哈工大-供热工程-第1章供暖系统的设计热负荷

暖通空调1（供热工程）★建筑环境与设备工程专业绪论0-1课程内容介绍一、基本术语◆热能工程将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为热能工程◆供热工程生产、输配和应用中、低品位热能的工程技术，称为供热工程◆供热向热用户供应热能的技术◆供暖（采暖）用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术◆供热系统把热源的热通过热网送给热用户的设施◆供暖系统为使建筑物达到供暖目的，由热源或供热装置、散热设备和管道等组成的系统◆集中供暖热源和散热设备分别设置，用热媒管道相连接，由热源向各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中式供暖系统◆局部供暖热媒制备、热媒输送和热媒利用三个主要组成部分在构造上都在一起的供暖系统，称为局部供暖系统◆对流供暖以对流换热为主要方式的供暖，称为对流供暖◆辐射供暖以辐射换热为主要方式的供暖，称为辐射供暖二、集中供热系统●供热系统是指由热源通过热网向热用户供应热能的系统总称。●集中供热系统由热源、热力网（热网）和热用户三部分组成。1.热源把天然的或人造的能源形态转化为符合供热要求的热能装置；2.热网指由热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统。其主要构成包括热力管道、阀门、补偿器检查井等；3.热用户指从供热系统获得热能的用热装置。一般情况下也把用热的建筑或用热的单位称作热用户。三课程设置及学习要求1.课程设置供热系统：热源热网热用户作用：热的生产热的输送热的使用课程：《热电厂供热》《供热工程》《供暖工程》《锅炉房设备》《区域供热》《暖通空调》2.学习要求◎坚实的基础◎认真的态度◎深入的理解◎灵活的应用0-2供热工程发展概况一、人类供热事业发展的几个阶段◆原始供热：火的使用-从最原始的“钻木取火”开始，到后来人们利用火炉、火墙、火炕取暖，这种原始的供暖方式至今还有相当规模的应用。◆集中供热：蒸汽机的发明-欧洲的产业革命源于十九世纪。随着锅炉制造业的发展，1877年在美国纽约建成了世界上第一个集中供热系统—一个锅炉房向14家用户供热。◆区域供热：电的应用-从发达国家开始。二十世纪初人们开始利用发电厂汽轮机排气供热，后经逐渐改进，发展制造了热电联供机组-现代化的热电厂◆核供热：原子能和平利用-1965年起，利用原子核裂变产生的能源用于热电联产。近年来很多国家开始开发利用低温核反应堆进行集中供热，已取得很大成就二、用于供热的能源消耗1全世界范围的能源消耗二十世纪是世界能源大幅度增长的重要时期，1900年世界能源总消费量为7.75亿吨标煤（5.425亿吨标油）1950年为26.64亿吨标煤（18.65亿吨标油）；1975年增加到85.7亿吨标煤（60亿吨标油）。从1900-1950年50年中能源消费增长22倍多，而从1951-1975年25年中世界能源消费也增长了2倍多。1970年世界能源消耗总量为64.4亿吨标煤（45.08亿吨标油）1998年总消费量增长到121.67亿吨标煤（85.17亿吨标油）18年间增长接近1倍，详细的能源消费指标见表1●标煤低位发热值=7000Kcal/Kg(29308Kj/Kg)●标油低位发热值=10000Kcal/Kg(41868Kj/Kg)表0-1能源消耗指标年份能源消费总量人均能耗亿吨标煤亿吨标油千克标煤千克标油19001925195019701975198019901998199920007.7545.6526.6464.3985.7085.36108.49121.67125.70128.175.4310.9618.6545.0759.9959.7575.9485.1787.9989.7249376910801740.621401922.42050.72062.9211421363455387561218.414981345.71435.51444.0148014952中国的能源消费70年代末能源的消费总量已居世界第三位，仅次于美国和前苏联；目前已跃居世界第二，仅次于美国；但是能源消费的人均占有量我国还很低，以至低于全世界的平均水平。