集中供热系统的热源、热媒和热负荷解析

1.集中供热系统的热媒及参数的选择

（1）集中供热系统的热媒。集中供热系统的热媒主要有热水和蒸汽。

1）水作为热媒与蒸汽相比的优点。

①热水供热系统的热能利用率高。在热水供热系统中，没有凝结水和蒸汽泄漏及二次蒸汽的热损失，因而热能利用率比蒸汽供热系统好。实践证明，一般可节省燃料20%～40%。

②以水作为热媒用于供暖系统时，可以通过改变供水温度来进行供热调节，既能减少热网热损失，又能满足卫生要求。

③热水供热系统的蓄热能力高，由于系统中水量多，水的比热容大，因此在水力工况短时间失调时，也不会引起供暖工况的很大波动。

④热水供热系统可以远距离输送，供热半径大。

2）蒸汽作为热媒与水相比的优点。

①蒸汽作为热媒的适用面广，能满足多种热用户的要求，特别是生产工艺用热，多要求以蒸汽作为热媒进行供热。

②与热水供热管网输送网路循环水所消耗的电能相比，蒸汽网路中输送凝结水所耗的电能要少得多。

③蒸汽在散热器或热交换器中，温度和传热系数都比水高，可以减少散热设备的面积，降低设备费用。

④蒸汽的密度小，在一些起伏很大的地区或高层建筑中，不会产生像热水系统那样大的静水压力，用户的连接方式也简单，运行也较方便。

3）集中供热系统热媒的选择。

①对热电厂供热系统来说，可以利用低位热能的热用户（如供暖、通风、热水供应等），应首先考虑以热水作为热媒。对于生产工艺热用户，通常以蒸汽作为热媒。

②对以区域锅炉房作为热源的集中供热系统，在只有供暖、通风和热水供应热负荷的情况下，应采用热水为热媒，同时应考虑高温水供热的可能性。

③对于工业区的集中供热，考虑到既有生产工艺热负荷，也有供暖通风等热负荷，所以多以蒸汽作为热媒来满足生产工艺用热要求。若以生产工艺用热量为主，且厂区供暖时间不长，则考虑用蒸汽向全厂供热；若厂区供暖用热量大、供热时间长，则采用单独的热水供暖系统向各建筑物供暖。

应根据建筑物的用途、供热情况以及当地气象条件等，经技术经济比较后，选择确定。

（2）集中供热系统热媒参数的选择。

1）热水热力网的最佳设计供、回水温度，应结合具体工程条件，考虑热源、管网、户内系统等方面的因素，进行技术经济比较后确定。

2）当不具备确定最佳供、回水温度的技术经济比较条件时，热水热力网供、回水温度可按以下原则确定：

①以区域锅炉房为热源时，提高供水温度和加大供回水温差，可使热网采用较小的管径，降低输送网路循环水的电能消耗和用户用热设备的散热面积，在经济上是合理的。但供回水温差过高，对管道及设备的耐压要求高，运行管理水平也相应提高。供热规模较小时，供回水温度为95～70℃；供热规模较大时，应采用较高的供水温度。

②以热电厂为热源时，设计供水温度一般可采用110～150℃，回水温度约为70℃或更低。采用一级加热供水温度取较小值；采用二级加热（包括串联尖峰锅炉）取较大值。

③区域锅炉房与热电厂联合运行时，应采用以热电厂为热源的热力网的最佳供、回水温度。

3）蒸汽供热系统的蒸汽参数（压力和温度）的确定比较简单，以区域锅炉房为热源时，蒸汽的起始压力取决于用户要求的最高使用压力及蒸汽管网的压力降。对以热电厂为热源时，蒸汽的起始压力除了要满足用户要求的最高使用压力一级管网的压力降外，还要考虑热电厂的运行和蒸汽供热系统管道及设备的初投资等经济问题。

2.集中供热系统热负荷的概算

集中供热系统的热用户有供暖、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等用热系统。用热系统的热负荷，按其性质可分为季节性热负荷和常年性热负荷两大类。

对集中供热系统进行规划或初步设计时，往往尚未进行各类建筑物的具体设计工作，不可能提供较准确的建筑物热负荷的资料。因此，通常采用概算指标法来确定各类热用户的热负荷。

（1）供暖设计热负荷。

1）体积热指标法

Q_n=q_VV_w（t_n-t_wn）×10^-3 （1-3-1）

式中，Q_n为建筑物的供暖设计热负荷（kW）；V_w为建筑物的外围体积（m³）；q_V为建筑物的供暖体积热指标[W/（m³·℃）]，它表示各类建筑物在室内外温差1℃时，每1m³建筑物外围体积的供暖热负荷；t_n为供暖室内计算温度（℃）；t_wn为供暖室外计算温度（℃）。

2）面积热指标法

Q_n=q_fF×10^-3 （1-3-2）

式中，Q_n为建筑物的供暖设计热负荷（kW）；q_f为建筑物的供暖面积热指标（W/m²），表示每1m²建筑面积的供暖热负荷，各个建筑物的供暖面积热指标可按表1-3-1选取；F为建筑物的建筑面积（m²）。

表1-3-1 采暖热指标q_f推荐值 （单位：W/m²）(www.zuozong.com)

