熱負(fù)荷基本信息

熱負(fù)荷介紹

內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)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(fù)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(dǎo)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(yīng)力也越大。

通過對不同型式內(nèi)燃機(jī)的受熱零件的溫度、溫度分布和熱流量進(jìn)行測量,以及用實驗求得內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)因素和一些結(jié)構(gòu)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(yù)先估計內(nèi)燃機(jī)零件的熱負(fù)荷,判斷內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化潛力,也為設(shè)計和改進(jìn)零部件時,控制零件熱負(fù)荷提供一定的依據(jù)。

熱負(fù)荷計算公式

當(dāng)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(yīng)平衡，由此可得出傳熱設(shè)備的熱量平衡方程式為:

Q1 Q2 Q3=Q4 Q5 Q6

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

在上式時，應(yīng)注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正負(fù)兩種情況。例如，當(dāng)反應(yīng)放熱時，Q3取“ ”號；反之，當(dāng)反應(yīng)吸熱時，Q3取“-”號，這與熱力學(xué)中的規(guī)定正好相反。

由熱量平衡方程式可求出Q2，即設(shè)備的熱負(fù)荷。若Q2為正值，表明需要向設(shè)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(shè)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(yīng)按不同的時間段分別計算Q2的值，并取其最大值作為設(shè)備熱負(fù)荷的設(shè)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(fù)荷主要有采暖、通風(fēng)、熱水供應(yīng)和生產(chǎn)工藝等熱負(fù)荷。其中采暖和通風(fēng)用熱是季節(jié)性熱負(fù)荷，而熱水供應(yīng)和生產(chǎn)工藝用熱則多是常年性熱負(fù)荷。季節(jié)性熱負(fù)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(fù)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(fù)荷

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)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。采暖設(shè)計熱負(fù)荷是指當(dāng)室外溫度為采暖室外計算溫度時，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(shè)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(biāo)法估算,即用單位建筑面積的熱指標(biāo)乘以建筑面積，得出采暖的設(shè)計熱負(fù)荷Q(瓦)。用公式表示為：

Q=q_fF

q_f--單位建筑面積熱指標(biāo)(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(biāo)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(biāo)qv和qf的大小與建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、外圍體積、密閉性或通風(fēng)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(guān)，通常是依據(jù)實際工程統(tǒng)計分析而得，設(shè)計時可參考有關(guān)部門提供的資料，結(jié)合具體情況選用。

一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量

1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量

Q_j=αA_jK_j(t_R-t_ow)

Q_j--j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，W；

A_j--j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積，m²；

K_j--j部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。

2.維護(hù)結(jié)構(gòu)附加耗熱量

（1）朝向修正率

不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，收到的太陽輻射熱量是不同的；同時，不同的朝向，風(fēng)的速度和頻率也不 同。因此對不同的垂直外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)考慮當(dāng)?shù)囟救照章始拜椛鋸?qiáng)度的大小。冬季日照率小于35%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(fēng)力附加率

在不蔽風(fēng)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(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)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(fēng)幕的外門，可以用外門的基本耗熱量乘上相應(yīng)的附加率。陽臺門不應(yīng)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(dāng)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(fēng)熱負(fù)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(jìn)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(fēng)熱負(fù)荷。一般住宅只有排氣通風(fēng)，不采用有組織的進(jìn)氣通風(fēng)，它的通風(fēng)用熱量包括在采暖熱指標(biāo)中，不另計算通風(fēng)熱負(fù)荷。通風(fēng)熱負(fù)荷可采用換氣次數(shù)或通風(fēng)熱指標(biāo)法估算。

熱水供應(yīng)熱負(fù)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(fù)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(jī)械的動力設(shè)備(如汽錘、汽泵等)。由于用熱設(shè)備和用熱方式繁多,生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷一般按實測數(shù)據(jù)，或用單位產(chǎn)量的耗熱概算指標(biāo)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(fù)荷。

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

在供熱工程規(guī)劃設(shè)計過程中，需要繪制熱負(fù)荷延續(xù)時間圖。熱負(fù)荷延續(xù)時間圖的特點與熱負(fù)荷時間圖不同，在熱負(fù)荷延續(xù)時間圖中，熱負(fù)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(fù)荷延續(xù)時間圖需要有熱負(fù)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(fù)荷時間圖的特點是圖中熱負(fù)荷的大小按照它們出現(xiàn)的先后排列。熱負(fù)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(yīng)稱為全日熱負(fù)荷圖、月熱負(fù)荷圖和年熱負(fù)荷圖。

熱負(fù)荷圖全日熱負(fù)荷圖

全日熱負(fù)荷圖用以表示整個熱源或用戶的熱負(fù)荷，在一晝夜中每小時變化的情況。

全日熱負(fù)荷圖是以小時為橫坐標(biāo)，以小時熱負(fù)荷為縱坐標(biāo)，從零開始逐時繪制的。

對全年性熱負(fù)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(fù)荷，必須繪制全日熱負(fù)荷為集中供熱系統(tǒng)提供基礎(chǔ)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(fù)荷圖，由此確定生產(chǎn)工藝的最大、最小熱負(fù)荷和冬季、夏季平均熱負(fù)荷值。

對季節(jié)性的供暖、通風(fēng)等熱負(fù)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(fēng)熱負(fù)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(fù)荷隨室外溫度變化圖來反映熱負(fù)荷變化的規(guī)律。

熱負(fù)荷圖年度熱負(fù)荷圖

年度熱負(fù)荷圖是以一年中的月份為橫坐標(biāo)，以每月的熱負(fù)荷為縱坐標(biāo)繪制的負(fù)荷時間圖。下圖為典型全年熱負(fù)荷的示意圖，對季節(jié)性的供暖、通風(fēng)熱負(fù)荷，可根據(jù)該月份的室外平均溫度確定，熱水供應(yīng)熱負(fù)荷按平均每小時熱負(fù)荷確定，生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷可根據(jù)日平均熱負(fù)荷確定。年熱負(fù)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(shè)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(fù)荷制定的原則是：在具體操作條件下，火焰溫度能達(dá)到耐火材料(爐頂)所允許承受的最高溫度；格子磚達(dá)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(fù)荷不同，例如100t平爐的平均熱負(fù)荷為(85~105)×10⁶kJ/h，300t平爐的平均熱負(fù)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?fàn)t的混合煤氣等)的熱負(fù)荷增大10%~20%。堿性平爐比酸性平爐的平均熱負(fù)荷高10%~15%。固定式平爐的熱負(fù)荷小于傾動式平爐。老爐子的熱負(fù)荷比新爐子的大5%~20% 。