70年代末我国每年人均能耗只有600kg标煤（420kg标油）而当时世界平均能源为1922kg标煤（1345kg标油）。目前，全世界平均能耗1.49吨标油/人.年。中国仅为0.827吨标油/人.年。表0-2中国的能源消费及结构年份能源消费总量人均能耗能源消费结构煤:油:气:电(%)亿吨标煤亿吨标油千克标煤千克标油197019801990199820003.295.999.5413.2115.362.304.196.689.2510.753466118441066118124242859174682781:15:1:472:21:3:476:17:2:570:21:2:764:30:3:30-3中国的供热事业一、集中供热的发展◆解放前◆解放后我国的集中供热事业是从解放后开始发展的。特别是改革开放以后，城市集中供热的发展速度是很快的。据资料统计1980年在“三北”地区集中供热总面积只有1124.8万m2，集中供热普及率仅为2%。1990年“三北”地区的集中供热面积已发展到1.9亿m2，集中供热普及率12%。当年全国实现集中供热的总面积为2.13亿m2，集中供热普及率为5.6%。到2001年全国集中供热面积已达到14.63亿m2。2002年底已发展到15.6亿m2历年集中供热面积对比见表3表0-3中国集中供热面积统计（亿m2）年代设市城市集中供热面积集中供热普及率（%备注19901995199819992000200120026686636626601.96.538.79.6811.0814.6315.6121215其中住宅6.32其中住宅7.58其中住宅9.58其中住宅二、城市供热结构在城市的集中供热中：热电厂供热占总供热的62.9%；区域锅炉房占总供热的35.1%；其它占2%。全部供热面积中：公共建筑占33.1%；民用建筑占59.8%；其它占7.1%。三、集中供热普及率目前全国的集中供热普及率还不到20%北欧的丹麦全国集中供热普及率已超过40%芬兰全国集中供热普及率2000年达50%；95年统计，我国城市的集中供热普及率：北京为40%，哈尔滨为36%。2002统计，年哈尔滨集中供热普及率为45%；而莫斯科市早在80年代就已达到100%；丹麦城市集中供热普及率为78%；其第二大城市奥胡斯市90年热化率已达95%；芬兰赫尔辛基集中供热普及率85年已达到84%；规划2000年达到92%。四、资源现状据2000年12月30日《世界能源导报》报到:我国一次能源已探明可采储量中煤炭为1145亿吨（可采54年—81年）石油为32.74亿吨（可采15年—20年）天然气为11704亿m3（可采28年—58年）由此可见，以煤为主的能源消费结构仍将维持相当长一段时间。我国资源现状与世界对比以下数据指已探明的可采储量表0-4比较种类中国储量亿吨标煤人均储量亿吨标煤世界储量亿吨标煤人均储量亿吨标煤煤炭15551487605155石油34.33.26136127.7天然气10.61.01135527.6五、对我国供热事业的评价1．高参数、大容量供热机组热电厂和大型区域锅炉的兴建；2．改造凝汽式发电厂为热电厂，采用汽轮机汽缸开孔抽汽或在导汽管开孔抽汽，或利用凝汽器低真空运行；3．集中供热系统型式多样化。多热源联合供热系统、热网与供暖用户采用间接连接、环形热网和利用变速循环水泵；4．预制供热保温管道直埋敷设的较广泛应用；5．新型的供热管道附件和设备推广应用。波纹管补偿器、球形补偿器，蝶阀和手动调节阀等；6．集中供热系统优化设计供热系统的自控，微机监控系统；7．