第二节 围护结构的基本耗热量
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的。
实际上，室内散热设备散热为不稳定传热过程。不稳定传热计算较复杂，对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法也能基本满足要求。
一、围护结构的基本耗热量
1.概念
围护结构的基本耗热量是指在设计条件下，经过房间各部分围护结构从室内传到室外的稳定传热量的总和。
2.计算方法
围护结构的基本耗热量，可以按以下公式计算：
式中：q'为围护结构的基本耗热量，W；K为围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；F为围护结构的传热面积，m2；tn为供暖室内计算温度，℃；
为供暖室外计算温度，℃；α为温差修正系数。
式（2-5）适用于每部分外围护结构的计算，各参数取值不同。整个建筑物或房间的
等于它的各部分围护结构q'的总和，即
二、供暖室内计算温度tn的确定
1.测定温度范围
室内计算温度是指距地面2m以内人们活动区域的空气平均温度。对于一般民用建筑可以用其房间无冷热源影响的几何中心处的温度代表。
2.确定原则
室内空气温度的选定，应该满足人们生活和生产工艺的要求。
3.确定方法
室内空气温度的选定与人们的生活习惯、生活水平、舒适性环境要求、生产工艺要求及其劳动强度和经济政策等因素有关。
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）规定：
（1）设计供暖时，民用建筑冬季室内计算温度应按下列规定采用：①寒冷地区和严寒地区主要房间应采用18～24℃；②夏热冬冷地区主要房间冬宜采用16～22℃；③设置值班供暖房间不应该低于5℃；辅助建筑物及辅助用室，见附表2-1。
生产厂房的工作地点的温度与作业强度有关：轻作业宜采用18～21℃，中作业16～18℃，重作业14～16℃，过重作业12～14℃。
针对层高度较高的生产厂房的温度分布特点，应按下列规定采用：①计算地面耗热量时，应采用工作地点的温度tg；②计算屋顶、天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度td；③计算门、窗和墙体耗热量时，应采用室内平均温度tpj，即
屋顶下的温度受诸多因素影响，如车间性质、供暖方式、散热设备布置等，难以用理论方法确定。可以有两种方法确定：一是按照已有的类似厂房进行实测；二是按经验数值，用温度梯度法确定，即
式中：H为屋顶距地面的高度，m；Δt为温度梯度，℃/m，主要与车间的散热强度及采暖方式有关，一般为0.3～1.5℃/m。对散热量小于23W/m2的生产厂房，Δt不能确定时，用工作地点的温度计算围护结构基本耗热量，但应进行高度附加来增大计算耗热量。
三、供暖室外计算温度
的确定
室外空气计算参数是负荷计算的重要基础数据，
的确定对供暖系统设计有很关键性的影响。目前国内外选定供暖室外计算温度的方法可以归纳为两类：一类是根据围护结构的热惰性原理；另一类是根据不保证天数的原则来确定。
1.根据围护结构的热惰性原理确定方法
围护结构的热惰性原理是苏联建筑法规规定给城市供暖室外计算温度的方法。它规定供暖室外计算温度应按50年中最冷的8个冬季里最冷的连续5天的日平均温度的平均温度值确定。
2.根据不保证天数的原则确定方法
不保证天数的原则是：人为允许有几天时间室外温度可以低于规定的供暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值。
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）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。”
四、温差修正系数α值
在计算直接与大气接触的围护结构的基本耗热量时，用q'=KF（tn-
）；但对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔着不供暖房间或空间的场合，如图2-1所示。
图2-1 计算温差修正系数的示意图
此时，通过该围护结构的传热量应该为
q'=KF（tn-th）
式中：th为传热达到平衡时，非供暖房间或空间的温度，th可通过热平衡确定。
为了计算方便，在计算与室外空气非直接接触的围护结构基本耗热量时，为了统一计算公式，工程中用（tn-
）α代替（tn-th）进行计算。
式中：α为围护结构温差修正系数。
围护结构温差修正系数α值的取值与非供暖房间或空间围护结构的特征有关。根据经验得出的各种不同情况的α值见附表2-2。
五、围护结构的传热系数K值
1.匀质多层材料（平壁）的传热系数K值
所谓平壁结构，是指其长、宽尺寸远远大于厚度尺寸的结构，比如建筑物的外墙、屋面可视为平壁结构。
建筑物外墙的传热分为三个过程，如图2-2所示，其中，tn为室内温度，tw为室外温度，Q为通过围护结构的传热量，τn为室内壁面温度，τw为室外壁面温度。
图2-2 通过围护结构的传热过程
（1）墙体内表面吸收热量过程：由于温差的存在，以自然对流和辐射换热方式，从室内空气及其他物体吸收热量。
（2）墙体传导热量过程：冬季墙体内表面温度比墙体外表面温度高，热量由墙体内表面传导至墙体外表面。
（3）墙体外表面放出热量过程：由于风力作用，主要以强迫对流换热方式，向室外空气及其他物体放出热量；辐射换热所占比例较小。
根据GB 50736—2012规定，围护结构的传热系数应按下式计算：
