供热工程中的设计热负荷计算

供热工程中的设计热负荷计算摘要：本文详细阐述了供热工程中设计热负荷计算的重要性、相关概念、计算方法以及影响因素等内容。通过对不同类型建筑物热负荷计算的分析，旨在为供热工程的设计提供准确可靠的热负荷数据，确保供热系统的合理设计与高效运行。

一、引言供热工程对于保障人们冬季的温暖舒适生活至关重要。设计热负荷的准确计算是供热系统设计的关键环节，它直接关系到供热设备的选型、管道规格的确定以及整个供热系统的经济性和可靠性。合理的热负荷计算能够避免供热不足或供热过度的情况发生，既满足用户的供热需求，又能降低能源消耗和运行成本。

二、设计热负荷计算的相关概念

（一）供热系统供热系统是由热源、热网和热用户组成的一个整体，其作用是将热能从热源输送到各个热用户，以满足用户的供热需求。

（二）热负荷热负荷是指在一定时间内，供热系统为了满足热用户的用热需求而需要提供的热量。它反映了热用户对热能的消耗情况，是供热系统设计的重要依据。

（三）设计热负荷设计热负荷是指在供热系统设计时，根据当地气象条件、建筑物特性等因素，通过计算确定的供热系统在最不利工况下需要提供的热负荷。它是保证供热系统在各种情况下都能满足用户供热需求的重要参数。

三、设计热负荷计算的方法

（一）围护结构传热耗热量计算1.外墙传热耗热量计算公式：$Q_{w}=K_{w}F_{w}(t_{n}t_{w})$其中，$Q_{w}$为外墙传热耗热量（W）；$K_{w}$为外墙传热系数（W/(m²·K)），它与外墙的结构、材料等有关；$F_{w}$为外墙的面积（m²）；$t_{n}$为室内计算温度（℃）；$t_{w}$为室外计算温度（℃）。2.屋面传热耗热量计算公式：$Q_{r}=K_{r}F_{r}(t_{n}t_{w})$式中，$Q_{r}$为屋面传热耗热量（W）；$K_{r}$为屋面传热系数（W/(m²·K)）；$F_{r}$为屋面的面积（m²）。3.外窗传热耗热量计算公式：$Q_{c}=K_{c}F_{c}(t_{n}t_{w})$其中，$Q_{c}$为外窗传热耗热量（W）；$K_{c}$为外窗传热系数（W/(m²·K)）；$F_{c}$为外窗的面积（m²）。外窗的传热系数对整个围护结构传热耗热量影响较大，应根据不同类型的外窗进行准确计算。4.地面传热耗热量对于周边地面，计算公式：$Q_{f1}=K_{f1}F_{f1}(t_{n}t_{w})$对于非周边地面，计算公式：$Q_{f2}=K_{f2}F_{f2}(t_{n}t_{w})$式中，$Q_{f1}$、$Q_{f2}$分别为周边地面和非周边地面传热耗热量（W）；$K_{f1}$、$K_{f2}$分别为周边地面和非周边地面传热系数（W/(m²·K)）；$F_{f1}$、$F_{f2}$分别为周边地面和非周边地面的面积（m²）。

（二）冷风渗透耗热量计算1.缝隙法计算公式：$Q_{l}=0.28cvρ_{w}(t_{n}t_{w})$其中，$Q_{l}$为冷风渗透耗热量（W）；$c$为每米门窗缝隙的空气渗透量指标（m³/(m·h)），根据建筑物所处地区、门窗类型等确定；$v$为室外风速（m/s）；$ρ_{w}$为室外空气密度（kg/m³）。2.换气次数法计算公式：$Q_{l}=nVρ_{w}c_{p}(t_{n}t_{w})$式中，$n$为换气次数（次/h），根据建筑物的类型、用途等确定；$V$为房间的体积（m³）；$c_{p}$为空气的定压比热容（kJ/(kg·K)）。

（三）冷风侵入耗热量计算当有外门开启时，会有冷空气侵入室内，其耗热量计算公式为：$Q_{in}=mρ_{w}c_{p}(t_{n}t_{w})$其中，$Q_{in}$为冷风侵入耗热量（W）；$m$为每小时通过外门开启侵入的冷空气量（kg/h），可根据外门的开启情况和相关经验数据确定。

（四）建筑物的总热负荷计算建筑物的总热负荷$Q$等于围护结构传热耗热量$Q_{1}$、冷风渗透耗热量$Q_{2}$与冷风侵入耗热量$Q_{3}$之和，即$Q=Q_{1}+Q_{2}+Q_{3}$。

