整理1集中供热系统的热负荷.docx

1、整理1集中供热系统的热负荷一 集中供热系统的热负荷第一节 集中供热系统热负荷的概算和特征 集中供热系统的热用户有供暖，通风，热水供应，空气调节、生产工艺等用热系统。这些用热系统热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的最重要依据。 上述用热系统的热负荷，按其性质可分为两大类： 1季节性热负荷 供暖、通风、空气调节系统的热负荷是季节性热负荷。季节性热负荷的特点是：它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射热等气候条件密切相关，其中对它的大小起决定性作用的是室外温度，因而在全年中有很大的变化。 2常年性热负荷 生活用热(主要指热水供应)和生产工艺系统用热属于常年性热负荷。常年性热负荷的特点是：与气候条件

2、关系不大，而且，它的用热状况在全日中变化较大。 生产工艺系统的用热量直接取决于生产状况，热水供应系统的用热量与生活水平，生活习惯以及居民成分等有关。 对集中供热系统进行规划或初步设计时，往往尚未进行各类建筑物的具体设计工作，不可能提供较准确的建筑物热负荷的资料。因此，通常是采用概算指标法来确定各类热用户的热负荷。 一、供暖设计热负荷 供暖热负荷是城市集中供热系统中最主要的热负荷。它的设计热负荷占全部设计热负荷的80%90%以上(不包括生产工艺用热)。供暖设计热负荷的概算，可采用体积热指标法或面积热指标法等进行计算。 1体积热指标法，建筑物的供暖设计热负荷，可按下式进行概算 Qn=qr Vw (

3、tn-twn) 10-3 kW (6-1)式中 Qn建筑物的供暖设计热负荷，kW； Vw 建筑物的外围体积，m3； tn 供暖室内计算温度，； tw供暖室外计算温度，； qr 建筑物的供暖体积热指标，Wm3.，它表示各类建筑物，在室内外温差1时，每1m3建筑物外围体积的供暖热负荷。 根据第一章供暖系统的设计热负荷所阐述的基本原理可见，供暖体积热指标qr的大小，主要与建筑物的围护结构及外形有关。建筑物围护结构传热系数越大，采光率越大，外部建筑体积越小、或建筑物的长宽比越大，单位体积的热损失，亦即qr值也越大。因此，从建筑物的围护结构及其外形方面考虑降低qr值的种种措施，是建筑节能的主要途径，也是

4、降低集中供热系统的供热设计热负荷的主要途径。 各类建筑物的供暖体积热指标qr，可通过对许多建筑物进行理论计算或对许多实测数据进行统计归纳整理得出，可见有关设计手册或当地设计单位历年积累的资料数据。 2面积热指标法，建筑物的供暖设计热负荷，也可按下式进行概算： Qn=qfFl0-3 kW (6-2)式中 Qn建筑物的供暖设计热负荷，kW； F 建筑物的建筑面积，m2； gf 建筑物供暖面积热指标，Wm2；它表示每1m2建筑面积的供暖设计热负荷。 应该说明：建筑物的供暖热负荷，主要取决于通过垂直围护结构(墙，门，窗等)向外传递热量，它与建筑物平面尺寸和层高有关，因而不是直接取决于建筑平面面积。用供

5、暖体积热指标表征建筑物供暖热负荷的大小，物理概念清楚，但采用供暖面积热指标法，比体积热指标更易于概算，所以近年来在城市集中供热系统规划设计中，国外，国内也多采用供暖面积热指标法进行概算。 在总结我国许多单位进行建筑物供暖热负荷的理论计算和实测数据工作的基础上，我国城市热力网设计规范给出的供暖面积热指标的推荐值，见附录6-1。 3城市规划指标法 对一个城市新区供热规划设计，各类型的建筑面积尚未具体落实时，可用城市规划指标来估算整个新区的供暖设计热负荷。 根据城市规划指标，首先确定该区的居住人数，然后根据街区规划的人均建筑面积，街区住宅与公共建筑的建筑比例指标，来估算该街区的综合供暖热指标值。 附

