哈工大供热工程热负荷计算课件

1、2.1 集中供热系统热负荷计算集中供热系统热负荷计算 城市供热工程规划和设计的基础。城市供热工程规划和设计的基础。 重要性：正确合理的计算热负荷是确定热重要性：正确合理的计算热负荷是确定热源类型、规模，供热系统管径大小、方案源类型、规模，供热系统管径大小、方案运行是否合理，能否取得经济效益、社会运行是否合理，能否取得经济效益、社会效益、环境效益的重要因素。效益、环境效益的重要因素。2.1 集中供热系统热负荷计算集中供热系统热负荷计算 2.1.1 2.1.1 热负荷分类热负荷分类1 1季节性热负荷季节性热负荷 与气象条件密切相关的与气象条件密切相关的（主要与室外温度有关）、只在一年中某（主要与室

2、外温度有关）、只在一年中某些季节才需要的热负荷。些季节才需要的热负荷。 如供暖热负荷、如供暖热负荷、 通风空调热负荷。通风空调热负荷。2 2常年性热负荷常年性热负荷 与气象条件关系不大的、与气象条件关系不大的、常年都需要的热负荷。如生活用热热负荷、常年都需要的热负荷。如生活用热热负荷、 生产工艺热负荷。生产工艺热负荷。2.1.1 2.1.1 热负荷分类（热用户类型）热负荷分类（热用户类型）w 供暖设计热负荷供暖设计热负荷w 通风设计热负荷通风设计热负荷w 空调设计热负荷空调设计热负荷w 生活用热设计热负荷生活用热设计热负荷w 生产工艺热负荷生产工艺热负荷2.1.2 2.1.2 热负荷计算热负荷

3、计算 设计热负荷：在设计室外温度设计热负荷：在设计室外温度 下，为了达到要下，为了达到要求的室内温度求的室内温度tn,tn,供暖系统在单位时间内向建筑物供给供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。的热量。 供暖热负荷是城市集中供热系统中最主要的热负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荷。它的设计热负荷占全部设计热负荷的80809090以上以上( (不包括生产工艺用热不包括生产工艺用热) )。 两种算法：准确计算两种算法：准确计算-已建成、室内系统设计。已建成、室内系统设计。 指标概算指标概算-新建建筑未建成。新建建筑未建成。a) a) 供暖设计热负荷计

4、算供暖设计热负荷计算wt a) a) 供暖设计热负荷计算供暖设计热负荷计算 2 2）热指标概算法）热指标概算法 体积热指标法体积热指标法 ()nvwnwQq Vtt第二章第二章 城市供热工程热负荷计算城市供热工程热负荷计算 a) a) 供暖设计热负荷计算供暖设计热负荷计算 体积热指标法体积热指标法 建筑物的得热与失热建筑物的得热与失热失热：热负荷（通过围护结构）失热：热负荷（通过围护结构）得热：散热设备、太阳辐射、内部得热得热：散热设备、太阳辐射、内部得热 降低热指标降低热指标-增大得热、降低失热增大得热、降低失热途径途径-1-1）减小建筑物体形系数、外表面积，加强）减小建筑物体形系数、外表面

5、积，加强 围护结构保温；围护结构保温； 2 2）提高门窗气密性降低渗透与侵入耗热量）提高门窗气密性降低渗透与侵入耗热量 3 3）整体规划、单体设计、朝向与间距上提）整体规划、单体设计、朝向与间距上提 高太阳辐射得热面积高太阳辐射得热面积 a) a) 供暖设计热负荷计算供暖设计热负荷计算 体积热指标影响因素：体积热指标影响因素： 围护结构：传热系数、采光率围护结构：传热系数、采光率 外形外形 ：体形系数（建筑物与室外大气接触：体形系数（建筑物与室外大气接触的外表面积（不包括地面）与其包围的建筑的外表面积（不包括地面）与其包围的建筑体积之比）建筑体积、建筑长宽比体积之比）建筑体积、建筑长宽比 体积

