熱負(fù)荷估算法及其運(yùn)用

白旭光

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平也隨之提高，從冬季供暖來(lái)說(shuō)，在五六十年代大多數(shù)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(chǎn)生，人們的供暖問(wèn)題雖然在一定程度上得到了改善，但隨之產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題不言而喻，很多企業(yè)也對(duì)這些問(wèn)題做了很多探討，文章主要以熱負(fù)荷為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：供暖；熱負(fù)荷；估算；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TU111.19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）29-0061-02

冬季供暖問(wèn)題一直以來(lái)都受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，尤其北方企業(yè)入冬取暖問(wèn)題更加突出，供暖是企業(yè)生產(chǎn)及職工溫暖、舒適過(guò)冬的保證。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，新建、擴(kuò)建、改造項(xiàng)目逐漸增多，原有基礎(chǔ)建筑所配套設(shè)計(jì)使用的供熱系統(tǒng)是否滿足要求，是否需要新增換熱設(shè)備等，需快速、合理的給出熱負(fù)荷估算值，以便參考。

1 熱負(fù)荷的體積估算法

體積估算法其實(shí)是對(duì)能量守恒定律的最簡(jiǎn)單、直觀的應(yīng)用。根據(jù)公式：

Q=c·m（Δt） （1）

其中Q是指當(dāng)室外溫度為采暖計(jì)算溫度時(shí)， 為了達(dá)到要求的室內(nèi)溫度，供熱系統(tǒng)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(jì)算室內(nèi)空氣質(zhì)量，取空氣的密度為1.293 kg/m3，即m=1.293 V，V表示所計(jì)算室內(nèi)的體積大??；

Δt為供熱要求達(dá)到的室內(nèi)溫度t1與室外采暖計(jì)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?yàn)椴膳療嶝?fù)荷是指在冬季某一室外溫度下，為達(dá)到要求的室內(nèi)溫度，供熱系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)向建筑物供給的熱量。

采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷是指當(dāng)室外溫度為采暖室外計(jì)算溫度時(shí)，為了達(dá)到上述所要求的室內(nèi)溫度，供熱系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)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(tǒng)向建筑物供給的所需熱量與熱負(fù)荷之間的關(guān)系。

根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)室內(nèi)溫度t1的選用，應(yīng)采用下列規(guī)定：

①民用建筑，宜采用16～24 ℃；

②工業(yè)建筑的工作地點(diǎn)，宜采用：輕作業(yè)18～21 ℃，中作業(yè)16～18 ℃，重作業(yè)14～16 ℃，過(guò)重作業(yè)12～14 ℃。（注：作業(yè)種類的劃分，應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行的《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ1）執(zhí)行；當(dāng)每名工人占用較大面積（50～100 m2）時(shí)，輕作業(yè)時(shí)可低至10 ℃；中作業(yè)時(shí)可低至7 ℃；重作業(yè)時(shí)可低至5 ℃。）

③輔助建筑物及輔助用室，不應(yīng)低于下列數(shù)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(dāng)工藝或使用條件有特殊要求時(shí)，各類建筑物的室內(nèi)溫度可按照國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范執(zhí)行。）

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

上述即體積估算法求采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷。

2 熱負(fù)荷的可靠性、可信度分析

2.1 確定熱量

在設(shè)計(jì)規(guī)范中，冬季采暖通風(fēng)系統(tǒng)的熱負(fù)荷，應(yīng)根據(jù)建筑物下列散失和獲得的熱量確定：①圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量；②加熱由門窗縫隙滲入室內(nèi)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(fā)的耗熱量；⑤加熱由外部運(yùn)入的冷物料和運(yùn)輸工具的耗熱量；⑥通風(fēng)耗熱量；⑦最小負(fù)荷班的工藝設(shè)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(guò)其他途徑散失或獲得的熱量。

（注：不經(jīng)常發(fā)生的散熱量，可不計(jì)算；經(jīng)常而不穩(wěn)定的發(fā)生散熱量，采用小時(shí)平均值。）

其計(jì)算復(fù)雜且量大，數(shù)值準(zhǔn)確性高但不便較快提供參考數(shù)值，而體積估算只需核實(shí)建筑物體積的大小，即能夠較快提供參考數(shù)值。體積估算能否提供較有價(jià)值的參考數(shù)值，有待我們進(jìn)一步證明，參考下面實(shí)例：