6、录6-1给出热网规范推荐的居住区综合供暖面积热指标值为6067Wm2。此数据是根据北京许多居住街区的规划资料，按居住区公共建筑占居住区总建筑面积的14%和公共建筑的平均供暖热指标为住宅的1.3倍条件估算的。当然，各个地区和街区建设具体情况不同，综合热指标值会有不小差别。利用城市规划指标确定供热规划热负荷的方法，目前在我国应用不多，有待进一步整理和总结这方面的资料。 二、通风设计热负荷 为了保证室内空气具有一定的清洁度及温湿度等要求，就要求对生产厂房、公共建筑及居住建筑进行通风或空气调节。在供暖季节中，加热从室外进入的新鲜空气所耗的热量，称为通风热负荷。通风热负荷也是季节性热负荷，但由于通风系统

7、的使用和各班次工作情况不同，一般公共建筑和工业厂房的通风热负荷，在一昼夜间波动也较大。 建筑物的通风设计热负荷，可采用通风体积热指标或百分数法进行概算。 1、通风体积热指标法 可按下式计算通风设计热负荷， Qt=qtVw(tn-twt)10-3 kW (6-3)式中 Qt 建筑物的通风设计热负荷，kW; Vw 建筑物的外围体积，m3； tn 供暖室内计算温度，； twt通风室外计算温度， qt通风的体积热指标，Wm3.，它表示建筑物在室内外温差1时，每1 m3建筑物外围体积的通风热负荷。 通风体积热指标qt值，取决于建筑物的性质和外围体积。工业厂房的供暖体积热指标qr和通风体积热指标qt值，可

8、参考有关设计手册选用。对于一般的民用建筑，室外空气无组织地从门窗等缝隙进入，预热这些空气到室温所需的渗透和侵入耗热量，已计入供暖设计热负荷中，不必另行计算。 2百分数法 对有通风空调的民用建筑(如旅馆，体育馆等)，通风设计热负荷可按该建筑物的供暖没计热负荷的百分数进行概算，即 Qt=KtQn kW (6-4)式中 Kt 计算建筑物通风，空调新风加热热负荷的系数，般取0.30.5。 其它符号同前。 三，生活用热的设计热负荷 1热水供应用热 热水供应热负荷为日常生活中用于洗脸，洗澡，洗衣服以及洗刷器皿等所消耗的热量。热水供应的热负荷取决于热水用量。住宅建筑的热水用量，取决于住宅内卫生设备的完善程度

9、和人们的生活习惯。公用建筑(如浴池，食堂、医院等)和工厂的热水用量，还与其生产性质和工作制度有关。 热水供应系统的工作特点是热水用量具有昼夜的周期性。每天的热水用量变化不大，但小时热水用量变化较大。图6-1所示为一个居住区的典型日的小时热水用热变化示意图。因此，通常首先根据用热水的单位数(如人数，每人次数，床位数等)和相应的热水用水量标准，先确定全天的热水用量和耗热量，然后再进一步计算热水供应系统的设计小时热负荷。 供暖期的热水供应平均小时热负荷可按下式计算： KW (6-5) 式中 Qr.p 供暖期的热水供应平均小时热负荷，kW; m 用热水单位数(住宅为人数，公共建筑为每日人次数，床位数等

10、); v 每个用热水单位每天的热水用量，Ld，可按室内给水排水和热水供应设计规范的标准选用(见附录6-2)； tb 生活热水温度，按热水用量标准中规定的温度取用，一般为6065; t1 冷水计算温度，取最低月平均水温，; 如无资料时，可按上述规范的数值计算。 T 每天供水小时数，hd，对住宅、旅馆，医院等，一般取24h。 c 水的热容量，c=4.1868kJkg； 水的密度，按=1000kgm3计算； 0.001163公式化简和单位换算后的数值，(0.001163=4.186810336001000)。 对计算城市居住区热水供应的平均热负荷时，热网规范在总结北京城市集中供热资料的基础上，给出了

11、一个估算公式： Qrp=qrF10-3 kW (6-6)式中 Qrp居住区供暖期的热水供应平均热负荷，kW； F 居住区的总建筑面积，m2； gr 居住区热水供应的热指标，Wm2，当无实际统计资料时，可按附录6-3取用。 建筑物或居住区的热水供应最大热负荷取决于该建筑物或居住区的每天使用热水的规律，最大热水用量(热负荷)与平均热水用量(热负荷)的比值称为小时变化系数。 如图6-1中，纵坐标OA表示最大值Qr.max。在一天，n=24 内的总热水用热量，等于曲线所包围的面积。将全天总用热量除以每天供水时数T小时，即为平均热负荷Qr.p。 kr=Qr.maxQr.p (6-7) 或 Qr.max=

