二讲集中供热热负荷及负荷延续时间图的绘制

集中供热热负荷及负荷延续时间图的绘制第二讲·供热工程核心图表与计算方法Contents课程内容概览集中供热热负荷及负荷延续时间图的绘制01热负荷图基本概念与分类02热负荷时间图的类型与应用03热负荷随室外温度变化图04热负荷延续时间图的绘制方法CHAPTER01热负荷图基本概念与分类理解热负荷图的定义、用途与主要类型集中供热·基础概念热负荷图的定义与工程用途热负荷图是集中供热系统设计与运行的核心工具，通过可视化热负荷随时间或室外温度的变化规律，为热源规划、管网设计和经济分析提供定量依据。基本定义热负荷图表示热源或用户系统热负荷随室外温度或时间变化的图形关系，纵坐标为热负荷值，横坐标为时间或室外温度。该图直观反映了供热需求的变化规律，是进行热源容量配置和管网水力计算的基础数据来源。MW·GJ/h工程用途设计阶段确定装机容量与管网管径；运行阶段指导热源启停与负荷分配；经济分析阶段评估全年供热量与投资回收期。通过负荷图可优化设备选型，实现按需供热，提高能源利用效率并降低运行成本。三阶段应用常用类型时间延续图展示负荷时序变化；温度变化图反映季节与气温关系；延续时间图将两者叠加，是工程分析的核心工具。不同类型图表适用于不同分析场景，为供热系统的科学决策提供多维度的数据支撑。三类图表HEATLOADCLASSIFICATION热负荷的主要类型与变化特征热负荷按时间变化特征分为季节性负荷和常年性负荷两大类。季节性负荷年内变化大但日间波动小，常年性负荷年内稳定但日间波动大，差异决定了各自的图表绘制方法。季节性热负荷采暖热负荷—为维持室内设定温度需向建筑补充的热量，随室外温度降低而增大通风热负荷—加热室外新鲜空气至室内温度所需热量，与采暖负荷同步变化变化特征—一年内随季节气候变化幅度大，但一昼夜内波动较小，曲线相对平稳TIMEPATTERN年内变化大·日间平稳常年性热负荷生活热水供应—居民和商业用户的日常热水需求，全年基本稳定，受气温影响小生产工艺用热—工业生产过程所需热能，取决于生产计划而非气候条件变化特征—一年内变化不大，但一天内波动显著，非全天生产用户峰谷差异大TIMEPATTERN年内稳定·日间波动大CHAPTER02热负荷时间图的类型与应用从日到年，掌握不同时间尺度下的热负荷分析方法HeatLoadAnalysis热负荷时间图概述热负荷时间图按时间先后顺序排列负荷数据，是分析供热系统时序特征的基础工具。按时间尺度分为日、月、年三种类型，分别对应不同粒度的运行分析和规划决策需求。核心特点负荷按时间先后排列，横轴为时间、纵轴为热负荷值，直观反映时序波动规律时序排列日热负荷图展示一昼夜24小时热负荷变化，分析生活用热和生产工艺的日内峰谷特征24H月热负荷图以月份为横轴展示各月平均热负荷，观察季节性变化趋势和年度运行节奏季节趋势年热负荷图综合展示全年12个月热负荷分布，规划供热系统全年运行与设备维修安排12个月HEATLOADANALYSIS全日热负荷图：一昼夜逐时变化分析全日热负荷图以小时为单位展示一昼夜的热负荷变化，是分析生活用热和生产工艺用热日内峰谷特征的基础工具。图形特征横坐标为24小时，纵坐标为每小时热负荷值（MW），曲线反映负荷逐时波动规律，清晰呈现日内峰谷变化趋势。生活用热典型曲线：早6-8点、午12-13点、晚18-21点出现三个用水高峰，其余时段为低谷，形成"三峰两谷"特征。生产工艺负荷曲线：连续生产企业曲线相对平稳，间歇生产企业则呈现明显的开停机峰谷特征，波动幅度较大。