热负荷介绍

内燃机的热负荷包含两个方面的涵义,一是指受热零件的温度,二是指零件的温度差。

通常用热流量来表征零件的热负荷,其在不同的情况下,可用不同的参数来表述。在热流作用下,q=α(Tg-Tw)，取决于换热系数和热传导条件,在零件上会形成一定的温度场。零件上的每一点可由该点的温度及其周围的温度梯度来表征。热流量越大,零件受热壁面上的温度越高,以及热应力也越大。

通过对不同型式内燃机的受热零件的温度、温度分布和热流量进行测量,以及用实验求得内燃机运转因素和一些结构因素对零件温度,热流量的影响,可以从中找出它们之间的基本规律,预先估计内燃机零件的热负荷,判断内燃机的强化潜力,也为设计和改进零部件时,控制零件热负荷提供一定的依据。

热负荷计算公式

当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式为:

Q1 Q2 Q3=Q4 Q5 Q6

式中Q1—物料带入设备的热量，kJ；Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ；Q3—过程的热效应，kJ；Q4—物料带出设备的热量，kJ；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ；Q6—设备向环境散失的热量，kJ。

在上式时，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情况。例如，当反应放热时，Q3取“ ”号；反之，当反应吸热时，Q3取“-”号，这与热力学中的规定正好相反。

由热量平衡方程式可求出Q2，即设备的热负荷。若Q2为正值，表明需要向设备及所处理的物料提供热量，即需要加热；反之，则表明需要从设备及所处理的物料移走热量，即需要冷却。此外，对于间歇操作，由于不同时间段内的操作情况可能不同，因此，应按不同的时间段分别计算Q2的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。

为求出Q2，必须求出式中其它各项热量的值。

城市集中供热系统原始资料。集中供热系统的热负荷主要有采暖、通风、热水供应和生产工艺等热负荷。其中采暖和通风用热是季节性热负荷，而热水供应和生产工艺用热则多是常年性热负荷。季节性热负荷随气候条件而变化,在一年中变化很大,但在一天内波动较小。常年性热负荷受气候条件影响较小，在一年中变化不大，但在一天内波动大，特别是对非全天需热的用户。

采暖热负荷

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。

在制订城市或区域供热规划或设计其供热系统时，往往缺乏确切的原始资料,一般只能用热指标法估算,即用单位建筑面积的热指标乘以建筑面积，得出采暖的设计热负荷Q(瓦)。用公式表示为：

Q=q_fF

q_f--单位建筑面积热指标(W/㎡)；

F--建筑面积(㎡)

如已知房屋体积，也可采用每立方米建筑体积在室内外温差为1°C时的热指标q_v【W/(m³·°C)】计算：

Q=q_vV(t_n-t_w)

q_v--热流密度（W/(m³·°C)）_；

V--建筑体积(m³)；

t_n--室内计算温度（°C）；

t_w--采暖室外计算温度（°C）。

采暖热指标qv和qf的大小与建筑物围护结构的传热系数、外围体积、密闭性或通风条件、建筑物的类型和外形以及墙窗面积比等许多因素有关，通常是依据实际工程统计分析而得，设计时可参考有关部门提供的资料，结合具体情况选用。

一、围护结构的耗热量

1.围护结构的基本耗热量

Q_j=αA_jK_j(t_R-t_ow)

Q_j--j部分围护结构的基本耗热量，W；

A_j--j部分围护结构的表面积，m²；

K_j--j部分围护结构的传热系数，W/（m²*℃）；

t_R--冬季室内计算温度，℃；

t_ow-- 采暖室外计算温度，℃；

α --围护结构的温差修正系数。

2.维护结构附加耗热量

（1）朝向修正率

不同朝向的围护结构，收到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和频率也不 同。因此对不同的垂直外围护结构进行修正。修正率为：

北、东北、西北： 0~10%

东、西： -5%

东南、西南 -10%~-15%

南 -15%~-30%

选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。冬季日照率小于35%的低区，东南、西 南、南向的修正率宜采用-10%~0，其他朝向可不修正。

（2）风力附加率

在不蔽风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑，垂直的外护结构热负荷附加5%~10%。

（3）外门附加率

为加热开启外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上相应的附加率。阳台门不应该考虑外门附加率。

（4) 高度附加率

由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量加大。因此当民用建筑物和工业企业辅助建筑物的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%，但最大附加率不超过15%。