12、kQr.p kW (6-8)式中 kr 小时变化系数，根据用水单位数，按室内给水排水和热水供应设计规范选用，见附录6-4。 建筑物或居住区的用水单位数越多，全天中的最大小时用水量(用热量)越接近于全天的平均小时用水量(用热量)，小时变化系数kr，值越接近1。对全日使用热水的用户，如住宅，医院，旅馆等，小时变化系数按附录6-4取用。对短时间使用热水的用户，如工业厂房、体育馆和学校等的淋浴设备，kr值可取大些，可按kc=512取用。 热网的热水供应设计热负荷，与用户热水供应系统和热网的连接方式有关。当用户的热水供应系统中有储水箱时，可采用供暖期的热水供应平均热负荷Qr.p计算。当用户无储水箱时，应

13、以供暖期的热水供应最大热负荷Qr.max作为设计热负荷。 对城市集中供热系统热网的干线，由于连接的用水单位数目很多，干线的热水供应设计热负荷可按热水供应的平均热负荷Qr.p计算。 2其它生活用热，在工厂，医院，学校等中，除热水供应以外，还可能有开水供应，蒸饭等项用热。这些用热负荷的概算，可根据一些指标，参照上述方法计算。例如计算开水供应用热量，加热温度可取105，用水标准v可取23L天人，蒸饭锅的蒸汽消耗量，当蒸煮量为100kg时， 约需耗蒸汽100250kg(蒸煮量越大，单位耗汽量越小)。一般开水和蒸锅要求的加热蒸汽表压力为0.150.25MPa。 四、生产工艺热负荷 生产工艺热负荷是为了满

14、足生产过程中用于加热、烘干，蒸煮，清洗，溶化等过程的用热，或作为动力用于驱动机械设备(汽锤，汽泵等)。 生产工艺热负荷和生活用热热负荷一样，属于全年性热负荷。生产工艺设计热负荷的大小以及需要的热媒种类和参数，主要取决于生产工艺过程的性质、用热设备的型式，以及工厂的工作制度等因素。 集中供热系统中，生产工艺热负荷的用热参数，按照工艺要求热煤温度的不同，大致可分为三种：供热温度在130150以下称为低温供热，一般靠0.40.6MPa(abs)蒸汽供热，供热温度在130150以上到250以下时，称为中温供热。这种供热的热源往往是中、小型蒸汽锅炉或热电厂供热汽轮机的0.81.3MPa(abs)级或4.

15、0MPa级的抽汽；当供热温度高于250300时，称为高温供热，这种供热的热源通常为大型锅炉房或热电厂的新汽经过减压减温后的蒸汽。 由于生产工艺的用热设备繁多、工艺过程对热媒要求参数不一，工作制度各有不同，因而生产工艺热负荷很难用固定的公式表述。在确定集中供热系统的生产工艺热负荷，对新增加的热负荷，应按生产工艺系统提供的设计数据为准，并参考类似企业确定其热负荷。对已有工厂的生产工艺热负荷，由工厂提供。为了避免用户多报热负荷量，规划或设计部门应对所报的热负荷进行核算。通常可采用以产品单位能耗指标方法，或按全年实际耗煤量来核算，最后确定较符合实际情况的热负荷。 工业成品单位耗热量的扩大概算指标，可参

16、用附录6-5的数值。 向工业企业供热的集中供热系统，各个工厂或车间的最大生产工艺热负荷不可能同时出现。因此，在计算集中供热系统热网的最大生产工艺热负荷时，应以核实的各工厂(或车间)的最大生产工艺热负荷之和乘以同时使用系数ksh。同时使用系数的概念，可用下式表示： ksh=Qw.maxQsh.max (6-9)式中 Qw.max 工厂区(工厂)的生产工艺最大热负荷，GJh; Qsh.max 经核实的各工厂(各车间)的生产工艺最大热负荷，GJh； ksh 生产工艺热负荷的同时使用系数。一般可取0.70.9。 当热源(如热电厂)的蒸汽参数与各工厂用户使用的蒸汽压力和温度参数不一致时，确定热电厂出口热