某煤電一體化企業(yè)采用集中式供暖，內(nèi)設(shè)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(qū)生活、生產(chǎn)系統(tǒng)采暖。

2.2 舉例說(shuō)明

例一：該企業(yè)公寓樓采暖通風(fēng)工程設(shè)計(jì)中：供暖熱負(fù)荷為729.8 kW，供暖建筑面積為19 000 m2，建筑平面熱指標(biāo)為38.4 W/㎡，室內(nèi)溫度20 ℃，室外計(jì)算溫度-15 ℃。現(xiàn)采用體積估算法估算：?jiǎn)紊砉Ⅲw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(fù)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(fù)荷為788 kW。

例二：該企業(yè)辦公樓采暖通風(fēng)工程設(shè)計(jì)中：供暖熱負(fù)荷為470 kW，供暖建筑面積為7 280 ㎡，建筑平面熱指標(biāo)為64.6W/㎡，辦公室溫度20 ℃，室外計(jì)算溫度-15 ℃?，F(xiàn)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(fù)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(fù)荷為496 kW。

例三：該企業(yè)礦井修理車間、綜采設(shè)備庫(kù)庫(kù)采暖通風(fēng)工程設(shè)計(jì)中：供暖熱負(fù)荷為371.6 kW，室內(nèi)溫度10 ℃，室外計(jì)算溫度-15 ℃?，F(xiàn)采用體積估算法估算：車間及庫(kù)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(fù)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(fù)荷為378 kW。

通過(guò)以上三組實(shí)例中的數(shù)據(jù)對(duì)比，在日常生產(chǎn)、生活中用體積法估算的采暖熱負(fù)荷接近于設(shè)計(jì)院所提供的設(shè)計(jì)值，即體積估算法所得數(shù)據(jù)是有一定可信度的，對(duì)原有供熱系統(tǒng)是否能滿足新建、擴(kuò)建和改建項(xiàng)目的供熱需求，是否需新增供熱設(shè)備等提供了快速、合理的參考數(shù)值。

與設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的對(duì)比，可以將體積估算法用于對(duì)供暖系統(tǒng)機(jī)組效率的核定，即實(shí)測(cè)各個(gè)工作地點(diǎn)的室內(nèi)實(shí)際溫度，算出估算值，進(jìn)一步可以算出換熱機(jī)組的能效比等，進(jìn)一步完善采暖系統(tǒng)。

2.3 其它問(wèn)題

筆者在實(shí)踐工作中還遇到過(guò)如下問(wèn)題：

本筆者所在礦井主、副井筒各有2臺(tái)和5臺(tái)熱風(fēng)機(jī)組，為確保井下采暖需求，熱風(fēng)機(jī)組通過(guò)高溫蒸汽加熱礦井進(jìn)風(fēng)風(fēng)流，達(dá)到井下采暖需求。礦井冬季開(kāi)始供暖后，熱風(fēng)機(jī)組需要開(kāi)啟幾臺(tái)，既能滿足《煤安規(guī)程》進(jìn)風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2 ℃以上的要求，又能節(jié)約蒸汽資源是我需要計(jì)算的問(wèn)題。

筆者根據(jù)Q=c·m（Δt）和實(shí)際吸熱、放熱情況Q吸≤Q放，用不等式確定室外溫度和風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)，及進(jìn)風(fēng)流的溫度范圍。

3 結(jié) 語(yǔ)

用理想狀態(tài)，建立簡(jiǎn)單關(guān)系來(lái)測(cè)一些數(shù)據(jù)，沒(méi)有建立復(fù)雜的動(dòng)態(tài)關(guān)系，沒(méi)有動(dòng)態(tài)方程，這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果有待檢驗(yàn)。但是，理想狀態(tài)下算出的數(shù)據(jù)范圍，筆者通過(guò)實(shí)測(cè)已得到肯定答案。

參考文獻(xiàn)：

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