影响，《规范》规定对不同朝向的垂直围护结构进行修正

修正方法：采用修正率，x ch，见教材，注意各地规定。Q c^X ch.Q j加减到基本耗热量上。

②风力附加耗热量，产生原因：风力增强。《规范》规定见教材，一般城

市中建筑物可不附加Q f =X f Q j

③外门开启附加

产生原因：加热开启外门侵入的冷空气。

方法：短时间开启，无热风幕，按表2-5

④高度附加

原因：高度过高，强度梯度X

方法：当净高起过4m时，每增加1米，附加率为2%最大不超过15%

高度附加是在基本耗热量和其他附加耗热量总和上。

通过某一围护结构传热量耗热量，可写成

Q = (1x .)二K j A j (t R「t ow )(1X ch X f X wm)

j 4

二、门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

1、产生原因：因风压与热质作用室外空气经门窗缝隙进入室内。

2、方法：《规范》规定，对六层以下的按缝隙法。

Q i =0.278LI「ao C p(t R -t ow)m (2-4)

Q i —加热渗入冷空气耗热量w

0.278 —单位换算系数1KJ/h=0.278w

L—经每m门窗缝隙渗入室内的冷空气量m/h.m

根据冬季室外平均风速.查表2-6

l—门窗可开启部分缝隙长度m

:鼻一室外空气密度kg/m3

Cp—空气压质量比热1Kj/kg. °C

冷风渗适量的朝向修正系数，见表2-7

注意:1、空调房间通常保护气压，不计算冷风渗透

2 、封窗，可不计算

3 、高层建筑有关手册

§ 2-3夏季建筑围护结构的冷负荷

1、冷负荷计算方法：冷负荷系数法，基础是传递函数法将围护结构或空调

房间连同空气视为热力系数将外扰或室内得热作为系统的输入，当计算某建筑物空调冷负荷时，按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热方法，便于手算。

2、冷负荷产生原因：室内外温差，太阳辐射，人体、照明、设备散热。

一、围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法：

1、外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷

逐时冷负荷按下式

Q c（）二AK（t c（）-t R）

2-5

Q c（.）—外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷w

A—外墙和屋面的面积川

K—外墙和屋面和传热系数，查附录2-2 , 2-3

t R -室内计算温度C

t c（厂外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，查附录2-4 , 2-5。

注：1）附录2-4 , 2-5给出的t c（）是以北京地区气象参数计算而得，对其他地区，应修正，成为l（）+t d d,可由附录2-6查得。

2）当〉工18.6 W/川「C时，应将（t c（）+t d）查表2-8中的修正值.

0=3.5+5.60

3）当二变化时,可不修正.:-一般取8.7.

4）表中吸收系数已建议采用「=0.90,但有把握保持外表面的中线色

时,表中数值可查表2-9所列吸收系数修正值K：、.

因此，外墙和屋面的冷负荷计算温度为t'c（.）二（t c（）- t d）k d k l

冷负荷计算式改为Q c（厂AK（t'c（.）-t R ）:

2、内围护结构冷负荷：

①产生原因：邻室为非空调房间，或有发热量。

②负荷计算：a、邻室为非空调房间，且通风良好，通过内墙与楼板传热冷负荷，可按式（2-5 ）计算。

b、当邻室有发热量时，可视作稳定传热，按下式

Q c（p = K i A l （t0.m * 凸t a —4）

K i ――内周护结构传热系数W/M、°c；

A――内周护结构面积m；

t0.m――夏季空调室外计算的平均温度C；

兀——附加温升，按表2-10选取。

3、外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷。

通过外玻璃窗冷负荷（因温差作用）

Q c（） = K w A w （t c（）「R）

Q c（）――外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷。

K w ――外窗传热系数w/m、°c

A w —窗口面积m；

t c（i） ------- 外窗冷负荷温度的逐时值，由附录2-10所得；

注：1）K w值要根据窗框情况不同修正，修正值C w查附录2-9 ；

2）如）要进行地占修正，修正值t d可查附录2-11。

因此，式（2-9）变为：

Q c（p —K w A w （t c（p +td —t R ）

二、通过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法。

（一）日射得热因数的概念。

1、日射得热的分类：两部分，通过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热q t和窗玻璃吸收太阳辐射后使入室内热量q。