17、网的设计流量应进行必要的换算。计算公式为： 式中 D 热源出口的设计蒸汽流量，th； ir-tr.b 热源出口蒸汽的焓与凝水的焓值，kJkg； Dg.max各工厂核实的最大蒸汽流量，th； ig-tg.b各工厂使用蒸汽压力下的焓值和凝水焓值，kJkg； w 热网效率，一般取w =0.90.95。 对于热电厂供热系统，根据“以热定电”的原则，必需对生产工艺热负荷在全年中的变化情况有更多的设计数据。除供暖期的最大热负荷外，还应有供暖期的平均热负荷、非供暖期的平均热负荷，非供暖期的最小热负荷等资料，以及必要的典型的周期(日或一段时间)的蒸汽热负荷曲线和年延续时间曲线等资料。这些数据对选择供热机组型式

18、，分析热电厂的经济性和运行工况都是非常必要的。 第二节 热 负 荷 图 热负荷图是用来表示整个热源或用户系统热负荷随室外温度或时间变化的图。热负荷图形象地反映热负荷变化的规律。对集中供热系统设计，技术经济分析和运行管理，都很有用处。 在供热工程中，常用的热负荷图主要有热负荷时间图，热负荷随室外温度变化图和热负荷延续时间图。 一、热负荷时间图 热负荷时间图的特点是图中热负荷的大小按照它们出现的先后排列。热负荷时间图中的时间期限可长可短，可以是一天，一个月或一年，相应称为全日热负荷图，月热负荷图和年热负荷图。 (一)全日热负荷图 全日热负荷图用以表示整个热源或用户的热负荷，在一昼夜中每小时变化的情

19、况。 全日热负荷图是以小时为横坐标，以小时热负荷为纵坐标，从零时开始逐时绘制的。图6-1所示是一个典型的热水供应全日热负荷图。对全年性热负荷，如前所述，它受室外温度影响不大，但在全天中小时的变化较大，因此，对生产工艺热负荷，必需绘制全日热负荷图为设计集中供热系统提供基础数据。 一般来说，工厂生产不可能每天一致，冬夏期间总会有差别。因此，需要分别绘制出冬季和夏季典型工作日的全日生产工艺热负荷图，由此确定生产工艺的最大、最小热负荷和冬季，夏季平均热负荷值。 生产工艺的全日热负荷图可见图6-5左侧的示意图。 对季节性的供暖，通风等热负荷，它的大小主要取决于室外温度，而在全天中小时的变化不大(对工业厂

20、房供暖、通风热负荷，会受工作制度影响而有些规律性的变化)。通常用它的热负荷随室外温度变化图来反映热负荷变化的规律。 (二)年热负荷图 年热负荷图是以一年中的月份为横坐标，以每月的热负荷为纵坐标绘制的负荷时间图。图6-2为典型全年热负荷的示意图，对季节性的供暖，通风热负荷，可根据该月份的室外平均温度确定，热水供应热负荷按平均小时热负荷确定，生产工艺热负荷可根据日平均热负荷确定。年热负荷图是规划供热系统全年运行的原始资料，也是用来制订设备维修计划和安排职工休假日等方面的基本参考资料。 图6-2 年热负荷图 图6-3 热负荷随室外温度变化曲线图曲线1供暖热负荷随室外温度变化曲线， 曲线2冬季通风热负

21、荷随室外温度变化曲线，曲线3热水供应热负荷变化曲线，曲线4总热负荷随室外温度变化曲线二，热负荷随室外温度变化图季节性的供暖、通风热负荷的大小，主要取决于当地的室外温度，利用热负荷随室外温度变化图能很好地反映季节性热负荷的变化规律。图6-3示意图为一个居住区的热负荷随室外温度的变化图。图中横坐标为室外温度，纵坐标为热负荷。开始供暖的室外温度定为5。根据式(6-1)，建筑物的供暖热负荷应与室内外温度差成正比，因此，Qn=f(tw)为线性关系。图6-3中的线1代表供暖热负荷随室外温度的变化曲线。同理，根据式(6-3)，冬季通风热负荷Qt, 在室外温度5twtw.t 期间内，Qt=f(tw)亦为线性关

