熱負荷

在內燃機領域熱負荷是指燃料在燃燒器中（如燃氣具、燃氣熱水器、燃氣取暖爐、內燃機、火箭發動機燃燒室）燃燒時單位時間內所釋放的熱量。在燃燒器中，其計算式為：熱負荷=燃料消耗量*燃料低熱值。熱負荷的大小是由主燃燒器燃料消耗量的大小等因素決定的。

在供暖系統中熱負荷指需要維持房間熱平衡單位時間所需供給的熱量。

基本介紹

• 中文名：熱負荷
• 外文名：Heat load
• 作用：衡量燃燒器性能的重要技術參數
• 影響因素：形式、燃料和助燃劑
• 相關公式：Qj=AjKj(tR-tow)α
• 學科分類：工程熱力學、傳熱學

基本信息

介紹

內燃機的熱負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荷,其在不同的情況下,可用不同的參數來表述。在熱流作用下,q=α(Tg-Tw)，取決於換熱係數和熱傳導條件,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,以及熱應力也越大。

通過對不同型式內燃機的受熱零件的溫度、溫度分布和熱流量進行測量,以及用實驗求得內燃機運轉因素和一些結構因素對零件溫度,熱流量的影響,可以從中找出它們之間的基本規律,預先估計內燃機零件的熱負荷,判斷內燃機的強化潛力,也為設計和改進零部件時,控制零件熱負荷提供一定的依據。

計算公式

當內能、動能、勢能的變化量可以忽略且無軸功時，輸入系統的熱量與離開系統的熱量應平衡，由此可得出傳熱設備的熱量平衡方程式為:

Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6

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

在上式時，應注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正負兩種情況。例如，當反應放熱時，Q3取“+”號；反之，當反應吸熱時，Q3取“-”號，這與熱力學中的規定正好相反。

由熱量平衡方程式可求出Q2，即設備的熱負荷。若Q2為正值，表明需要向設備及所處理的物料提供熱量，即需要加熱；反之，則表明需要從設備及所處理的物料移走熱量，即需要冷卻。此外，對於間歇操作，由於不同時間段內的操作情況可能不同，因此，應按不同的時間段分別計算Q2的值，並取其最大值作為設備熱負荷的設計依據。

為求出Q2，必須求出式中其它各項熱量的值。

供熱系統中

城市集中供熱系統原始資料。集中供熱系統的熱負荷主要有採暖、通風、熱水供應和生產工藝等熱負荷。其中採暖和通風用熱是季節性熱負荷，而熱水供應和生產工藝用熱則多是常年性熱負荷。季節性熱負荷隨氣候條件而變化,在一年中變化很大,但在一天內波動較小。常年性熱負荷受氣候條件影響較小，在一年中變化不大，但在一天內波動大，特別是對非全天需熱的用戶。

採暖熱負荷

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築物供給的熱量。採暖設計熱負荷是指當室外溫度為採暖室外計算溫度時，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築物供給的熱量。
在制訂城市或區域供熱規劃或設計其供熱系統時，往往缺乏確切的原始資料,一般只能用熱指標法估算,即用單位建築面積的熱指標乘以建築面積，得出採暖的設計熱負荷Q(瓦)。用公式表示為：
Q=q_fF
q_f--單位建築面積熱指標(W/㎡)；
F--建築面積(㎡)
如已知房屋體積，也可採用每立方米建築體積在室內外溫差為1°C時的熱指標q_v【W/(m³·°C)】計算：
Q=q_vV(t_n-t_w)

q_v--熱流密度（W/(m³·°C)）_；

V--建築體積(m³)；
t_n--室內計算溫度（°C）；
t_w--採暖室外計算溫度（°C）。
採暖熱指標qv和qf的大小與建築物圍護結構的傳熱係數、外圍體積、密閉性或通風條件、建築物的類型和外形以及牆窗面積比等許多因素有關，通常是依據實際工程統計分析而得，設計時可參考有關部門提供的資料，結合具體情況選用。

一、圍護結構的耗熱量
1.圍護結構的基本耗熱量
Q_j=αA_jK_j(t_R-t_ow)

Q_j--j部分圍護結構的基本耗熱量，W；
A_j--j部分圍護結構的表面積，m²；
K_j--j部分圍護結構的傳熱係數，W/（m²*℃）；
t_R--冬季室內計算溫度，℃；
t_ow-- 採暖室外計算溫度，℃；
α --圍護結構的溫差修正係數。
2.維護結構附加耗熱量
（1）朝向修正率
不同朝向的圍護結構，收到的太陽輻射熱量是不同的；同時，不同的朝向，風的速度和頻率也不 同。因此對不同的垂直外圍護結構進行修正。修正率為：
北、東北、西北： 0~10%
東、西： -5%
東南、西南 -10%~-15%
南 -15%~-30%
選用修正率時應考慮當地冬季日照率及輻射強度的大小。冬季日照率小於35%的低區，東南、西 南、南向的修正率宜採用-10%~0，其他朝向可不修正。
（2）風力附加率
在不蔽風的高地、河邊、海岸、曠野上的建築物以及城鎮、廠區內特別高的建築，垂直的外護結構熱負荷附加5%~10%。
（3）外門附加率
為加熱開啟外門時侵入的冷空氣，對於短時間開啟無熱風幕的外門，可以用外門的基本耗熱量乘上相應的附加率。陽台門不應該考慮外門附加率。
（4) 高度附加率
由於室內溫度梯度的影響，往往使房間上部的傳熱量加大。因此當民用建築物和工業企業輔助建築物的房間淨高超過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--採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--冬季室內計算溫度，℃；

t_oh--採暖室外計算溫度，℃。

熱負荷計算公式

通風熱負荷

在某些民用建築以及工廠車間中，經常排出污濁的空氣，並引進室外新鮮空氣。在採暖季節，為了加熱新鮮空氣而消耗的熱量，稱為通風熱負荷。一般住宅只有排氣通風，不採用有組織的進氣通風，它的通風用熱量包括在採暖熱指標中，不另計算通風熱負荷。通風熱負荷可採用換氣次數或通風熱指標法估算。

熱水供應熱負荷

日常生活用熱水的用熱量。一般根據用水人數、水溫及用水定額估算。

生產工藝熱負荷

主要用於生產過程的加熱、烘乾、蒸煮、清洗等工藝,或用於拖動機械的動力設備(如汽錘、汽泵等)。由於用熱設備和用熱方式繁多,生產工藝熱負荷一般按實測數據，或用單位產量的耗熱概算指標估算。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荷。

在確定供熱系統的熱負荷時，除綜合上述各種用戶的熱負荷外，還應加上熱網的熱損失。由於用戶一般並非同時滿負荷、連續用熱，因此，還需確定系統的平均熱負荷值、最大熱負荷值、設備的同時使用係數等，以便選擇熱源和設計供熱系統。