2、影响因素，窗类型，遮阳设施，太阳入射角及太阳辐射强度。

3、对比计算方法：因素组合太多，无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强

度间的系数关系，于是采用一种对比计算方法，采用3mn厚玻璃（普通平板）作标准玻璃，在i =8.7w/ m2. O C和〉o=18.6w/ m2、°C条件下，得出夏季（七月份为代

表），通过这一“标准玻璃”的日射得出量q t和q值。

D j二5 7：. D j称为反射得热因数。

然后再缓慢散

经统计计算，得出适用于各地区（不同纬度）的D jmax ，由附录2-12查得。 在非标准玻璃情况下，不同窗类型和遮阳设施对得热影响可对 D jmax 加以 修正，乘窗玻璃的综合遮挡系数

C c.s - C c.s = Cs C i : C s -室玻璃的遮阳系数定义式为 实际玻璃的日射得热 C —

s 标准玻璃的日射得热

由附录2-13查得；

C i ――室内遮阳设施的遮阳系数，由附录 2-14查得。外遮阳不合格 （二）通过玻璃窗的反射得热引起的冷负荷的计算方法

冷负荷 Q c （i ）二 C a A w CsGD jmax5Q

式中Aw ——窗口面积m ；

Ca 有效面积系数，附录2-15查得；

C L Q ——窗玻璃冷负荷系数，无因次，附录 2-16至2-19查得。 注意：C L Q 分南北区，以北纬27° 30为界。 § 2-4室内热源散热引起的冷负荷。

1、 室内热源散热的构成：工艺设备散热，照明散热和人体散热。

2、 室内热源散热的类型：显热和潜热

显热：因温差造成，以对流形式散出的成为瞬时冷负荷。

以辐射形式散出的成为先被围护结构或家俱表面所吸收, 出，形成滞后冷负荷，要采用冷负荷系数。

潜热，因水分凝结放热，为瞬时冷负荷。 一、设备散热形成的冷负荷

按下式计算：Q c （厂Q S C LG

式中：Q c （厂设备和用户显热形成的冷负荷，

W Q s -设备和用具的实际显热散热量， W

C L—设备和用具的实际显热冷负荷系数，可由附录2-20、20-21查得，如果空调系统不连续运行，则G Q=1.0

设备和用具的实际显热散热量Q S的计算。

1、电动设备，当工艺设备和电动机都在室内时

Q S =1000nin2 n s N/

当工艺设备在室内，而电动机不在室内

Q S =1000nrn2 n s N

当工艺设备不在室内，而只有电动机在室内时

1 -

Q s =1000"门2门3 N

n

N――电动设备的安装功率KVy

――电动机效率，可由产品样本查，Y系列电动见表2-11。

n1――利用系数，电动最大实效功率与安装功率之比，一般取0.7-0.9。

n2——电机负荷系数，电机每小时平均实数耗功率与机器设计时最大实数功率之比，精密机床可取0.15-0.40，普通机床取0.5左右。

n3——同时使用系数，电机同时使用安装功率与总安装功率之比，一般取

0.5-0.8。

2、电热设备散热量

对无保温密闭罩，按下式计算

Q s=1000ni n?n3n 4N

n4----- 考虑排风带走热量的系数，一般取0.5，其他符号同前。

3、电子设备

计算公式同（2-17）其中n2根据使用情况而定，计算时取1.0 , 一般仪表取0.5-0.9 。

二、照明设备形成的冷负荷特点：电压一定时，室内照明散热量不随时间变化，是稳定散热量，但以对流与辐射两种方式散热，仍采用冷负荷系数。

白炽灯Q c（l）=1000N C LQ

黄火灯Q c（l）=1000n1n2NC LQ

式中：Q c（i）――灯具散热形成的冷负荷，W

N――灯具所需功率KVy

n i――镇流器消耗功率系数，明装黄火灯的镇流器在空调房间内时，取n i=1.2，当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时n i=1.0。