22、系。当室外温度低于冬季通风室外计算温度tw.t时，通风热负荷为最大值，不随室外温度改变。图6-3中的线2代表冬季通风热负荷随室外温度变化的曲线。 图6-3还给出了热水供应随室外温度变化曲线(见曲线3)。热水供应热负荷受室外温度影响较小，因而它呈一条水平直线，但在夏季期间，热水供应的热负荷比冬季的低。 将这三条线的热负荷在纵坐标的表示值相加，得图6-3的曲线4。曲线4即为该居住区总热负荷随室外温度变化的曲线图。 三、热负荷延续时间图 在供热工程规划设计过程中，需要绘制热负荷延续时间图。热负荷延续时间图的特点与热负荷时间图不同，在热负荷延续时间图中，热负荷不是按出现时间的先后来排列，而按其数值的大

23、小来排列。热负荷延续图需要有热负荷随室外温度变化曲线和室外气温变化规律的资料才能绘出。 (一)供暖热负荷延续时间图 在供暖热负荷延续时间图中，横坐标的左方为室外温度tw, 纵坐标为供暖热负荷Qn; 横坐标的右方表示小时数(见图6-4)。如横坐标n代表供暖期中室外温度twtw (tw为供暖室外计算温度)出现的总小时数；n1代表室外温度twtw.1 出现的总小时数；n2 代表室外温度twtw.2 出现的总小时数；nzh代表整个供暖期的供暖总小时数。 供暖热负荷延续时间图的绘制方法如下：图左方首先绘出供暖热负荷随室外温度变化曲线图(以直线QnQk表示)。然后，通过tw时的热负荷Qn引一水平线，与相应

24、出现的总小时数n 的横坐标上引的垂直线相交于a点。同理，通过tw.1 时的热负荷Q1引一水平线，与相应出现的总小时数nl的横坐标上引的垂直线相交于al点。依此类推，在图6-4右侧连接Qnaa1a2a3ak等点形成的曲线，得出供暖热负荷延续时间图。图中曲线Qnaala2a3akbkO所包围的面积就是供暖期间的供暖年总耗热量。 附录6-6给出我国一些北方城市不同室外温度下相应的延续小时数的气温资料。该资料是按1951年1980年30年历年的日平均数值得出的，可供绘制季节性的热负荷延续时间图应用。 当一个供热系统或居住区具有供暖、通风和热水供应等多种热负荷时，也可根据整个热负荷随室外温度变化的曲线图

25、(见图6-3曲线4)，按上述同样的绘制方法，绘制相应的总热负荷延续时间图。 (二)利用数学公式绘制供暖热负荷延续时间曲线的方法。 热负荷延续时间图对集中供热系统，特别是对以热电厂为热源的集中供热系统的技术经济分析很有用处。如对确定热电厂供热机组型式、规格和台数、确定热媒的最佳参数，多热源供熟系统的热源运行方式等等技术和经济问题，都是非常有用的资料。 如能利用数学公式，用Q=f(n)的函数式表示供暖热负荷延续时间曲线，则对目前大量使用计算机分析和解决一些技术经济问题，带来更多的方便。 目前国内研究了两种方法： 1函数公式法 根据该地区不同室外温度的延续小时数，利用最小二乘法，可拟合tw=f(n)

26、的函数表达式，如： tw=A+Bn+Cn2+Dn3+En4. (6-11)式中 tw 某一室外温度； A、B、C、D、E常数值； n 延续小时数，它的指数次数取决于所要求达到的精度。 根据热负荷随室外温度变化的规律Q=f(tw)，由此可导出Q=f(n)的数学表达式。 该方法拟合的精度较高，但必需掌握该地区室外温度tw的延续小时数，亦即需要有该地区的详细室外气温的统计资料。 2无因次综合公式法 各城市的地理位置和气象条件等因素是有很大差别的，但也有一些共同的特点： (1)根据暖通规范，各城市的开始和停止供暖温度都定为+5； (2)根据暖通规范，以不保证天数为5天的原则，确定各城市的供暖室外计算温

