熱負荷估算法及其運用

白旭光

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，科技水平也隨之提高，從冬季供暖來說，在五六十年代大多數北方家庭以木炭燒火爐的方式供暖，隨后有了煤炭等替代品的產生，人們的供暖問題雖然在一定程度上得到了改善，但隨之產生的環境污染問題不言而喻，很多企業也對這些問題做了很多探討，文章主要以熱負荷為出發點進行闡述。

關鍵詞：供暖；熱負荷；估算；運用

中圖分類號：TU111.19 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0061-02

冬季供暖問題一直以來都受到社會各界的廣泛關注，尤其北方企業入冬取暖問題更加突出，供暖是企業生產及職工溫暖、舒適過冬的保證。隨著企業的不斷發展，新建、擴建、改造項目逐漸增多，原有基礎建筑所配套設計使用的供熱系統是否滿足要求，是否需要新增換熱設備等，需快速、合理的給出熱負荷估算值，以便參考。

1 熱負荷的體積估算法

體積估算法其實是對能量守恒定律的最簡單、直觀的應用。根據公式：

Q=c·m（Δt） （1）

其中Q是指當室外溫度為采暖計算溫度時， 為了達到要求的室內溫度，供熱系統向建筑物供給的熱量；

c為空氣（室溫）的比熱容，取1 030 J/（Kg·℃）量值；

m為所計算室內空氣質量，取空氣的密度為1.293 kg/m3，即m=1.293 V，V表示所計算室內的體積大小；

Δt為供熱要求達到的室內溫度t1與室外采暖計算溫度t2的差。

式（1）=1 030×1.293 V（Δt）=1 332 V（Δt）

公式（1）的單位為J。

而1 kWh=1 000 W×3 600 s=3 600 000 J=3.6×106 J，

式（1）/（3.6×106）=3.70×10-4 V（Δt） （2）

因此，公式（2）的單位為kWh。

因為采暖熱負荷是指在冬季某一室外溫度下，為達到要求的室內溫度，供熱系統在單位時間內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溫度，供熱系統在單位時間內向建筑物供給的熱量。

因此，由定義及公式（2），我們得出供熱系統向建筑物供給的所需熱量與熱負荷之間的關系。

根據《采暖通風與空氣調節設計規范》的規定，對室內溫度t1的選用，應采用下列規定：

①民用建筑，宜采用16～24 ℃；

②工業建筑的工作地點，宜采用：輕作業18～21 ℃，中作業16～18 ℃，重作業14～16 ℃，過重作業12～14 ℃。（注：作業種類的劃分，應按國家現行的《工業企業設計衛生標準》（GBZ1）執行；當每名工人占用較大面積（50～100 m2）時，輕作業時可低至10 ℃；中作業時可低至7 ℃；重作業時可低至5 ℃。）

③輔助建筑物及輔助用室，不應低于下列數值：浴室25℃，更衣室25 ℃，辦公室、休息室18 ℃，食堂18 ℃，盥洗室、廁所12 ℃。（注：當工藝或使用條件有特殊要求時，各類建筑物的室內溫度可按照國家現行有關專業標準、規范執行。）

t2可采用上一年的冬季月最低溫度。Δt可根據要求確定，而計算Q值只需知道建筑物的長、寬、高，即體積即可。

上述即體積估算法求采暖設計熱負荷。

2 熱負荷的可靠性、可信度分析

2.1 確定熱量

在設計規范中，冬季采暖通風系統的熱負荷，應根據建筑物下列散失和獲得的熱量確定：①圍護結構的耗熱量；②加熱由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量；③加熱由門、孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量；④水分蒸發的耗熱量；⑤加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量；⑥通風耗熱量；⑦最小負荷班的工藝設備散熱量；⑧熱管道及其他熱表面的散熱量；⑨熱物料的散熱量；⑩通過其他途徑散失或獲得的熱量。

（注：不經常發生的散熱量，可不計算；經常而不穩定的發生散熱量，采用小時平均值。）

其計算復雜且量大，數值準確性高但不便較快提供參考數值，而體積估算只需核實建筑物體積的大小，即能夠較快提供參考數值。體積估算能否提供較有價值的參考數值，有待我們進一步證明，參考下面實例：

某煤電一體化企業采用集中式供暖，內設熱交換站，主要將電廠供給的高壓蒸汽交換成高溫水，供廠區生活、生產系統采暖。

2.2 舉例說明

例一：該企業公寓樓采暖通風工程設計中：供暖熱負荷為729.8 kW，供暖建筑面積為19 000 m2，建筑平面熱指標為38.4 W/㎡，室內溫度20 ℃，室外計算溫度-15 ℃。現采用體積估算法估算：單身公寓體積V約56 095 m3，t1取20 ℃，t2取-15 ℃，代入公式（2）得Q≈726.4 kWh，所以估算得供暖熱負荷為726.4 kW；若t2采用上一年的冬季月最低溫度-18 ℃，估算的熱負荷為788 kW。

例二：該企業辦公樓采暖通風工程設計中：供暖熱負荷為470 kW，供暖建筑面積為7 280 ㎡，建筑平面熱指標為64.6W/㎡，辦公室溫度20 ℃，室外計算溫度-15 ℃。現采用體積估算法估算：辦公樓體積V約35 333 m3，t1取20 ℃，t2取-15℃，代入公式②得Q≈457 kWh，所以估算得供暖熱負荷為457 kW；若t2采用上一年的冬季月最低溫度-18 ℃，估算的熱負荷為496 kW。

例三：該企業礦井修理車間、綜采設備庫庫采暖通風工程設計中：供暖熱負荷為371.6 kW，室內溫度10 ℃，室外計算溫度-15 ℃。現采用體積估算法估算：車間及庫房體積V約44 460 m3，t1取10 ℃，t2取-15 ℃，代入公式（2）得Q≈411kWh，所以估算得供暖熱負荷為411 kW；若t2可采用上一年的冬季月最低溫度-18 ℃，t1取5 ℃，估算的熱負荷為378 kW。

通過以上三組實例中的數據對比，在日常生產、生活中用體積法估算的采暖熱負荷接近于設計院所提供的設計值，即體積估算法所得數據是有一定可信度的，對原有供熱系統是否能滿足新建、擴建和改建項目的供熱需求，是否需新增供熱設備等提供了快速、合理的參考數值。

與設計熱負荷的對比，可以將體積估算法用于對供暖系統機組效率的核定，即實測各個工作地點的室內實際溫度，算出估算值，進一步可以算出換熱機組的能效比等，進一步完善采暖系統。

2.3 其它問題

筆者在實踐工作中還遇到過如下問題：

本筆者所在礦井主、副井筒各有2臺和5臺熱風機組，為確保井下采暖需求，熱風機組通過高溫蒸汽加熱礦井進風風流，達到井下采暖需求。礦井冬季開始供暖后，熱風機組需要開啟幾臺，既能滿足《煤安規程》進風井口以下的空氣溫度必須在2 ℃以上的要求，又能節約蒸汽資源是我需要計算的問題。

筆者根據Q=c·m（Δt）和實際吸熱、放熱情況Q吸≤Q放，用不等式確定室外溫度和風機開啟的臺數，及進風流的溫度范圍。

3 結 語

用理想狀態，建立簡單關系來測一些數據，沒有建立復雜的動態關系，沒有動態方程，這樣計算出來的結果有待檢驗。但是，理想狀態下算出的數據范圍，筆者通過實測已得到肯定答案。

參考文獻：

[1] GB50019-2003，采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] 溫信.北方地區醫院門診樓及附屬居住建筑冷熱負荷特性研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.