应用价值典型日分析：选取冬季典型日和夏季典型日，分别对应全年最大和最小负荷工况，作为热源设计的基础依据。季节对比：冬夏典型日负荷差异反映季节性热负荷占比，为热源配置、设备选型和运行调度提供数据支撑。年负荷推算：典型日负荷数据结合天数权重可推算全年热负荷分布，用于能源规划、成本核算与碳排放评估。THERMALLOADANALYSIS年热负荷图：全年月度负荷分布年热负荷图以月份为横轴展示全年负荷分布，不同类型负荷采用不同的平均值计算方式。该图是规划供热系统全年运行、安排设备维修和人员调配的基础资料。DRAWINGMETHOD绘制方法坐标与曲线横坐标为1–12月，纵坐标为对应月份的热负荷值，各月数据点连线形成年度负荷曲线，直观呈现全年变化趋势采暖与通风热负荷取月平均负荷，其值为室外月平均温度的函数，冬季数值显著高于其他季节生活热水供应取小时平均负荷，全年相对稳定，曲线波动较小，是年热负荷图中的基准线生产工艺热负荷取日平均负荷，取决于生产计划而非气候条件，呈现与生产周期相关的规律性波动APPLICATION工程应用全年运行规划识别冬季高峰和夏季低谷，合理调配热源运行台数和负荷率，实现能源高效利用与供需平衡设备维修安排利用夏季负荷低谷期安排锅炉和管网检修，最小化对供热的影响，保障冬季供暖可靠性经济分析基础结合各月负荷数据计算全年供热量和燃料消耗，评估运营成本，为投资决策提供数据支撑METHODOLOGY·绘制方法生产工艺热负荷延续时间曲线的绘制生产工艺热负荷延续时间曲线将负荷按大小而非时间顺序排列，直观展示各负荷水平的持续时间。曲线下的面积代表总供热量，是评估热源设备利用率和制定经济运行方案的重要依据。01数据收集记录全年各典型日的逐时工艺热负荷数据，覆盖不同生产工况和季节条件全年逐时02排序方式将收集到的负荷数据按大小从大到小排列，不考虑出现的先后时间顺序从大到小03坐标设定横坐标为延续时间（小时或天），纵坐标为对应热负荷值（MW或GJ/h）MW/GJ·h⁻¹04面积含义曲线与坐标轴之间所包围的面积即为该时段内的总供热量（GJ或MWh）总供热量05工程价值直观看出高负荷和低负荷各持续多长时间，为设备选型和运行策略提供依据设备选型CHAPTER03热负荷随室外温度变化图建立热负荷与室外温度之间的定量关系LOAD-TEMPERATUREFUNCTION热负荷与室外温度的函数关系季节性热负荷（采暖和通风）与室外温度呈近似线性关系，室内外温差是驱动热负荷变化的核心因素。HEATINGLOAD采暖负荷—温度关系采暖热负荷与室内外温差成正比：室外温度越低，围护结构热损失越大，需补充的热量越多。温差每增加1℃，热负荷相应线性增长。室外温度=室内设计温度（通常18℃）时，采暖负荷为零；达到供暖室外计算温度时负荷最大，形成线性区间的两个端点。在供暖温度范围内，采暖负荷与室外温度呈线性关系，可通过设计工况参数确定直线方程，用于运行调节与能耗预测。VENTILATIONLOAD通风负荷—温度关系通风热负荷用于加热室外新风至室内温度，同样与室内外温差成正比。新风量越大，所需加热能量越多。通风负荷变化曲线斜率取决于换气次数和建筑密封性，一般与采暖曲线平行但数值较小，反映新风热处理的能耗特征。综合曲线为采暖与通风负荷叠加，反映建筑在某一室外温度下的总季节性热需求，是热源容量配置与运行策略制定的依据。THERMALLOADANALYSIS季节性负荷综合曲线的绘制与应用季节性负荷综合曲线将采暖和通风负荷随室外温度的变化关系绘制在同一坐标系中，三条曲线构成供热运行调节的"导航图"。