n2――灯罩隔热系数，当灯罩上部有孔，可利用自然通风散热于顶棚内时

n2=0.5-0.6 ，无通风孔n2=0.6-0.8 y

C LQ――照明散热冷负荷系数，可由附录2-22查得。

三、人体散热形成的冷负荷

1 、影响人体散热因系：性别、年龄、衣着、活动强度及周围环境条件（温、湿度等）。

2、特点：潜热量和对流热形成瞬时冷负荷，辐射形成滞后冷负荷，采用冷负荷系数进行计算。

3、计算基础：为设计计算方便，以成年男子散热量为计算基础，对不同功能建筑物中各类人员进行修正，引入群集系数，表2-12 给出数据。

4、人体显热散热引起的冷负荷计算式为

Q c()=q s n C LQ

(2-21 )式中：Q c（i）——人体显热散热形成的冷负荷，W

q s——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 ；

C LQ――冷负荷系数，由附录2-23查得。

注：人员密集的场所（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C LQ =1.0。

5、人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：

Q c Fw

Q c ------- 人体潜热形成的冷负荷，W

q ——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W见表2-13 ；

n,――同式（2-21 ）。

§ 2-5湿负荷

1、湿源：人体散湿，敝开水池（横）表面散湿，地面积水，洗涤洗浴，工艺过程等。

2、湿负荷，为维持室内确定的空气含湿量需去除的湿量。

一人体散湿量

人体散湿量按下式计算，mw =0.278n「g*1o"

式中mw ------- 人体散湿量kg/s.

…成年男子小时散湿量，g/h见表2-13。

n,「一一同式（2-21）

二敞开水表面散湿量

按下式mw =0.278wA*10虫

式中：mw --------- 敞开水表面的散湿量，kg/s ;

W单位水面蒸发量，kg/ m2h 见表2-14 ;

A——蒸发表面面积，m2。

§ 2-6新风负荷

1、通风换气的作用：保障良好的室内空气品质。

2、室外新鲜空气（简称新风）的处理：夏季：室外空气焓值和温度比室内空气高，消耗冷量，冬季：气温低，含湿量少，消耗热量和加湿量。

3、新风能量消耗比重，空调新风能耗约占总能耗25%-30%高级宾馆和办公建筑可高达40%毛能可观。

4、新风量确定原则：满足空气品质前提下，尽量选较小的必要新风量。按规范手册规定（或推荐）计算在§ 6-3和§8-2讲

5、夏季空调新风冷负荷按下式计算：

Q CD - M o （h o - h R ）

式中Q CD——夏季新风冷负荷KW

M o ------------- 新风量kg/s

h o ――室外空气焓值kj/kg

h R ――室内空气的焓值kj/kg

6、冬季空调新风热负荷按下式计算。

Q h.o = M o C p（t。7R）

式中Q h.o——空调新风热负荷kw

C P——空气定压比热kj/kg.R ,取1.005KJ/KG.°C

t o——冬季空调室外计算温度C t R——冬季空调室内计算温度C

§ 2-7 空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷

图2-1 给出空调制冷系统负荷的组成框图，表示出空调室内的冷负荷，与制冷系统负荷的形成及组成。

可看出：

1. 得热量与冷负荷是两个概念不同而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总和。冷负荷：维持室内温度恒定，在某一时刻应从房间除去的热量。差别所在：瞬间得热量中，以对流方式传递的显热，潜热直接放热给空气，构成瞬时冷负荷。

辐射方式传热量，是为围护结构和物体吸收并贮存，然后放出。

瞬时得热量工瞬时冷负荷只有当得热量中不存在辐射方式热量或结构和物体无蓄热能时才相等。

2、室内冷负荷：包括

①由于室内外温差和太阳辐射，通过围护结构使入室内的热量形成的冷负荷。

②人体散热，散温形成的冷负荷。

③灯光照明散热形成的冷负荷。

④其它设备散热形成的冷负荷。上述空调室内负荷是确定空调送风处理过程，系

统设定和设备密度的依据

之一。

3、新风冷负荷：处理新风的冷负荷。

4、制冷系统冷负荷：从热平衡角度分析，系统冷负荷包括：

①室内冷负荷；②新风冷负荷(以上两项是主要部分)：③制冷量输送过程传热；(冷损失)④输送设备(风机、泵)的机械能转变的得热量；⑤某些空调系统采用冷、热抵消

的调节手段(如再加热)；⑥其它进入空调系统的热量(顶棚回风，灯光热量带入回风系统。 )

