热负荷的计算

6.2　热负荷的计算

集中供热系统的热负荷计算是供热规划的基础工作。热负荷资料的可靠程度将直接影响供热方案的合理性，也影响集中供热系统运行后的经济效果。

为了合理确定热源的类型和规模，准确计算供热管道的管径，也就是为了选择一个安全可靠、经济合理、满足需要的供热方案，必须对各类热负荷的数量、性质和参数要求进行详细的调查和尽可能准确的计算。

集中供热系统的热负荷，分为民用热负荷和工业热负荷两大类。民用热负荷包括居民住宅和公共建筑的采暖、通风和生活热水负荷。工业热负荷包括工艺负荷，厂房采暖、通风负荷和厂区的生活热水负荷。在上述各种热负荷中，采暖、通风负荷是季节性热负荷，而工艺和生活热水负荷则是常年性热负荷。季节性的热负荷与室外空气温度、湿度、风向、风速和太阳辐射等气象条件有关，其中室外温度是决定季节性热负荷大小的决定性因素。工艺热负荷主要与生产性质、生产规模、生产工艺、用热设备数量有关，生活热水负荷主要由使用人数和用热状况(如同时率等)决定。这些常年热负荷与气象条件的关系不大。

6.2.1　民用热负荷

目前，我国的民用热负荷主要是住宅和公共建筑的采暖热负荷，生活热水和通风热负荷所占比重很小。随着人民生活水平的不断提高和居住条件的逐步改善，生活热水和通风热负荷，特别是生活热水的热负荷将会有所增长，有的地区很可能增长得比较快。

1．采暖热负荷

在冬季，由于室内与室外空气温度不同，通过房屋的围护结构(门、窗、墙、地板、屋顶等)，房屋将产生散热损失。在一定的室温下，室外温度越低，房间的热损失越大。为了保证室内温度符合有关规定的要求，使人们能进行正常的工作、学习和其他活动，就必须由采暖设备向房屋补充与热损失相等的热量。

在采暖室外计算温度下，每小时需要补充的热量称为采暖热负荷，通常以瓦(W)计。

房屋的基本热损失可用下式计算:

式中　F————某种围护结构的面积，m²;

　K————围护结构的传热系数，W/(m²·K);

　t_i————室内计算温度，℃;

　t_o————采暖室外计算温度，℃;

　a————围护结构温差修正系数，按表6－1取值。

表6－1　围护结构温差修正系数a

2．通风热负荷

在一些公共建筑和散发有害气体及粉尘的工厂车间以及某些有特殊要求的建筑中，在冬季不仅要保持一定的室内温度，而且还要不断向室内送入一些新鲜空气，排除比较污浊的空气，使室内空气有一定的洁净度。由于冬季的室外温度较低，送入室内的新鲜空气必须经过加热。用于加热新鲜空气的热量，称为通风热负荷。

通风热负荷可按下式计算:

式中　Q_t————通风热负荷，W;

　n————通风换气次数，次/h，事故通风量宜根据工艺设计要求通过计算确定，但换气次数不应小于每小时12次;

　V_i————室内空间体积，m³;

　c_r————空气容积比热，J/K;

　t_i————室内计算温度，℃;

　t_o————通风室外计算温度，℃。

3．生活热水热负荷

日常生活中，洗脸、洗澡、洗衣服和洗刷器皿等所消耗热水的热量，称为生活热水热负荷。供应热水的对象通常有住宅、饭店、医院、学校、托儿所、幼儿园、浴室、理发店、食堂等等。生活热水热负荷的大小和生活水平、生活习惯、用热人数和用热设备情况等有关。

生活热水热负荷可由下式决定:

式中　Q_r————生活热水热负荷，W;

　q_r————用水量标准，L/(人·d);

　n————使用热水的人数;

　t_h————热水温度，℃;

　t_c————冷水温度，℃;

　C————水的热容量，J/K;

　P————一昼夜中负荷最大值的小时数，h/d。在用户处装有足够容积的储水箱时，供热系统可以均匀地向储水箱供热，而与使用热水的状况无关，P可取24h/d。

在用户处没有储水箱时，供热系统为满足高峰时的用热需要，就应根据热水的使用情况降低P值。例如，对于居民住宅、医院、旅馆、浴室和食堂等，一般取P=10～12h;体育馆、学校等使用热水集中的用户可取P=2～5h。

4．热指标

在集中供热系统的规划阶段，由于条件所限，往往不具备进行热负荷详细计算的条件。这是因为:规划居住区的新建筑和其他公共建筑尚未进行具体的设计，不具备进行热负荷详细计算的条件，某些旧有建筑虽然过去可能有热负荷的计算资料，但一般也难于收集齐全。鉴于这种情况，集中供热系统的民用热负荷，在规划阶段一般是采用采暖设计热负荷指标来进行估算的。

热指标是在采暖室外计算温度下单位建筑面积在单位时间内需有锅炉房或其他采暖设施供给的热量，单位为W/m²。热指标的大小决定于建筑物的围护结构形式、用途、体积、外形和所处地区的气象条件等因素。对此，有体积热指标和面积热指标两种。体积热指标表示各类建筑物在室内外温差1℃时，每立方米建筑物外围体积的供热负荷，单位为W/m³;面积热指标表示各类建筑物在室内外温差1℃时，每平方米建筑物建筑面积的供热负荷，单位为W/m²。

因此，不同类型的建筑物的热指标是有差别的。一般来说气候寒冷地区建筑物的热指标要大一些，但由于寒冷地区建筑物的围护结构在设计时采取了较多的保温措施，因此热指标的数值并不一定增加很多。

同时，热指标值是根据各类建筑物热负荷的设计计算资料、某些典型建筑物实测耗热量资料和现有供热系统实际运行资料，进行统计、归纳整理而得到的，用它来估算民用热负荷基本可以满足规划阶段的精度要求。但遇到某些特殊建筑时可以进行一些补充调查和计算。

6.2.2　工业热负荷

在工业企业中，为了满足工艺过程中加热、烘干、蒸汽、清洗、熔化等的用热和生产中的拖动、汽锤、汽泵等机械设备的动力需要，就要供应一定数量参数的蒸汽和热水，这部分热负荷称为工艺性热负荷。此外，由于生产商的要求，需要保持厂房内一定的温度、湿度，排除有毒气体等，在工业企业中还有满足厂房采暖、通风和洗澡等项用热的热负荷。

工艺性热负荷的大小及其对热媒种类和参数的要求，与生产工业过程的性质、用热设备的种类以及生产班制等因素有关。由于各个工业企业的工艺过程是各不相同的，用热设备也是多种多样的，所以工艺性热负荷的确定很难用一个统一的公式表示。

工业热负荷，特别是生产过程的用热量、热媒的种类和参数、工厂的最大小时热负荷等，一般都是通过调查得到的。对于尚未建成的规划中的工厂，可以采用设计热负荷资料或根据相同企业的实际热负荷资料进行估算。当条件不具备时，只能采取同时工作系数进行修正。一般取同时工作系数为0.8～0.85。