式中：K为围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；R0为围护结构的传热阻；αn、αw分别为围护结构内、外表面的换热系数，W/（m2·℃），与其表面特征有关，工程计算中采用的换热系数分别列于表2-1和表2-2；Rn、Rw分别为围护结构内、外表面的传热阻，（m2·℃）/W，工程计算中采用的传热阻值分别列于表2-1和表2-2；δi为各层围护结构的厚度，m；λi为围护结构各层材料的导热系数，W/（m2·℃），常见建筑材料的导热系数，参见附表2-3，与温度、材料含湿率、密度、热流方向等有关；αλ为材料导热系数修正系数；Ri为围护结构各材料层的热阻值，（m2·℃）/W；Rk为封闭空气间层的热阻，（m2·℃）/W，按规范GB 50736—2012的表5.1.8-4中采用。
常用围护结构传热系数K见附表2-4。
表2-1 内表面换热系数αn与热阻Rn
注：表中h为肋高（m）；s为肋间净距（m）。
表2-2 外表面换热系数αw与热阻Rw
2.两向非匀质围护结构的传热系数K值
传统的实心砖墙传热系数值较高，这种墙体是由两种以上材料组成的非匀质围护结构，无论是在垂直于热流方向，还是在平行于热流方向，其材料都是不同的，如图2-3所示，其中λ1、λ2为围护结构不同材料导热系数；δ为围护结构厚度；d1、d2为围护结构不同材料对应的厚度；a1、a2为围护结构不同材料对应的宽度。
其传热属于两维传热过程，计算它的传热系数时，通常用近似计算方法或实验数据。下面介绍中国建筑科学研究院物理所推荐的一种方法。
首先计算围护结构的平均传热阻，按下式计算：
图2-3 非匀质围护结构的传热系数计算示意图
式中：Rpj为平均传热阻，垂直于热流方向的总传热面积，m2；Ai为按平行热流方向划分的与热流方向垂直的各个传热面积，m2；Roi为各个传热面积的总传热阻，（m2·℃）/W；Rn、Rw为分别为围护结构内、外表面的传热阻，（m2·℃）/W；φ为平均传热阻修正系数，按表2-3取值。
表2-3 修正系数φ值
注：1.当围护结构由两种材料组成，λ2应取较小值，λ1为较大值，φ值由比值λ2/λ1确定。
2.当围护结构由三种材料组成，φ值应由比值
确定。
3.当围护结构中存在圆孔时，应先将圆孔折算成同面积的方孔，然后再进行计算。
然后计算两向非匀质围护结构的传热系数，按下式计算：
3.空气间层传热系数K值
空气间层常应用在寒冷及严寒地区建筑物中。常用的形式有多孔黏土砖、双层及三层玻璃、双层窗、空心墙、复合墙体、空心屋面板的空气间层等。
（1）空气间层传热作用原理。间层中的空气导热系数比组成围护结构的其他材料的导热系数小，增加了围护结构传热阻。
（2）空气间层热阻值的确定。空气间层对流换热强度与间层的厚度、间层传热方向、间层设置的形状以及密封性等因素有关。
空气间层热阻值难以用理论公式确定，在工程设计中，可按表2-4确定。
表2-4 空气间层热阻R' 单位：（m2·℃）/W
4.地面的传热系数
所谓地面热阻是指建筑基础持力层以上各层材料的热阻之和。
材料保温性能的好坏由其导热系数的大小决定的，导热系数越小，保温性能越好。通常将导热系数不大于1.16的材料称为保温材料。
（1）贴土非保温地面（组成地面的各层材料导热系数都大于1.16W/（m·℃）。贴土非保温地面传热系数不能由匀质多层材料结构传热系数计算公式计算得出。其传热系数的确定方法有地带法和平均值法两种。
1）地带法。在冬季，室内热量通过靠近外墙地面传到室外的路程较短，热阻较小；而通过远离外墙地面传到室外的路径较长，热阻增大；因此，室内地面的传热系数随着离外墙的远近而有变化，但在离外墙约8m以内的地面，传热量随距离变化基本不变，可以认为是常数。
根据以上情况，工程设计采用近似方法计算地面传热系数：沿着与外墙平行的方向，每2m划分为一个地带，最多划分4个地带，如图2-4所示。
图2-4 地面传热地带的划分
每个地带的传热系数及热阻值不同，见表2-5。第一地带相交的4m2面积计算两次（图2-4的阴影部分，属于三维传热）。
表2-5 非保温地面的传热系数和热阻
2）平均值法。工程计算中，也有采用对整个建筑物或房间地面以平均传热系数进行计算的简易方法，可详见相关设计手册。
一面外墙：根据房间近深直接查设计手册得到平均传热系数。
二面外墙：根据房间开间和近深直接查设计手册得到平均传热系数。
三面外墙：划分为二个拐角房间，开间和近深直接查设计手册得到平均传热系数。
四面外墙：划分为四个拐角房间，开间和近深直接查设计手册得到平均传热系数。
（2）贴土保温地面[有导热系数小于1.16W/（m·℃）的保温层]。贴土保温地面热阻值在相应非保温地面热阻值基础之上，增加保温材料的热阻值。
式中：
为相应地带贴土保温地面的热阻值，（m2·℃）/W；R0为相应非保温地面热阻值，（m2·℃）/W；δi为保温层的厚度，m；λi为各保温层材料的导热系数，W/（m·℃）。
（3）铺设在地垄墙上的保温地面（带龙骨的架空木地板）。铺设在地垄墙上的保温地面各地带的换热阻值可按下式计算：
式中：R'0为相应地带贴土保温地面的热阻值，（m2·℃）/W。
六、围护结构传热面积的丈量
不同围护结构传热面积的丈量按图2-5所示的规定计算。
图2-5 围护结构传热面积的尺寸丈量规则
（对平屋顶、顶棚面积按建筑物外轮廓尺寸计算）
（1）门、窗的面积：按外墙面上的净空尺寸计算。
（2）外墙面积的丈量：高度从本层地面算到上层的地面（底层、顶层除外）；对平屋顶的建筑物，最顶层的丈量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；平面尺寸外墙应按建筑物外廓尺寸计算，两相邻房间以内墙中线为分界线。
（3）地下室面积的丈量：位于室外地面以下的外墙，其耗热量计算方法与地面的计算相同，但传热地带的划分，应从室外地面相平的墙面算起，即是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，如图2-6所示。
图2-6 地下室面积的丈量