系统冷量=房间冷负荷+新风负荷+冷损失+各系统需求冷量。

注意：在选择系统总装机冷量时，对各房间最大冷负荷逐时叠加以某时刻出现的最大冷负荷作为选择依据。

§ 2-8 计算举例

［例2-1］试计算西安某宾馆客房( 502 客房)夏季的空调计算负荷。

已知条件：(1)客房平面尺寸如图2-2 层高为3500mm

(2)屋顶：构造如图2-3，从上到下八层见教材查附录2-2 k=0.48w/

属于H型。

(3)两外墙：构造图2-4查附录2-3 k=1.50 w/ m弋属于H型。

(4)两外窗：双层金属窗3mm M普通玻璃，80液璃白色常，窗咼

2000mm；

( 5)内墙；邻室包括走廊，均与客房温度相同；

( 6)每间客房2 人，在房间总小时数为162 小时；

(7)室内压力稍咼于室外；

(8)室内照明：荧光灯明装200w,开灯时间16:00-24:00

(9)空调设计运行时间：24小时；

( 10)西安市室外气象条件见教材

( 11)客房计算系数：见教材

解：按本题条件分项计算

1、屋顶冷负荷：由附录2-5查出t c（）按式（2-7 ）算出逐时冷负荷列于表2-15 中。

2、两外墙冷负荷由附录2-4查得H型外墙仁（.）将逐时值及计算结果列入表

2-16 中，

3、外窗瞬时传热冷负荷。

根据：j = 8.7w/（m〔k）:-0 =15.82w/m1k

由附录2-8 查得K w=2.93w/m2.k

查附录2-9得K W的修正值

对金属框双层窗应本1.2修正系数，由附录2-10查出t c（）根据式（2-9）计算，结果列入表2-17。

4、透过玻璃窗日射得热引起冷负荷

由附录2-15查得双层钢窗有效面积系数Ca=0.75窗有效面积

Aw=5*0.75=3.75 讥

由附录2-13查得遮挡系数Cs=0.86附录2-14查得遮阳系数C =0.5综合遮

阳系数C c.s=0.86*0.5=0.43再由附录2-12中查得纬度40°时西向日射得热因数最大值D j.ma x=515w/川因西安北纬34度18属于北区由附录2-17查得北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值C LQ用公式（2-13）计算逐时日射得热列入表2-18。

5、人员散热引起冷负荷

宾馆住宿属极轻劳动，查表2-13当室温为26C时，每人散发的显热和潜热为60.5w 和73.3w，由表2-12查取群集系数=0.93,由附录2-23查得人体显热散热冷负荷系数通时时，按式（2-21）计算人体显热逐时冷负荷，列入表2-19 人体潜热引起冷负荷为潜热散热乘群集系数结果列表2-19

159.78 6.9* 4.2

-50.23

夏季新风负荷计算如下:

据已知条件，每个新风量为

30m 3/h 。人(8.33 m 2/h ),是焓湿图查得:

室内空气焓值为63.43kj/kg

傑=260C F =65%)

室外空气焓值为84.49kj/kg (t 。=30.5°C,t s =26.1°C) 6、客房照明散热形成的冷负荷

明装荧光灯，镇流器在室内，故镇流器消耗功率系数n i 取1.2灯罩隔热系 数n 2取1.0。

由附录2-22查得照明散热冷负荷系数，按公式(2-20)计算，结果列入 表 2-20。 注意：①室内正压，不需考虑室外空气渗透所引起的冷负荷。②邻室、走 廊同温，不需考虑卧室待热冷负荷。

将上述分项计算结果列入表 2-21，并逐时相加，得出客房最大冷负 荷出现在

17:00时，为1455.55W ，计算面积冷指标为:

负荷为公式：Q =ma ・(h 。-h n

) 30

= 1.2* * 2(84.49 -63.43) =0.4212kw =421.2w 3600 ［例2-2］试计算哈尔滨某三层办公楼-办公室(101办公室)冬季的采暖热负荷 已知条件： (1) 平面尺寸如图2-5层高为3200mm

(2) 外墙为内抹灰两砖外墙k=1.27w/m 2 °C

(3) 内墙为两面抹灰一砖内墙 k=1.72w/m 2 ° C

(4) 外窗为双层木窗，k=2.67w/m 2 °C 面积A w =2.77 m

外型尺寸为1.85*1.5m

(5) 哈市米暖室外计算温度为-26C,办公室为18C 冬季平均风

速为3.3m/s

（6）地面为不保温地面，k 值按地带决定。解：按本题条件：计算如下：

1、计算结果列入表2-22 中，包括基本耗热量和附加耗热量

2、冷风渗透耗热量计算：

由表2-6查得L=2.8m3/h.m, m=0.25 （教材有说）

按公式（2-4）计算Q2=

3、房间采暖热负荷Q=Q1+Q2