27、度tw值; (3)各城市供暖期长短(n小时数)与其室外温度变化幅度，大致也有一定规律。 基于上述这些共同的特点，根据许多城市从1951年1980年30年历年的室外日平均气温的资料，通过数学分析和回归计算，可用下列无因次群形式的数学模型，来表达供暖期内的气温分布规律。或用下式表示， 式中 tw 某一室外温度，； tw、tp.j和5供暖室外计算温度，供暖期室外日平均温度和供暖期开始及终止供暖的室外日平均温度，； Rt、Rn两个无因次群，分别代表无因次室外气温和无因次延续天数或小时数， (6-14) (6-15) Nzh、nzh、5，120供暖期总天数或总小时数，不保证天数(5天)或不保证小时数(1

28、20h)； N、n延续天数或延续小时数，即供暖期内室外日平均温度等于或低于某tw的历年平均天数或小时数； bRn的指数值； (6-16) 修正系数。 (6-17)根据供暖热负荷与室内、外温度差成正比关系，即 (6-18)式中 Qn、Qn供暖设计热负荷和在室外温度tw下的供暖热负荷； Q 供暖相对热负荷比; tn供暖室内计算温度，取tn=18。 综合式(6-12)和式(6-l3)，可得出供暖热负荷延续时间图的数学表达式： (6-19)或 (6-20)式中 (6-21) 利用无因次综合公式法绘制供暖热负荷延续时间图的最大优点是：当缺乏一个城市详细的室外气温分布统计资料情况下，只要从暖通规范中查出该

29、城市的三个规定数据即供暖室外计算温度tw、供暖期天数Nxh和供暖期室外日平均温度tp.j, 就可以利用式(6-20)绘制出供暖热负荷延续时间图。 附录6-6给出了我国北方二十个城市的无因次综合公式中的b。和b值，通过二十个城市的验证，按无因次综合公式绘制的供暖热负荷延续时间曲线，某一室外温度tw下的热负荷偏差率(与某一室外温度tw下的理想公式(6-18)与式(6-19)确定的热负荷的差异，一般不超过5%，整个供暖期供热总耗热量的相对误差很小，其值只在1.74%2.85%以内，因而所具有的精度，可适用于工程计算上。 (三)生产工艺热负荷延续曲线图的绘制方法 生产工艺全年热负荷延续曲线图的绘制比供

30、暖热负荷延续曲线图要麻烦些，而且与实际的差距也较大。根据我国能源部的有关规定，至少要有冬季和夏季典型日的生产工艺热负荷时间图作为依据，来绘制生产工艺年热负荷延续时间曲线图。 图6-5左方表示冬季和夏季典型日的生产工艺热负荷图。纵坐标为热负荷，横坐标为一昼夜的小时时刻。如图所假设，生产工艺热负荷Qn在冬季和夏季的每天工作小时数为(m1+m2)和(m3+m4)小时。假定冬季和夏季的实际工作天数为Nd和Nx则在横坐标表示延续小时数na=(m1+m2)Nd+(m3+m4)Nx处，引垂直线交生产工艺热负荷Qa值于a点，同此方法类推，则可绘制出按生产工艺热负荷大小排列的延续时间曲线图。 如热电厂同时具有生

31、产工艺热负荷和民用性质(供暖，通风和热水供应)热负荷，热电厂的总热负荷延续时间曲线图可将两个延续时间图叠加得出。图6-5 生产工艺热负荷延续时间曲线图的绘制(a)冬季典型日的热负荷图; (b)夏季典型日的热负荷图; (c)生产工艺热负荷的延续时间曲线图na=(m1+m2)Nd+(m3+m4)Nx hnb=(m1+ma)Nd+m7Nx h 事实上，绘制切合实际的生产工艺热负荷延续时间曲线图是难以作到的。对以热电厂为热源的集中供热系统，各类热用户的总热负荷延续时间曲线图，主要用于热电厂选择供热汽轮机的机型、台数等，对集中供热系统的网路设计用处，不是很大。第三节 年耗热量计算 集中供热系统的年耗热量是各类热用户年耗热量的总和。各类热用户的年耗热量可分别按下