3）城市规划指标法：对一个城市新区供热规划设计，各类型的建筑面积尚未具体落实时，可用城市规划指标来估算整个新区的供暖设计热负荷。

（2）通风设计热负荷。在供暖季节里，加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量称为通风热负荷。建筑物通风设计热负荷的概算方法有两种：通风体积热指标法和百分数法。

1）通风体积热指标法

Q_t=q_tV_w（t_n-t'wt）×10^-3 （1-3-3）

式中，Q_t为建筑物的通风设计热负荷（kW）；V_w为建筑物的外围体积（m³）；t_n为供暖室内计算温度（℃）；t'wt为通风室外计算温度（℃）；q_t为通风体积热指标[W/（m³·℃）]，它表示各类建筑物在室内外温差1℃时，每1m³建筑物外围体积的通风热负荷。通风体积热指标q_t的值取决于建筑物的性质和外围体积，工业厂房的通风体积热指标q_t的值，可参考有关设计手册。对于一般民用建筑，室外空气无组织地从门窗等缝隙进入，预热这些空气到室温所需的渗透和侵入耗热量，已计入供暖设计热负荷中，不必另行计算。

2）百分数法：对有通风空调热负荷的民用建筑，其通风设计热负荷可按该建筑物的供暖设计热负荷的百分数进行概算，即

Q't=K_tQ_n （1-3-4）

式中，K_t为计算建筑物的通风热负荷的系数，一般取0.3～0.5。

（3）生活用热设计热负荷。生活用热设计热负荷包括热水供应热负荷和其他生活用热热负荷。

1）热水供应热负荷：热水供应热负荷为日常生活中用于洗脸、洗澡、洗衣服以及洗刷器皿等所消耗的热量。热水供应的热负荷取决于热水用量。住宅建筑的热水用量，取决于住宅内卫生设备的完善程度和人们生活习惯。公共建筑（如浴池、食堂、医院等）和工厂的热水用量，还与生产性质和工作制度有关。

①公式计算法。供暖期的热水供应平均小时热负荷可按下式计算

式中，Q'rp为供暖期的热水供应平均小时热负荷（kW）；m为用热水单位数（住宅为人数，公共建筑为每日人次数，床位数等）；v为每个用热水单位每天的热水用量（L/d），可按《室内给水排水和热水供应设计规范》的标准选用；t_r为生活热水温度（℃），按热水用量标准中规定的温度取用，一般为60～65℃；t_l为冷水计算温度，取最低月平均水温（℃）；T为每天供水小时数（h/d），对住宅、旅馆、医院等，一般取24h；c为水的热容量，c=4.1868kJ/（kg·℃）；ρ为水的密度，按ρ=1000kg/m³计算；0.001163为公式化简和单位换算后的数值，0.001163=4.1868×10³/3600×1000。

②估算法：城市居住区热水供应的平均热负荷，可按式（1-3-6）进行估算

Q'r·p=qrF×10^-3 （1-3-6）

式中，Q'r·p为居住区供暖期热水供应平均热负荷（kW）；F为居住区总建筑面积（m²）；q_r为居住区热水供应的热指标（W/m²），当无实际统计资料时，按表1-3-2选取。

表1-3-2 居住区热水供应的热指标

生活热水最大热负荷

Q'_s，max=KQ'_r·p （1-3-7）

式中，Q's，max为生活热水最大热负荷（kW）；K为时间变化系数，一般可取2～3。

在计算管网热负荷时，其中生活热水供应热负荷按照下列规定取用：采用供暖期生活热水平均热负荷。支线用户全部有贮水箱时，采用供暖期生活热水平均热负荷；当用户无贮水箱时，采用供暖期生活热水最大热负荷。

2）其他生活用热：工厂、医院、学校等除热水供应以外，还可能有开水供应、蒸饭、清洗、消毒等用热，这些用热负荷的概算，可根据一些指标，参照上述方法进行计算。

（4）生产工艺设计热负荷。

1）生产工艺设计热负荷是为满足生产过程中用于加热、烘干、蒸煮、清洗、熔化等过程的用热，或作为动力驱动机械设备（如汽锤等），属于全年性热负荷。

生产工艺设计热负荷的大小以及需要的热媒类型和参数，主要取决于生产工艺过程的性质、用热设备的形式以及工厂的工作制度等因素。

2）由于生产工艺的用热设备繁多、工艺过程对热媒要求参数不一、工作制度各有不同，因而生产工艺热负荷很难用固定的公式表述。确定时应按照下列原则：

①对新增加的热负荷，应按生产工艺系统提供的设计数据为准，参考类似企业确定其热负荷。

②对已有工厂的生产工艺热负荷，由工程提供。

③为了避免用户多报热负荷，规划或设计部门应对所报的热负荷进行核算。通常可以采用生产单位能耗指标方法或按全年实际耗媒量来核算，最后确定热负荷。

3）向工业企业供热的集中供热系统，各个工厂或车间的最大生产热负荷不可能同时出现。因此，在计算集中供热系统热网的最大生产工艺热负荷时，应以合适的各工厂（或车间）的最大生产工艺热负荷之和乘以同时使用系数k_sh，可表示为

式中，Q_w'·max为工厂区（工厂）的生产工艺最大热负荷（GJ/h）；Q_s'h·max为经核实的各工厂（各车间）的生产工艺最大热负荷（GJ/h）；k_sh为生产工艺热负荷的同时使用系数，一般可取0.7～0.9。