熱負荷

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。

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
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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=qfF
qf--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qv【W/(m3·°C)】計算:
Q=qvV(tn-tw)
qv--熱流密度(W/(m3·°C))
V--建築體積(m3);
tn--室內計算溫度(°C);
tw--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
Qj=αAjKj(tR-tow)
Qj--j部分圍護結構的基本耗熱量,W;
Aj--j部分圍護結構的表面積,m2
Kj--j部分圍護結構的傳熱係數,W/(m2*℃);
tR--冬季室內計算溫度,℃;
tow-- 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
Qi=0.278LρaoCp(tR-toh)
Qi--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;
ρao--採暖室外計算溫度下空氣密度,kg/m3;
Cp--空氣定壓比熱,Cp=1kJ/(kg*℃);
tR--冬季室內計算溫度,℃;
toh--採暖室外計算溫度,℃。
熱負荷計算公式熱負荷計算公式
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。

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