热负荷估算法及其运用

白旭光

摘 要：随着社会经济的不断发展，科技水平也随之提高，从冬季供暖来说，在五六十年代大多数北方家庭以木炭烧火炉的方式供暖，随后有了煤炭等替代品的产生，人们的供暖问题虽然在一定程度上得到了改善，但随之产生的环境污染问题不言而喻，很多企业也对这些问题做了很多探讨，文章主要以热负荷为出发点进行阐述。

关键词：供暖；热负荷；估算；运用

中图分类号：TU111.19 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）29-0061-02

冬季供暖问题一直以来都受到社会各界的广泛关注，尤其北方企业入冬取暖问题更加突出，供暖是企业生产及职工温暖、舒适过冬的保证。随着企业的不断发展，新建、扩建、改造项目逐渐增多，原有基础建筑所配套设计使用的供热系统是否满足要求，是否需要新增换热设备等，需快速、合理的给出热负荷估算值，以便参考。

1 热负荷的体积估算法

体积估算法其实是对能量守恒定律的最简单、直观的应用。根据公式：

Q=c·m（Δt） （1）

其中Q是指当室外温度为采暖计算温度时， 为了达到要求的室内温度，供热系统向建筑物供给的热量；

c为空气（室温）的比热容，取1 030 J/（Kg·℃）量值；

m为所计算室内空气质量，取空气的密度为1.293 kg/m3，即m=1.293 V，V表示所计算室内的体积大小；

Δt为供热要求达到的室内温度t1与室外采暖计算温度t2的差。

式（1）=1 030×1.293 V（Δt）=1 332 V（Δt）

公式（1）的单位为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）的单位为kWh。

因为采暖热负荷是指在冬季某一室外温度下，为达到要求的室内温度，供热系统在单位时间内向建筑物供给的热量。

采暖设计热负荷是指当室外温度为采暖室外计算温度时，为了达到上述所要求的室内温度，供热系统在单位时间内向建筑物供给的热量。

因此，由定义及公式（2），我们得出供热系统向建筑物供给的所需热量与热负荷之间的关系。

根据《采暖通风与空气调节设计规范》的规定，对室内温度t1的选用，应采用下列规定：

①民用建筑，宜采用16～24 ℃；

②工业建筑的工作地点，宜采用：轻作业18～21 ℃，中作业16～18 ℃，重作业14～16 ℃，过重作业12～14 ℃。（注：作业种类的划分，应按国家现行的《工业企业设计卫生标准》（GBZ1）执行；当每名工人占用较大面积（50～100 m2）时，轻作业时可低至10 ℃；中作业时可低至7 ℃；重作业时可低至5 ℃。）

③辅助建筑物及辅助用室，不应低于下列数值：浴室25℃，更衣室25 ℃，办公室、休息室18 ℃，食堂18 ℃，盥洗室、厕所12 ℃。（注：当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按照国家现行有关专业标准、规范执行。）

t2可采用上一年的冬季月最低温度。Δt可根据要求确定，而计算Q值只需知道建筑物的长、宽、高，即体积即可。

上述即体积估算法求采暖设计热负荷。

2 热负荷的可靠性、可信度分析

2.1 确定热量

在设计规范中，冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物下列散失和获得的热量确定：①围护结构的耗热量；②加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量；③加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量；④水分蒸发的耗热量；⑤加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；⑥通风耗热量；⑦最小负荷班的工艺设备散热量；⑧热管道及其他热表面的散热量；⑨热物料的散热量；⑩通过其他途径散失或获得的热量。

（注：不经常发生的散热量，可不计算；经常而不稳定的发生散热量，采用小时平均值。）

其计算复杂且量大，数值准确性高但不便较快提供参考数值，而体积估算只需核实建筑物体积的大小，即能够较快提供参考数值。体积估算能否提供较有价值的参考数值，有待我们进一步证明，参考下面实例：

某煤电一体化企业采用集中式供暖，内设热交换站，主要将电厂供给的高压蒸汽交换成高温水，供厂区生活、生产系统采暖。

2.2 举例说明

例一：该企业公寓楼采暖通风工程设计中：供暖热负荷为729.8 kW，供暖建筑面积为19 000 m2，建筑平面热指标为38.4 W/㎡，室内温度20 ℃，室外计算温度-15 ℃。现采用体积估算法估算：单身公寓体积V约56 095 m3，t1取20 ℃，t2取-15 ℃，代入公式（2）得Q≈726.4 kWh，所以估算得供暖熱负荷为726.4 kW；若t2采用上一年的冬季月最低温度-18 ℃，估算的热负荷为788 kW。

例二：该企业办公楼采暖通风工程设计中：供暖热负荷为470 kW，供暖建筑面积为7 280 ㎡，建筑平面热指标为64.6W/㎡，办公室温度20 ℃，室外计算温度-15 ℃。现采用体积估算法估算：办公楼体积V约35 333 m3，t1取20 ℃，t2取-15℃，代入公式②得Q≈457 kWh，所以估算得供暖热负荷为457 kW；若t2采用上一年的冬季月最低温度-18 ℃，估算的热负荷为496 kW。

例三：该企业矿井修理车间、综采设备库库采暖通风工程设计中：供暖热负荷为371.6 kW，室内温度10 ℃，室外计算温度-15 ℃。现采用体积估算法估算：车间及库房体积V约44 460 m3，t1取10 ℃，t2取-15 ℃，代入公式（2）得Q≈411kWh，所以估算得供暖热负荷为411 kW；若t2可采用上一年的冬季月最低温度-18 ℃，t1取5 ℃，估算的热负荷为378 kW。

通过以上三组实例中的数据对比，在日常生产、生活中用体积法估算的采暖热负荷接近于设计院所提供的设计值，即体积估算法所得数据是有一定可信度的，对原有供热系统是否能满足新建、扩建和改建项目的供热需求，是否需新增供热设备等提供了快速、合理的参考数值。

与设计热负荷的对比，可以将体积估算法用于对供暖系统机组效率的核定，即实测各个工作地点的室内实际温度，算出估算值，进一步可以算出换热机组的能效比等，进一步完善采暖系统。

2.3 其它问题

笔者在实践工作中还遇到过如下问题：

本笔者所在矿井主、副井筒各有2台和5台热风机组，为确保井下采暖需求，热风机组通过高温蒸汽加热矿井进风风流，达到井下采暖需求。矿井冬季开始供暖后，热风机组需要开启几台，既能满足《煤安规程》进风井口以下的空气温度必须在2 ℃以上的要求，又能节约蒸汽资源是我需要计算的问题。

笔者根据Q=c·m（Δt）和实际吸热、放热情况Q吸≤Q放，用不等式确定室外温度和风机开启的台数，及进风流的温度范围。

3 结 语

用理想状态，建立简单关系来测一些数据，没有建立复杂的动态关系，没有动态方程，这样计算出来的结果有待检验。但是，理想状态下算出的数据范围，笔者通过实测已得到肯定答案。

参考文献：

[1] GB50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] 温信.北方地区医院门诊楼及附属居住建筑冷热负荷特性研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.