6、热指标法物理概念更清楚；体积热指标法物理概念更清楚； 面积热指标法更常用。面积热指标法更常用。 a) a) 供暖设计热负荷计算供暖设计热负荷计算 2 2）热指标概算法）热指标概算法 面积热指标法面积热指标法 nfQq F a) a) 供暖设计热负荷计算供暖设计热负荷计算 城市规划指标法城市规划指标法 规划设计各类建筑具体设计尚未落实，采用规划规划设计各类建筑具体设计尚未落实，采用规划指标法估算新区的供暖设计热负荷指标法估算新区的供暖设计热负荷根据：居住人数、街区人均建筑面积、街区住宅根据：居住人数、街区人均建筑面积、街区住宅与公共建筑的建筑比例与公共建筑的建筑比例热力网设计规范给出未采取节能措

7、施的居住区综热力网设计规范给出未采取节能措施的居住区综合热指标合热指标60-67w/m2(60-67w/m2(根据北京统计资料，按照根据北京统计资料，按照公共建筑占总建筑面积的公共建筑占总建筑面积的14%14%，公建指标为民用，公建指标为民用指标的指标的1.31.3倍考虑）倍考虑） 为了保证室内空气具有一定的清洁度及温湿度等要求，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调节。在供暖季节中，加热从室外进入的新鲜空气所耗的热热量，称为通风热负

8、荷量，称为通风热负荷。一般民用建筑冷风渗透耗热量已一般民用建筑冷风渗透耗热量已考虑可不计。考虑可不计。（1 1）体积指标法）体积指标法 Q Q/ /t t=q=qt tV VW W(t(tn n-t-t/ /WtWt) )1010-3-3 KW KWb) b) 通风设计热负荷计算通风设计热负荷计算(2 ) (2 ) 百分数法百分数法 对有通风空调的民用建筑对有通风空调的民用建筑( (如旅馆、体育馆如旅馆、体育馆等等) )，通风设计热负荷可按该建筑物的供暖设计热，通风设计热负荷可按该建筑物的供暖设计热负荷的百分数概算负荷的百分数概算 Q Q/ /t t=K=Kt tQQ/ /n n KWKWb)

9、 b) 通风设计热负荷计算通风设计热负荷计算 在冬季，为保证空调建筑室内空气的清洁在冬季，为保证空调建筑室内空气的清洁度和温湿度，需要由空调设备向室内提供的、度和温湿度，需要由空调设备向室内提供的、热量，称为空调冬季设计热负荷。热量，称为空调冬季设计热负荷。 c) c) 空调设计热负荷计算空调设计热负荷计算310aaQg Fc) c) 空调设计热负荷计算空调设计热负荷计算（1 1）热水供应用热）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、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负

10、荷取决于热水用量热水用量。住宅建筑的热水用量，取。住宅建筑的热水用量，取决于住宅内卫生设备的完善程度和人们的生活习惯。决于住宅内卫生设备的完善程度和人们的生活习惯。公用建筑公用建筑( (如浴池、食堂、医院等如浴池、食堂、医院等) )和工厂的热水用和工厂的热水用量，还与其生产性质和工作制度有关。量，还与其生产性质和工作制度有关。 特点：周期性，每日总量变化不大，小时热水用量特点：周期性，每日总量变化不大，小时热水用量变化很大。变化很大。d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷（1 1）热水供应用热）热水供应用热 平均小时热负荷（用水指标法）平均小时热负荷（用水指标法） d) d) 生活用热热负荷

11、生活用热热负荷11()()0.001163rrrpcm v ttmv ttQTT （1 1）热水供应用热）热水供应用热 平均小时热负荷（热指标法）平均小时热负荷（热指标法） d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷310rpsQq F （1 1）热水供应用热）热水供应用热 平均小时热负荷平均小时热负荷 d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷（1 1）热水供应用热）热水供应用热 最大小时热负荷最大小时热负荷 d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷maxSSpQk Q 用水单位越多小时变化系数越小，接近于1。通常一一日的负荷中，高峰负荷为平均负荷的日的负荷中，高峰负荷为平均负荷的2-32-3倍