01坐标系设定：横轴为室外温度(℃)，纵轴为热负荷(MW)，标注供暖室外计算温度和室内设计温度两个关键点02采暖曲线：从设计工况最大负荷点到室内温度零负荷点的下降直线，斜率由建筑热工参数决定03通风曲线：与采暖曲线形态相似的下降直线，数值较小，起点和斜率取决于换气次数和新风量04综合曲线：采暖与通风负荷在相同温度下叠加，代表建筑总季节性热需求，是运行调节的核心参考线05实际应用：根据天气预报的室外温度查综合曲线，确定当日供热负荷目标值，指导热源出力和供水温度调节集中供热换热站设备实景CHAPTER04热负荷延续时间图的绘制方法掌握数学公式法和无因次综合公式法两种核心绘制技术CoreFeatures热负荷延续时间图的核心特征热负荷延续时间图是时间图与温度变化图的综合叠加，负荷按大小而非时间顺序排列。图上设置3个坐标和2条曲线，是设备选型和经济分析的核心工具。两大核心特点综合性将热负荷随时间变化的时间图与随室外温度变化的温度图叠加综合，一张图承载双重信息排序方式负荷按大小从大到小排列而非按时间先后顺序，横坐标为"≥该负荷值的累计延续时间"图形结构三坐标体系横轴左侧标注室外温度（℃），右侧标注延续小时数（h），纵轴为热负荷值（MW）双曲线呈现热负荷延续曲线表达负荷与时间关系，室外温度延续曲线表达温度与时间关系面积含义曲线与坐标轴包围的面积代表整个供暖期的总供热量，是能耗计算和经济分析的直接依据绘制流程供应热负荷延续时间图的绘制步骤供应热负荷延续时间图通过三坐标双曲线结构，将室外温度分布与热负荷持续时间关联。绘制时需先统计温度频率数据，再利用负荷-温度函数转换，最终按负荷大小排列形成延续曲线，实现温度信息与时间信息的有机整合。STEP01收集温度数据收集供暖期逐时室外温度数据，统计各温度累计小时数，绘制温度延续曲线STEP02转换负荷坐标利用热负荷与室外温度的线性函数关系Q=f(tw)，将温度轴转换为热负荷轴STEP03形成负荷曲线负荷与温度单调递减，温度从低到高排列自然对应负荷从大到小，形成负荷延续曲线STEP04叠加完成绘制在同一图上叠加温度与负荷延续曲线，横轴左侧标注温度、右侧标注小时数气象观测站百叶箱与温度计——室外温度数据采集的基础设施供暖工程数学公式法绘制供暖热负荷延续时间曲线数学公式法通过建立热负荷Q与延续时间n的解析函数关系Q=f(n)来绘制延续曲线，气象数据越丰富精度越高。PRINCIPLE方法原理建立热负荷Q与延续时间n的解析函数Q=f(n)，代入参数即可直接绘制连续光滑曲线函数中包含A、B、C、D、E等常数项，需要通过当地详细气象资料求解确定室外温度延续分布是构建函数的基础，需统计供暖期内各温度区间的持续天数或小时数Q=f(n)APPLICATION求解与应用利用多年逐日室外温度观测数据，通过最小二乘法回归拟合确定公式中的各常数项气象数据越多、观测年份越长，拟合精度越高，工程应用中建议至少使用10年数据解析函数形式便于定积分运算，可直接计算供暖期总供热量、平均负荷等关键指标∫QdnEngineeringFundamentals无因次综合公式法的三条依据无因次综合公式法是工程上最实用的速算方法，其建立基于供暖温度+5℃、每年不保证5天和供暖期温度变化规律性三条共有条件。这三条依据具有普适性，使得不同城市均可使用统一的无因次公式框架进行快速估算。