熱負荷基本信息

熱負荷介紹

內(nèi)燃機的熱負荷包含兩個方面的涵義,一是指受熱零件的溫度,二是指零件的溫度差。

通常用熱流量來表征零件的熱負荷,其在不同的情況下,可用不同的參數(shù)來表述。在熱流作用下,q=α(Tg-Tw)，取決于換熱系數(shù)和熱傳導條件,在零件上會形成一定的溫度場。零件上的每一點可由該點的溫度及其周圍的溫度梯度來表征。熱流量越大,零件受熱壁面上的溫度越高,以及熱應力也越大。

通過對不同型式內(nèi)燃機的受熱零件的溫度、溫度分布和熱流量進行測量,以及用實驗求得內(nèi)燃機運轉因素和一些結構因素對零件溫度,熱流量的影響,可以從中找出它們之間的基本規(guī)律,預先估計內(nèi)燃機零件的熱負荷,判斷內(nèi)燃機的強化潛力,也為設計和改進零部件時,控制零件熱負荷提供一定的依據(jù)。

熱負荷計算公式

當內(nèi)能、動能、勢能的變化量可以忽略且無軸功時，輸入系統(tǒng)的熱量與離開系統(tǒng)的熱量應平衡，由此可得出傳熱設備的熱量平衡方程式為:

Q1 Q2 Q3=Q4 Q5 Q6

式中Q1—物料帶入設備的熱量，kJ；Q2—加熱劑或冷卻劑傳給設備及所處理物料的熱量，kJ；Q3—過程的熱效應，kJ；Q4—物料帶出設備的熱量，kJ；Q5—加熱或冷卻設備所消耗的熱量或冷量，kJ；Q6—設備向環(huán)境散失的熱量，kJ。

在上式時，應注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正負兩種情況。例如，當反應放熱時，Q3取“ ”號；反之，當反應吸熱時，Q3取“-”號，這與熱力學中的規(guī)定正好相反。

由熱量平衡方程式可求出Q2，即設備的熱負荷。若Q2為正值，表明需要向設備及所處理的物料提供熱量，即需要加熱；反之，則表明需要從設備及所處理的物料移走熱量，即需要冷卻。此外，對于間歇操作，由于不同時間段內(nèi)的操作情況可能不同，因此，應按不同的時間段分別計算Q2的值，并取其最大值作為設備熱負荷的設計依據(jù)。

為求出Q2，必須求出式中其它各項熱量的值。

城市集中供熱系統(tǒng)原始資料。集中供熱系統(tǒng)的熱負荷主要有采暖、通風、熱水供應和生產(chǎn)工藝等熱負荷。其中采暖和通風用熱是季節(jié)性熱負荷，而熱水供應和生產(chǎn)工藝用熱則多是常年性熱負荷。季節(jié)性熱負荷隨氣候條件而變化,在一年中變化很大,但在一天內(nèi)波動較小。常年性熱負荷受氣候條件影響較小，在一年中變化不大，但在一天內(nèi)波動大，特別是對非全天需熱的用戶。

采暖熱負荷

在冬季某一室外溫度下，為達到要求的室內(nèi)溫度，供熱系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。采暖設計熱負荷是指當室外溫度為采暖室外計算溫度時，為了達到上述所要求的室內(nèi)溫度，供熱系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。

在制訂城市或區(qū)域供熱規(guī)劃或設計其供熱系統(tǒng)時，往往缺乏確切的原始資料,一般只能用熱指標法估算,即用單位建筑面積的熱指標乘以建筑面積，得出采暖的設計熱負荷Q(瓦)。用公式表示為：

Q=q_fF

q_f--單位建筑面積熱指標(W/㎡)；

F--建筑面積(㎡)

如已知房屋體積，也可采用每立方米建筑體積在室內(nèi)外溫差為1°C時的熱指標q_v【W(wǎng)/(m³·°C)】計算：

Q=q_vV(t_n-t_w)

q_v--熱流密度（W/(m³·°C)）_；

V--建筑體積(m³)；

t_n--室內(nèi)計算溫度（°C）；

t_w--采暖室外計算溫度（°C）。

采暖熱指標qv和qf的大小與建筑物圍護結構的傳熱系數(shù)、外圍體積、密閉性或通風條件、建筑物的類型和外形以及墻窗面積比等許多因素有關，通常是依據(jù)實際工程統(tǒng)計分析而得，設計時可參考有關部門提供的資料，結合具體情況選用。

一、圍護結構的耗熱量

1.圍護結構的基本耗熱量

Q_j=αA_jK_j(t_R-t_ow)

Q_j--j部分圍護結構的基本耗熱量，W；

A_j--j部分圍護結構的表面積，m²；

K_j--j部分圍護結構的傳熱系數(shù)，W/（m²*℃）；

t_R--冬季室內(nèi)計算溫度，℃；

t_ow-- 采暖室外計算溫度，℃；

α --圍護結構的溫差修正系數(shù)。

2.維護結構附加耗熱量

（1）朝向修正率

不同朝向的圍護結構，收到的太陽輻射熱量是不同的；同時，不同的朝向，風的速度和頻率也不 同。因此對不同的垂直外圍護結構進行修正。修正率為：

北、東北、西北： 0~10%

東、西： -5%

東南、西南 -10%~-15%

南 -15%~-30%

選用修正率時應考慮當?shù)囟救照章始拜椛鋸姸鹊拇笮　６救照章市∮?5%的低區(qū)，東南、西 南、南向的修正率宜采用-10%~0，其他朝向可不修正。

（2）風力附加率

在不蔽風的高地、河邊、海岸、曠野上的建筑物以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高的建筑，垂直的外護結構熱負荷附加5%~10%。

