项目一：室内热水供暖工程施工
模块二：供暖系统设计热负荷计算
单元2 冷风渗透耗热量
1-2-2-1围护结构冷风渗透耗热量计算的方法
1.冷风渗透耗热量常用的计算方法
在风压和热压共同作用下室内、外产生了压力差，室外冷空气从门窗缝隙渗入室内，被加热后逸出，使这部分冷空气被加热到室温所消耗的热量称为冷风渗透耗热量。
计算冷风渗透耗热量时，应考虑建筑物的高低、内部通道状况、室内外温差、室外风向、风速和门窗种类、构造、朝向等影响，凡暴露于室外的可开启的门窗均应计算这部分耗热量。
计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法。
2.用缝隙法计算冷风渗透耗热量
缝隙法是计算不同朝向门窗缝隙长度及每米缝隙渗入的空气量，进而确定其耗热量的一种方法，是常用的较精确的一种方法。
多层和高层民用建筑渗入冷空气所消耗的热量Q2可按下式计算
Q2=0.28CpρwnL(tn–twn) (1-2-9)
式中 Q2——冷风渗透耗热量（W）；
Cp——冷空气的定压比热容，Cp=1kJ/(kg·℃);
ρwn——供暖室外计算温度下的空气密度（kg/m3）；
L——冷空气的渗入量（m3/h）；
0.28——单位换算系数，1kJ/h = 0.28W。
在工程设计中，多层（六层或六层以下）的建筑物计算冷空气的渗入量L时主要考虑风压的作用，忽略热压的影响。而超过六层的多层建筑和高层建筑（层数10层及10层以上的住宅
建筑，建筑高度超过24m的其他民用建筑）则应综合考虑风压和热压的共同影响。
3.计算冷空气的渗入量时，热压的作用
冬季建筑物的室内、外空气温度不同，室内、外空气间存在密度差，室外的冷空气从下部一些楼层的门窗缝隙渗入室内，通过建筑物内部的竖直贯通通道（如楼梯间、电梯井等）上升，从上部一些楼层的门窗缝隙排出，这种引起空气流动的压力称为热压。
热压主要是由于室外空气与竖直贯通通道内空气之间的密度差造成的。假设建筑物各层之间完全畅通，忽略流动时阻力的存在，建筑物内、外空气密度差和高度差作用下形成的理论热压差可按下式计算
pr=(hz–h)(ρw-ρn′) g (1-2-10)
式中 pr——理论热压差（Pa） ；
ρn′——形成热压的室内竖直贯通通道内空气的密度（kg/m3）；
h ——计算层门窗中心距室外地坪的高度（m）；
hz——房屋中和面距室外地坪的高度（m）；中和面是指室内、外压差为零的界面，通常在纯热压作用下，可以近似取为建筑物高度的一半，即hz= H（H为建筑物高度）；
g——重力加速度，g = 9.81m/s2。
从公式中可以看出，当门窗中心处于中和面以下时，热压差为正值，室外空气压力高于室内空气压力，冷空气由室外渗入室内；当门窗处于中和面以上时，室内空气压力高于室外空气压力，热空气由室内渗出室外。图1-2-6为热压作用原理图。
图1-2-6 热压作用原理图
1-楼梯间及竖井热压分布线 2-各层外窗热压分布线
上式计算的只是理论热压差pr。建筑物门窗缝隙两侧的实际有效热压差Δpr与建筑物门、窗、楼梯间、电梯井等的设置以及建筑物内部隔断和上下部通风等状况有关，也就是与空气从建筑物下部渗入，从上部渗出流通路径的阻力状况有关。
有效热压差Δpr可按下式计算
Δpr= Crpr=Cr (hz–h) (ρw-ρn′)g (1-2-11)
式中 Δpr—热压作用下，门窗缝隙两侧产生的实际有效作用压差，简称有效热压差（Pa）;
Cr—热压系数，表示在纯热压作用下，缝隙内外空气的理论热压差与有效热压差的比值。热压系数Cr的取值，当无法精确计算时，按表1-2-7采用。
表1-2-7 热 压 系 数Cr
内部隔断情况 | 开敞空间 | 有内门或房门 | 有前室门、楼梯间门或走廊两端设门 | ||
密闭性差 | 密闭性好 | 密闭性差 | 密闭性好 | ||
Cr | 1.0 | 1.0～0.8 | 0.8～0.6 | 0.6～0.4 | 0.4～0.2 |
3.计算冷空气的渗入量时，风压的作用
当风吹过建筑物时,空气从迎风面门窗缝隙渗入，被室内空气加热后，从背风面门窗缝隙渗出，冷空气的渗入量取决于门窗两侧的风压差，室外风速会随着高度的增加而增大，冷风渗透耗热量也会随之增加。
我国气象部门规定，风速观测的基准高度是10m，规范给出各城市气象参数中的冬季风速vo是对应基准高度ho=10m的数据。
考虑风速随高度的变化，任意高度h 处的室外风速 vh ，可用下式表示
vh = vo ()a′ (1-2-12)
式中 vh——高度 h 处风速（m/s）;
vo——基准高度冬季室外最多风向的平均风速（m/s） ；
a′——幂指数，与地面的粗糙度有关，可取 a′= 0.2。