四、设计热负荷计算的影响因素

（一）气象条件1.室外计算温度室外计算温度是热负荷计算的重要参数之一，它直接影响围护结构传热耗热量。不同地区的室外计算温度差异较大，应根据当地的气象资料准确选取。2.室外风速室外风速影响冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量。风速越大，冷风渗透和侵入室内的空气量增加，热负荷也相应增大。3.太阳辐射太阳辐射对建筑物围护结构有得热作用，在一定程度上可以减少建筑物的热负荷。例如，南向的外窗在冬季接受太阳辐射较多，可适当降低该方向外窗的传热耗热量计算值。

（二）建筑物特性1.建筑物的类型不同类型的建筑物，如住宅、办公楼、工业建筑等，其热负荷特性不同。例如，住宅的围护结构相对较为紧凑，热负荷相对较小；而工业建筑由于空间大、设备散热等因素，热负荷计算较为复杂。2.建筑物的朝向建筑物的朝向不同，围护结构接受的太阳辐射和室外冷空气作用不同。一般来说，南向的围护结构太阳辐射得热多，北向的围护结构受冷空气影响大，热负荷计算时需分别考虑。3.建筑物的高度建筑物高度对风荷载和空气渗透有影响，进而影响热负荷。较高的建筑物，其上部的冷风渗透和下部的冷风侵入情况可能与较低建筑物有所不同。

（三）围护结构材料与构造1.围护结构材料的热物理性能围护结构材料的导热系数、比热容等热物理性能直接决定了其传热系数，从而影响传热耗热量。例如，采用保温性能好的材料可以降低围护结构的传热系数，减少热负荷。2.围护结构的构造形式围护结构的构造形式，如外墙的保温层设置、门窗的密封性能等，对热负荷也有重要影响。合理的构造设计可以有效减少热量传递，降低热负荷。

五、不同类型建筑物热负荷计算实例

（一）住宅建筑某多层住宅，建筑面积为$5000m²$，南北朝向，外墙为$240mm$厚砖墙，内抹灰，外贴$50mm$厚聚苯板保温；屋面为钢筋混凝土平屋面，上设$80mm$厚聚苯板保温；外窗为塑钢双层中空玻璃；户门为普通木门。所在地区室外计算温度为$10℃$，室内计算温度为$18℃$。1.外墙传热耗热量计算外墙传热系数$K_{w}$经计算约为$0.47W/(m²·K)$，外墙面积$F_{w}=1500m²$。则外墙传热耗热量$Q_{w}=K_{w}F_{w}(t_{n}t_{w})=0.47×1500×(18+10)=19740W$。2.屋面传热耗热量计算屋面传热系数$K_{r}$约为$0.30W/(m²·K)$，屋面面积$F_{r}=1000m²$。屋面传热耗热量$Q_{r}=K_{r}F_{r}(t_{n}t_{w})=0.30×1000×(18+10)=8400W$。3.外窗传热耗热量计算外窗传热系数$K_{c}=2.5W/(m²·K)$，外窗面积$F_{c}=600m²$。外窗传热耗热量$Q_{c}=K_{c}F_{c}(t_{n}t_{w})=2.5×600×(18+10)=36000W$。4.地面传热耗热量计算（略）5.冷风渗透耗热量计算采用缝隙法，每米门窗缝隙的空气渗透量指标$c=2.5m³/(m·h)$，室外风速$v=3m/s$，门窗缝隙长度经计算约为$500m$。冷风渗透耗热量$Q_{l}=0.28cvρ_{w}(t_{n}t_{w})=0.28×2.5×500×1.29×(18+10)=13128W$。6.建筑物总热负荷计算建筑物总热负荷$Q=Q_{w}+Q_{r}+Q_{c}+Q_{l}=19740+8400+36000+13128=77268W$。

（二）办公楼建筑某办公楼为高层建筑，建筑面积$10000m²$，东西朝向，外墙采用$300mm$厚加气混凝土砌块，外贴$50mm$厚岩棉板保温；屋面为保温隔热屋面；外窗为断桥铝合金中空玻璃；大门为电动感应门。当地室外计算温度为$12℃$，室内计算温度为$20℃$。1.围护结构传热耗热量计算（略）2.冷风渗透耗热量计算采用换气次数法，换气次数$n=1.5$次/h，房间体积$V=30000m³$。冷风渗透耗热量$Q_{l}=nVρ_{w}c_{p}(t_{n}t_{w})=1.5×30000×1.29×1.01×(20+12)=187728W$。3.冷风侵入耗热量计算（略）4.建筑物总热负荷计算（略）

通过以上实例可以看出，不同类型建筑物的热负荷计算方法基本相同，但由于建筑物特性的差异，具体计算参数和结果有所不同。在实际计算中，应根据建筑物的具体情况准确选取参数，确保热负荷计算的准确性。

六、结论供热工程中的设计热负荷计算是一个复杂而重要的过程，它涉及到气象条件、建筑物特性、围护结构材料与构造等多个因素。准确的热负荷计算对于合理设计供热系统、选择合适的供热设备、降低能源消耗