三条核心依据供暖温度为+5℃，当室外日平均温度高于+5℃时建筑得热可平衡热损失，无需开启供暖系统平均每年不保证5天，设计工况对应统计意义上的极端低温而非绝对最低温度，兼顾经济性与可靠性供暖期长短与室外温度变化幅度存在规律性关联，不同城市的气温分布可用统一的无因次参数描述方法特点无需逐年气象观测数据，只需知道城市的供暖室外计算温度和供暖期天数即可快速绘制曲线速算优势三条依据是所有采暖用户共有的基本条件，公式框架适用于不同气候区和城市通用性强精度低于数学公式法，但在初步设计和方案比选阶段已能满足工程需要工程精度PARAMETERS&CALCULATION无因次综合公式的参数体系与计算无因次综合公式通过引入相对负荷比和无因次延续时间两个归一化参数，消除了不同城市间的绝对数值差异。只需已知供暖室内设计温度、室外计算温度、供暖期日平均温度和供暖期天数四个参数，即可快速计算任意城市的延续时间曲线。关键参数定义供暖相对负荷比Q̄—某室外温度下的热负荷与设计最大热负荷之比，取值范围0–1无因次延续时间—延续天数（或小时数）与供暖期总天数（或总小时数）之比，取值范围0–1温度参数—供暖室内设计温度tn（通常18℃）、供暖室外计算温度tw、供暖期室外日平均温度tpj计算步骤01确定城市参数—确定城市的tw、tpj和供暖期天数N，可从《暖通设计规范》中查取02建立函数关系—计算各无因次延续时间对应的供暖相对负荷比Q̄，建立Q̄与无因次时间的函数关系03还原实际坐标—将相对负荷比乘以设计最大负荷、无因次时间乘以总天数，还原为实际值ErrorAnalysis无因次综合公式法的误差分析与应用建议无因次综合公式法的误差主要源于实际气温分布偏差、区域气候差异和建筑热工性能偏差，大部分北方城市总供热量计算误差在5%以内。推荐在初步设计阶段使用无因次公式法快速估算，在施工图阶段改用数学公式法精确计算。01实际气温分布与理想化模型存在偏差，特别是在气温波动剧烈的过渡季节和极端天气期间，模型假设的线性温度分布与实际非线性特征产生系统性误差。过渡季节误差相对较大02不同城市气候特征差异导致无因次参数不完全通用，海洋性与大陆性气候城市偏差程度不同，需根据当地气象数据校准系数。建议分区建立本地化参数03建筑实际热工性能（保温层老化、门窗密封性等）与设计值存在偏差，影响负荷计算精度，老旧建筑尤为明显。老旧建筑建议附加安全系数04大部分北方城市供暖期总供热量误差在5%以内，满足初步设计和方案比选的精度要求，可作为可行性研究的可靠依据。≤5%北方城市误差控制范围05分阶段应用策略：初步设计阶段用无因次公式法快速估算→多方案比选优化→确定方案后转用数学公式法精确计算施工图数据，兼顾效率与精度。初步设计：快速估算→方案比选→施工图：精确计算CASESTUDY实例计算：北京供暖热负荷延续时间曲线以北京为例（tw=-7.6℃、tn=18℃、tpj=-1.6℃、N=121天），通过无因次公式法可快速绘制供暖热负荷延续曲线。从设计最大负荷到零负荷的完整曲线直观展示了北京供暖季负荷分布特征，曲线下面积即为全年总供热量。北京冬季城市建筑·供暖季实景METEOROLOGY设计温差25.6℃—室外计算温度tw=-7.6℃，室内tn=18℃供暖期日均温度tpj=-1.6℃，供暖天数N=121天（11月中旬至次年3月中旬）平均负荷系数=（18-(-1.6)）/（18-(-7.6)）=19.6/25.6≈0.766，全季平均负荷约为设计负荷的76.6%LOADCURVE延续天数=0时，相对负荷比=1.0（设计最大负荷工况，对应tw=-7.6℃极端低温）延续天数=60时，相对负荷比约0.6~0.7（隆冬期典型负荷水平）延续天数=121时，相对负荷比趋近0（供暖期末尾，室外温度接近+5℃）EngineeringApplications热负荷延续时间图的三大工程应用热负荷延续时间图在工程设计中的核心价值体现在三个方面：指导热源设备合理选型与配置、精确计算全年能耗与燃料消耗、以及支撑不同供热方案的技术经济比较。