式（1-2-12）又可写成
vh= vo ()0.2 =0.631 vo h0.2
门窗两侧产生的理论风压差就是空气具有恒定风速vh时的动压，即
pf =ρw vh2 (1-2-13)
式中 pf—理论风压差，（Pa）；
上式计算的只是理论风压差pf ，门、窗两侧的实际风压差Δpf还与空气从迎风面渗入，从背风面渗出，穿过该楼层流通途径的阻力分布状况有关，也就是与该层建筑物内部的隔断情况有关。
有效风压差Δpf可用下式计算
Δpf = Cf pf = Cf vh2 = Cf（0.631 vo h0.2）2 (1-2-14)
式中Δpf——风压作用下，门窗缝隙两侧产生的有效作用压差，简称有效风压差（Pa）；
Cf——风压差有效作用系数，简称风压差系数。表示在纯风压作用下，门窗缝隙内外空气的有效风压差与理论风压差的比值，当风垂直吹到墙面上，且建筑物内部气流流通阻力很小的情况下，风压差系数的最大值，可取Cf=0.7；当建筑物内部气流流通阻力很大时，风压差系数Cf值降低，约为哈尔滨供暖时间0.3～0.5。
计算门窗中心线标高为h时，风压单独作用下每米缝隙每小时渗入的空气量Lh可用下式计算
Lh =αΔpfb = α [Cf（0.631 h0.2vo）2]b =
α（vo2 ）b （0.6312 Cf h0.4 ）b (1-2-15)
设 Lo =α（vo2 ）b Ch=0.6312Cfh0.4≈0.3h0.4
则 Lh = Chb Lo (1-2-16)
式中 Lh——计算门窗中心线标高为h时，风压单独作用下，每米缝隙每小时渗入的空气量（m3/h·m ）；
Lo——在基准高度ho=10m，单纯风压作用下，不考虑朝向修正和建筑物内部隔断情况时，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量（m3/h·m）；
Ch——高度修正系数，计算门窗中心线标高为 h时单位渗透空气量，相对于ho=10m时基准渗透空气量Lo的高度修正系数（因为10m以下时，风速均为 vo，渗入的空气量均为 Lo，所以 h≤10m时应按h=10m计算Ch值）；
α——外门窗缝隙渗风系数[m3 /（m·h·Pab）]，当无实测数据时，可根据建筑外窗空气渗透性能分级的相关标准，按表1-2-8采用；
表1-2-8 外门窗缝隙渗风系数下限值α
建筑外窗空气渗透性能分级 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ |
α[ m3 /（m·h·Pab）] | 0.1 | 0.3 | 0.5 | 0.8 | 1.2 |
b——门窗缝隙渗风指数，b=0.56～0.78，当无实测数据时，可取b=0.67。
在风压单独作用下，计算建筑物各层不同朝向门窗单位缝长渗入量时，应考虑由于各地主导风向的作用，不同朝向门窗渗入的空气量是不相等的，应对式（1-2-16）中的 Lh值进行朝向修正。
Lh值表示在主导风向 n =1时，门窗中心线标高为h时单位缝长渗透的空气量。同一标高，其他朝向（n<1）门窗单位缝长渗透的空气量 Lh′应为
Lh′（n < 1） = nLh (1-2-17)
式中 n——单纯风压作用下，渗透空气量的朝向修正系数。
渗透空气量的朝向修正系数n是考虑门窗缝隙处于不同朝向时，由于室外风速、风温、风频的差异,造成不同朝向缝隙实际渗入的空气量不同而引入的修正系数，我国主要集中供暖城市的n值见附录8。
在工程设计中，多层（六层或六层以下）的建筑物计算冷空气的渗入量L时主要考虑风压的作用，忽略热压的影响，多层建筑任意朝向门窗冷空气的渗入量L可按下式计算
L=Lh′l =nChbLol （1-2-18）
式中 L——多层建筑任意朝向门窗冷空气的渗入量（m3/h）；
l——门窗缝隙长度（m），建筑物门窗缝隙长度按各朝向所有可开启的外门窗缝隙丈量。
将公式 （1-2-18）代入公式（1-2-9）中，可计算多层建筑冷风渗透耗热量Q。
4.计算超过六层的多层建筑和高层建筑的冷风渗透耗热量
计算超过六层的多层建筑和高层建筑（层数10层及10层以上的住宅建筑，建筑高度超过24m的其他民用建筑）门窗缝隙的实际渗透空气量时，应综合考虑风压与热压的共同作用。
任意朝向门窗由于风压与热压共同作用产生的冷空气渗入量L可按下式计算
L=mbLol (1-2-19)
式中 m——风压与热压共同作用下,考虑建筑体型、内部隔断和空气流通等因素后,不同朝向、不同高度的门窗冷风渗透压差综合修正系数，可按下式计算:
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