规范化管理建设部颁布了《城市热力网设计规范》(CJJ34—2002)和《城市供热管网工程施工及验收规范》(CJJ28—89)《城市供热管网工程质量检验评定标准》（CJJ38-1990）《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-1998）《供热术语标准》（CJJ55-93）《供热工程制图标准》（CJJ/T78-97）等设计、施工基础资料。第一章供暖系统设计热负荷1-1供暖系统设计热负荷一、热负荷定义供热系统的热用户（或用热设备）在单位时间内所需的供热量。包括供暖、通风、空调、生产工艺和热水供应等意义是供热系统最基础的数据。它决定着系统方案的选择、管道和设备确定、系统使用效果和经济效果。二、供暖系统热负荷定义在某一室外温度tW下,为达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。其值随室外气温变化而改变。1-1供暖系统设计热负荷室内温度tn室外气温tW时,失热量QS得热量Qd为维持室温恒定，补充热量Q=QS―Qd三、房间得失热量分析失热量QS：得热量Qd：围护结构传热耗热量Q1工艺设备散热量Q7冷风渗透耗热量Q2非供暖管道散热量Q8冷风侵入耗热量Q3热物料散热量Q9水分蒸发耗热量Q4太阳辐射散热量Q10冷物料耗热量Q5其他散热量Q11通风耗热量Q6补充房间的热量Q=QS―Qd=ΣQ1-6-ΣQ7-11四、供暖系统设计热负荷定义在设计室外温度tW´下，为达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。设计热负荷表达式为区别一般运行状态和设计状态下的参数，在字母的右上角加“´”的为设计状态下参数，不加“´”的为运行状态参数。因此，供暖设计热负荷以Q´表示：Q´=ΣQ1´-6-ΣQ´7-11考虑一般民用（含办公）建筑，室内无其他得失热量因素，上式可简化为：Q´=Q1´+Q2´+Q3´-Q10又考虑到太阳辐射因素的不稳定性，势必增加计算的复杂性，公式中略去该项，而采取附加的方法计算。从而公式简化为：Q´=Q1´+Q2´+Q3´W（1-1）1-2围护结构传热耗热量围护结构传热耗热量Q´1在计算时分为两部分：一部分是按稳定传热计算的基本耗热量Q´j，另一部分是考虑若干不稳定传热因素而引出的附加（修正）耗热量Q´f。即Q1´=Qj´+Qf´一、围护结构基本耗热量Qj´=ΣKF(tn-tW´)aW(1-2)式中K—围护结构的传热系数，W/m2.℃；F--围护结构的传热面积，m2；tn—冬季室内计算温度，℃；tW´--供暖室外计算温度，℃；a—温差修正系数。1-2围护结构传热耗热量一、围护结构基本耗热量(一)室内计算温度tn距地面2m以下人们生活、工作区的温度，与房间使用性质、生活习惯、国民经济发展有关。一般在16-22℃之间。据文献报道18℃无冷感，15℃为明显冷感界限。暖通规范（GBJ19-87）规定：民用建筑主要房间16℃--18℃生产厂房工作地点轻作业≮15℃；中作业≮12℃；重作业≮10℃辅助建筑及房间见附录11-2围护结构传热耗热量一、围护结构基本耗热量（二）供暖室外计算温度tW´原苏联采用热惰性原理法确定：50年中最冷八个冬季里最冷连续5天的日平均温度，我国曾在70年代前采用。目前我国采用不保证天数法确定：应采用历年平均（每年）不保证5天的日平均温度。不保证天数法确定的tW´比热惰性原理法确定tW´普遍高1-4℃。一、围护结构基本耗热量（三）温差修正系数atXtW´与不供暖房间接触的围护结构和与tntX大气不直接接触的房间闷顶，计算传热时，温度tX不易确定。简化计算时，仍以公式（1-2）代替，此时有如下关系：KF(tn-tX)=KF(tn-tW´)a从而可得出a=(tn-tX)/(tn-tW´)≤1不同条件下的温差修正系数值见附录1-2一、围护结构基本耗热量(四)围护结构的传热系数K1．多层均质材料传热系数按平壁传热计算W/m2.℃(1-3)式中R—围护结构总热阻m2.℃/W；—围护结构内表面放热热系数、热阻W/m2.℃，m2.℃/W,见表1-1；—外表面放热热系数、热阻W/m2.℃，m2.℃/W，见表1-2；WJnWiinRRRRK