12、。具体可查相倍。具体可查相关规范。显然按平均热负荷设计可降低造价和投资。关规范。显然按平均热负荷设计可降低造价和投资。（1 1）热水供应用热）热水供应用热 d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷 热网热水供应设计热负荷与用户热水供应热网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。热水供应系统中系统和热网的连接方式有关。热水供应系统中用户有储水箱时，可采用平均热负荷；无储水用户有储水箱时，可采用平均热负荷；无储水箱时应采用最大热负荷。箱时应采用最大热负荷。对于城市集中供热系统热网的干线，由于连对于城市集中供热系统热网的干线，由于连接用水的单位比较多，可按照平均小时热负荷接用水的单

13、位比较多，可按照平均小时热负荷设计。设计。无储水箱的连接无储水箱的连接: :供水管加装供水管加装温度调节阀，避免温度波温度调节阀，避免温度波动频繁。用于民用建筑。动频繁。用于民用建筑。 上部储水箱的连接上部储水箱的连接: :水箱水箱起储热水稳压作用，用于起储热水稳压作用，用于浴室、大工业企业。浴室、大工业企业。 下部储水箱的下部储水箱的连接连接: :水泵强水泵强制循环，不会制循环，不会出现开式放冷出现开式放冷水的情况。水水的情况。水量小时水箱储量小时水箱储存部分热水，存部分热水，不够时靠上水不够时靠上水挤出部分供热挤出部分供热水，用于对热水，用于对热水要求较高的水要求较高的宾馆或者住宅。宾馆或

14、者住宅。d) d) 生活用热热负荷生活用热热负荷 2 2）其他生活用热）其他生活用热 在工厂、医院、学校等单位中，除热水供应在工厂、医院、学校等单位中，除热水供应以外，还可能有开水供应、蒸以外，还可能有开水供应、蒸饭等项用热。这些饭等项用热。这些用热负荷的概算。可根据一些指标，参照上述方用热负荷的概算。可根据一些指标，参照上述方法计算。法计算。 开水供应开水供应 t=105 qr=2-3L/人人.天天 蒸饭蒸饭 100 Kg饭饭 耗汽耗汽100-250Kg 蒸汽压力蒸汽压力 0.15-0.25MPae) e) 生产工艺热负荷生产工艺热负荷主要内容：满足生产过程中加热主要内容：满足生产过程中加热

15、 烘干烘干 蒸煮蒸煮 溶化溶化 清洗清洗( (用用热热) )或作为动力驱动机械设备。或作为动力驱动机械设备。 （汽锤（汽锤 汽泵）汽泵） 用热参数：用热参数：1 1）130-150130-150以下、以下、0.4-0.6MPa0.4-0.6MPa蒸汽供热称为低温供热；蒸汽供热称为低温供热；2 2）130-150130-150以上以上250250以下、以下、0.8-0.1.3MPa0.8-0.1.3MPa或或4.0MPa4.0MPa蒸汽蒸汽供热称为低温供热；供热称为低温供热；3 3） 250-300250-300以上，电厂蒸汽直接减压降温。以上，电厂蒸汽直接减压降温。e) e) 生产工艺热负荷生

16、产工艺热负荷影响因素：生产工艺过程性质影响因素：生产工艺过程性质 用热设备形式用热设备形式 工作制度工作制度负荷特点：难以用公式表达，一般按下述方法确定：负荷特点：难以用公式表达，一般按下述方法确定：（1 1）应以生产工艺提供的设计数据为准；）应以生产工艺提供的设计数据为准；（2 2）参考同类企业同类产品的热负荷；）参考同类企业同类产品的热负荷；（3 3）有关文献资料给出的产品单耗指标；）有关文献资料给出的产品单耗指标；（4 4）按全年实际耗煤量核算。）按全年实际耗煤量核算。 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