（3）外門附加率

為加熱開啟外門時侵入的冷空氣，對于短時間開啟無熱風幕的外門，可以用外門的基本耗熱量乘上相應的附加率。陽臺門不應該考慮外門附加率。

（4) 高度附加率

由于室內(nèi)溫度梯度的影響，往往使房間上部的傳熱量加大。因此當民用建筑物和工業(yè)企業(yè)輔助建筑物的房間凈高超過4m時，每增加1m，附加率為2%，但最大附加率不超過15%。

二、門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量

Q_i=0.278Lρ_aoC_p(t_R-t_oh)

Q_i--為加熱門窗縫隙滲入的冷空氣耗熱量，W；

L--滲透冷空氣量，m³/h；

ρ_ao--采暖室外計算溫度下空氣密度，kg/m3；

C_p--空氣定壓比熱，Cp=1kJ/（kg*℃）；

t_R--冬季室內(nèi)計算溫度，℃；

t_oh--采暖室外計算溫度，℃。

通風熱負荷

在某些民用建筑以及工廠車間中，經(jīng)常排出污濁的空氣，并引進室外新鮮空氣。在采暖季節(jié)，為了加熱新鮮空氣而消耗的熱量，稱為通風熱負荷。一般住宅只有排氣通風，不采用有組織的進氣通風，它的通風用熱量包括在采暖熱指標中，不另計算通風熱負荷。通風熱負荷可采用換氣次數(shù)或通風熱指標法估算。

熱水供應熱負荷

日常生活用熱水的用熱量。一般根據(jù)用水人數(shù)、水溫及用水定額估算。

生產(chǎn)工藝熱負荷

主要用于生產(chǎn)過程的加熱、烘干、蒸煮、清洗等工藝,或用于拖動機械的動力設備(如汽錘、汽泵等)。由于用熱設備和用熱方式繁多,生產(chǎn)工藝熱負荷一般按實測數(shù)據(jù)，或用單位產(chǎn)量的耗熱概算指標估算。如無實測資料，可參考工廠以往的燃料耗量、鍋爐效率等因素估算熱負荷。

在確定供熱系統(tǒng)的熱負荷時，除綜合上述各種用戶的熱負荷外，還應加上熱網(wǎng)的熱損失。由于用戶一般并非同時滿負荷、連續(xù)用熱，因此，還需確定系統(tǒng)的平均熱負荷值、最大熱負荷值、設備的同時使用系數(shù)等，以便選擇熱源和設計供熱系統(tǒng)。

在供熱工程規(guī)劃設計過程中，需要繪制熱負荷延續(xù)時間圖。熱負荷延續(xù)時間圖的特點與熱負荷時間圖不同，在熱負荷延續(xù)時間圖中，熱負荷不是按出現(xiàn)時間的先后來排列，而是按數(shù)值的大小來排列。熱負荷延續(xù)時間圖需要有熱負荷隨室外溫度變化曲線和室外氣溫變化規(guī)律的資料才能繪出。 2100433B

熱負荷時間圖的特點是圖中熱負荷的大小按照它們出現(xiàn)的先后排列。熱負荷時間圖中的時間期限可長可短，可以是一天、一個月或一年，相應稱為全日熱負荷圖、月熱負荷圖和年熱負荷圖。

熱負荷圖全日熱負荷圖

全日熱負荷圖用以表示整個熱源或用戶的熱負荷，在一晝夜中每小時變化的情況。

全日熱負荷圖是以小時為橫坐標，以小時熱負荷為縱坐標，從零開始逐時繪制的。

對全年性熱負荷，如前描述，它受室外溫度影響不大，但在全天中小時的變化較大，因此，對生產(chǎn)工藝熱負荷，必須繪制全日熱負荷為集中供熱系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。

一般來說，工廠生產(chǎn)不可能每天一致，冬夏期間總會有差別。因此i，許分別繪制出冬季和夏季典型工作日的全日生產(chǎn)工藝熱負荷圖，由此確定生產(chǎn)工藝的最大、最小熱負荷和冬季、夏季平均熱負荷值。

對季節(jié)性的供暖、通風等熱負荷，它的大小主要取決于室外溫度，而在全天中小時的變化不大（對工業(yè)廠房供暖、通風熱負荷，會受工作制度影響而有些規(guī)律性的變化）。通常用它的熱負荷隨室外溫度變化圖來反映熱負荷變化的規(guī)律。

熱負荷圖年度熱負荷圖

年度熱負荷圖是以一年中的月份為橫坐標，以每月的熱負荷為縱坐標繪制的負荷時間圖。下圖為典型全年熱負荷的示意圖，對季節(jié)性的供暖、通風熱負荷，可根據(jù)該月份的室外平均溫度確定，熱水供應熱負荷按平均每小時熱負荷確定，生產(chǎn)工藝熱負荷可根據(jù)日平均熱負荷確定。年熱負荷圖是規(guī)劃供熱系統(tǒng)全年運行的原始資料，也是用來制訂設備維修計劃和安排職工休假日等方面的基本參考資料。

熱負荷制定的原則是：在具體操作條件下，火焰溫度能達到耐火材料(爐頂)所允許承受的最高溫度；格子磚達到允許的高溫而不被燒壞，整個爐役期內(nèi)爐子的熱效率和產(chǎn)量最高。不同噸位爐子的熱負荷不同，例如100t平爐的平均熱負荷為(85~105)×10⁶kJ/h，300t平爐的平均熱負荷為(120~140)×10⁶kJ/h。采用高發(fā)熱值燃料(天然氣、重油)比低發(fā)熱值燃料(高爐和焦爐的混合煤氣等)的熱負荷增大10%~20%。堿性平爐比酸性平爐的平均熱負荷高10%~15%。固定式平爐的熱負荷小于傾動式平爐。老爐子的熱負荷比新爐子的大5%~20% 。