二、门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

Q_i=0.278Lρ_aoC_p(t_R-t_oh)

Q_i--为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；

L--渗透冷空气量，m³/h；

ρ_ao--采暖室外计算温度下空气密度，kg/m3；

C_p--空气定压比热，Cp=1kJ/（kg*℃）；

t_R--冬季室内计算温度，℃；

t_oh--采暖室外计算温度，℃。

通风热负荷

在某些民用建筑以及工厂车间中，经常排出污浊的空气，并引进室外新鲜空气。在采暖季节，为了加热新鲜空气而消耗的热量，称为通风热负荷。一般住宅只有排气通风，不采用有组织的进气通风，它的通风用热量包括在采暖热指标中，不另计算通风热负荷。通风热负荷可采用换气次数或通风热指标法估算。

热水供应热负荷

日常生活用热水的用热量。一般根据用水人数、水温及用水定额估算。

生产工艺热负荷

主要用于生产过程的加热、烘干、蒸煮、清洗等工艺,或用于拖动机械的动力设备(如汽锤、汽泵等)。由于用热设备和用热方式繁多,生产工艺热负荷一般按实测数据，或用单位产量的耗热概算指标估算。如无实测资料，可参考工厂以往的燃料耗量、锅炉效率等因素估算热负荷。

在确定供热系统的热负荷时，除综合上述各种用户的热负荷外，还应加上热网的热损失。由于用户一般并非同时满负荷、连续用热，因此，还需确定系统的平均热负荷值、最大热负荷值、设备的同时使用系数等，以便选择热源和设计供热系统。

在供热工程规划设计过程中，需要绘制热负荷延续时间图。热负荷延续时间图的特点与热负荷时间图不同，在热负荷延续时间图中，热负荷不是按出现时间的先后来排列，而是按数值的大小来排列。热负荷延续时间图需要有热负荷随室外温度变化曲线和室外气温变化规律的资料才能绘出。 2100433B

热负荷时间图的特点是图中热负荷的大小按照它们出现的先后排列。热负荷时间图中的时间期限可长可短，可以是一天、一个月或一年，相应称为全日热负荷图、月热负荷图和年热负荷图。

热负荷图全日热负荷图

全日热负荷图用以表示整个热源或用户的热负荷，在一昼夜中每小时变化的情况。

全日热负荷图是以小时为横坐标，以小时热负荷为纵坐标，从零开始逐时绘制的。

对全年性热负荷，如前描述，它受室外温度影响不大，但在全天中小时的变化较大，因此，对生产工艺热负荷，必须绘制全日热负荷为集中供热系统提供基础数据。

一般来说，工厂生产不可能每天一致，冬夏期间总会有差别。因此i，许分别绘制出冬季和夏季典型工作日的全日生产工艺热负荷图，由此确定生产工艺的最大、最小热负荷和冬季、夏季平均热负荷值。

对季节性的供暖、通风等热负荷，它的大小主要取决于室外温度，而在全天中小时的变化不大（对工业厂房供暖、通风热负荷，会受工作制度影响而有些规律性的变化）。通常用它的热负荷随室外温度变化图来反映热负荷变化的规律。

热负荷图年度热负荷图

年度热负荷图是以一年中的月份为横坐标，以每月的热负荷为纵坐标绘制的负荷时间图。下图为典型全年热负荷的示意图，对季节性的供暖、通风热负荷，可根据该月份的室外平均温度确定，热水供应热负荷按平均每小时热负荷确定，生产工艺热负荷可根据日平均热负荷确定。年热负荷图是规划供热系统全年运行的原始资料，也是用来制订设备维修计划和安排职工休假日等方面的基本参考资料。

热负荷制定的原则是：在具体操作条件下，火焰温度能达到耐火材料(炉顶)所允许承受的最高温度；格子砖达到允许的高温而不被烧坏，整个炉役期内炉子的热效率和产量最高。不同吨位炉子的热负荷不同，例如100t平炉的平均热负荷为(85~105)×10⁶kJ/h，300t平炉的平均热负荷为(120~140)×10⁶kJ/h。采用高发热值燃料(天然气、重油)比低发热值燃料(高炉和焦炉的混合煤气等)的热负荷增大10%~20%。碱性平炉比酸性平炉的平均热负荷高10%~15%。固定式平炉的热负荷小于倾动式平炉。老炉子的热负荷比新炉子的大5%~20% 。