17、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。同时使用系数的概念，可用下式表示： k kshsh=Q=QWMWM/ /Q/Q/ /SHMSHM 式中 Q QWMWM/ / 工厂区生产工艺最大热负荷，单位为GJ/H; Q Q/ /SHM SHM 核实的各工厂车间最大生产工艺热负荷之和; ksh 0.7-0.9。e) e) 生产工艺热负荷生产工艺热负荷 热负荷图是用来表示整个热源或用户系统热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，对于集中供热负荷随室外温度或时间变化的图，对于集中供热系统的设计、技术经济分析和运行管理均有重要系统的设计

18、、技术经济分析和运行管理均有重要的意义。的意义。2.2 2.2 热负荷图热负荷图 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时间图 热负荷随室外温度变化图热负荷随室外温度变化图 热负荷延续时间图热负荷延续时间图2.2 2.2 热负荷图热负荷图2.2.1 2.2.1 热负荷时间图热负荷时间图 a) a)日负荷图日负荷图 全日热负荷图表示热负荷在一昼夜中全日热负荷图表示热负荷在一昼夜中每小时变化的情况。全日热负荷图是以小每小时变化的情况。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。主要针对常年性热零时开始逐时绘制的。主要

19、针对常年性热负荷。负荷。 下图所示是一个典型的热水供应全日热下图所示是一个典型的热水供应全日热负荷图。负荷图。 Q 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 （h） 图图2-1 热水供应全日负荷图热水供应全日负荷图 确定最大负确定最大负荷、最小负荷和荷、最小负荷和平均负荷。平均负荷。 为设计提供为设计提供基础数据。基础数据。b)b)年负荷图年负荷图 表示全年内12个月热负荷变化情况。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。横坐标为月，纵坐标为热负荷。季节性负荷根据室外平均温度确定热水供应负荷按照平均小时热负荷确定生产工艺热负荷根据日平均热负荷确定 图图

20、2-1 年负荷图年负荷图w 规划供热系统全年运行方案的原始资料w 制订设备维修和安排职工休假日的基本资料2.2.1 2.2.1 热负荷时间图热负荷时间图2.2.22.2.2热负荷随室外温度变化图热负荷随室外温度变化图 热负荷随室外温度变化图能很好地反映季节性热负荷变化规律。 图2-3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。建筑物的供暖热负荷应与室内外温度差成正比，因此Q=f(tW)为线性关系。 图2-3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

21、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2-3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。 供热与通风热负供热与通风热负荷为线性关系，荷为线性关系，热水供应变化不热水供应变化不大为直线。大为直线。 在供热工程规划设计过程中，需要绘制热负荷延续时间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，热负荷荷延续时间图中，热负荷不是按出现时间的先后不是按出现时间的先后来排列，而来排列，而按其数值的大小按其数值的大小来排列。来排列。 热负荷延

22、续图需要有热负荷延续图需要有热负荷随室外温度变化曲线热负荷随室外温度变化曲线和和室外室外气温变化规律的资料气温变化规律的资料才能绘出。才能绘出。 在供暖热负荷延续时间图中，横坐标的左方为室外温度在供暖热负荷延续时间图中，横坐标的左方为室外温度t tW W，单位为单位为；横坐标的右方表示不同室外气温下的延续小时数，横坐标的右方表示不同室外气温下的延续小时数，单位为单位为h;h;纵坐标为供暖热负荷纵坐标为供暖热负荷Q,Q,单位为单位为MWMW或或GJ/hGJ/h。曲线下的。曲线下的面积为供暖期的总耗热量面积为供暖期的总耗热量, ,单位为单位为MWhMWh或或GJGJ。2.2.32.2.3热负荷延续

23、时间图热负荷延续时间图不同室外气温的延续时间确定不同室外气温的延续时间确定 不同室外气温的延续时间可通过：不同室外气温的延续时间可通过： 1 1）查气象资料表）查气象资料表( (供热设计手册）供热设计手册） 第二章第二章 城市供热工程系统规划城市供热工程系统规划 查表确定供暖热负荷延续时间图的绘制查表确定供暖热负荷延续时间图的绘制首先依据热负荷随室外气温变化关系在左面画首先依据热负荷随室外气温变化关系在左面画出热负荷随室外气温变化曲线出热负荷随室外气温变化曲线根据不同室外气温延续时间，在横坐标左侧画根据不同室外气温延续时间，在横坐标左侧画出该气温下的热负荷，该热负荷下画水平线向出该气温下的热负

24、荷，该热负荷下画水平线向右延伸右延伸在横坐标的右侧，根据延续时间向上做垂线与在横坐标的右侧，根据延续时间向上做垂线与水平线有一交点。依次作出其它不同室外气温水平线有一交点。依次作出其它不同室外气温下的热负荷水平线与对应的延续时间的交点下的热负荷水平线与对应的延续时间的交点连接右侧各点，即得出热负荷延续时间图。连接右侧各点，即得出热负荷延续时间图。 2 2）采用无因次综合公式法确定。）采用无因次综合公式法确定。 各城市地理位置与气象条件相差很大，但是有共同各城市地理位置与气象条件相差很大，但是有共同特点：特点： 1 1）开始与停止供暖的时间都是）开始与停止供暖的时间都是+5+5度；度； 2 2）

25、室外计算温度均根据历年不保证）室外计算温度均根据历年不保证5 5天的原则确定。天的原则确定。 3 3）供暖期长短与室外温度变化幅度有一定的规律。）供暖期长短与室外温度变化幅度有一定的规律。 基于上述特点，根据许多城市从基于上述特点，根据许多城市从1951-1951-19801980年年3030年历年室外温度资料，通过数学分年历年室外温度资料，通过数学分析和回归计算，可用下列无因次方法计算采析和回归计算，可用下列无因次方法计算采暖期内的气温分布规律。暖期内的气温分布规律。三个必须的参数是采暖室外计算温度三个必须的参数是采暖室外计算温度t t/ /W W、采暖期日平均温度采暖期日平均温度t tP

26、P、采暖总天数采暖总天数NpNp。 第二章第二章 城市供热工程系统规划城市供热工程系统规划第二章第二章 城市供热工程系统规划城市供热工程系统规划2.2.4 2.2.4 生产热负荷延续时间图的绘制生产热负荷延续时间图的绘制 图左方表示冬季和夏季典型日的生产工艺热负荷图。图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。如图所纵坐标为热负荷，横坐标为一昼夜的小时时刻。如图所示，生产工艺热负荷示，生产工艺热负荷Q Qa a在冬季和夏季的每天工作小时数在冬季和夏季的每天工作小时数为为(m(m1 1+m+m2 2) )和和(m(m3 3+m+m4 4) ) 小时。假

27、定冬季和夏季的实际工作小时。假定冬季和夏季的实际工作天数为天数为N Nd d和和N NX X 。则在横坐标表示延续小时数则在横坐标表示延续小时数n na a= = (m(m1 1+m+m2 2)N)Nd d+(m+(m3 3+m+m4 4)N)NX X处，引垂直线交生产工艺热负荷处，引垂直线交生产工艺热负荷Q Qa a值于值于a a点。同此方法类推，则可绘制出按生产工艺热负点。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。荷大小排列的延续时间曲线图。 2.3 2.3 年耗热量计算年耗热量计算 a) a) 供暖年耗热量供暖年耗热量 Q Qnana=24Q=24Q/ /n n(t(tn n-t-tp p)/(t)/(tn n-t-t/ /W W)N KWh/a)N KWh/a =0.0864Q =0.0864Q/ /n n(t(tn n-t-tp p)/(t)/(tn n-t-t/ /W W)N GJ)N GJ（2-102-10） 式中式中 Q Q/ /n n供暖设计热负荷，供暖设计热负荷，KWKW； NN供暖期天数，供暖期天数，d d； t t/ /W W 、t tn n按照按照采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范选取。选取。 其余符号同前其余符号同前. . 2.3