设备选型指导设计最大负荷仅出现在极短时段，大部分运行时间负荷远低于设计值，提示应采用多台设备并联方案通过延续曲线确定各负荷区间的运行时长，优化锅炉台数和单台容量配置，提高部分负荷运行效率并联优化能耗计算基础曲线与坐标轴包围的面积等于供暖期总供热量（GJ），除以锅炉效率即可得到全年燃料消耗量结合分时电价或气价政策，可进一步计算不同时段运行成本，优化蓄热策略和峰谷调节方案GJ总量经济分析支撑比较不同热源方案在各负荷区间的运行小时数和效率差异，选择全寿命周期成本最低的组合方案评估热电厂"以热定电"运行模式的经济性，通过延续曲线确定热电联产的最优基载比例全周期成本OPERATIONSTRATEGY延续时间图在供热运行调节中的指导作用热负荷延续时间图可指导供热系统选择最优运行调节策略。通过分析不同负荷区间的运行时长占比，制定"高负荷区间质调节+低负荷区间量调节"的分区间策略，可显著降低水泵电耗和管网热损失，实现精细化运行管理。01质调节模式：保持循环水量不变，通过改变供水温度适应负荷变化，适合高负荷区间使用运行时长≈20%运行时长02量调节模式：保持供水温度不变，通过改变循环水量适应负荷变化，适合低负荷区间使用运行时长≈40%运行时长03分区间策略：利用延续曲线确定各负荷区间的运行小时数占比，制定质调节与量调节切换的临界负荷点04节能效果：合理的分区间调节策略可降低水泵电耗，同时减少管网过热损失，实现综合节能综合节能率8-12%综合节能率集中供热管网管道与阀门设备实景LOADDISPATCH多热源联网系统的负荷分担与调度优化在多热源联网供热系统中，热负荷延续时间图是确定各热源分担负荷和调度策略的核心工具。遵循'低成本热源承担基载、灵活热源承担尖峰'的原则，通过延续曲线精确计算各热源年运行小时数和供热量占比，实现全系统经济运行。01基载热源热电厂/余热效率高、成本低但调节灵活性差，承担延续曲线底部运行时间最长的基载负荷低成本·长周期02调峰热源区域锅炉房启停灵活但运行成本高，仅承担延续曲线顶部运行时间短的尖峰负荷灵活·短时03分担界线在延续曲线上找到经济负荷分界点，使全系统年运行成本最低成本最优04调度优化计算各热源年运行小时数和供热量，结合分时气价电价政策，优化蓄热装置充放热时段蓄热·调峰热负荷延续时间图QmaxQ₀0h(小时)热负荷Q调峰热源基载热源经济分界Q₀为经济负荷分界点，基载热源承担Q₀以下负荷，调峰热源补充Q₀以上部分MODERNMETHODS计算机辅助绘制热负荷延续时间图的现代方法现代热负荷延续时间图绘制已从手工计算转向计算机辅助方法，包括Excel/Python数据处理、专业暖通设计软件和建筑能耗模拟平台三种路径。三种现代方法Excel/Python数据处理：导入逐时气象数据，自动统计温度频率分布，编程生成延续曲线专业暖通设计软件：鸿业、天正等内置全国城市气象参数，输入城市名即可自动生成标准曲线建筑能耗模拟平台：EnergyPlus、DeST等可考虑建筑热惰性、太阳辐射和内部得热等精细因素注意事项软件计算结果的可靠性取决于输入参数的准确性，特别是建筑热工参数和使用模式的设定不同软件采用的气象数据源和计算模型可能存在差异，重要工程应交叉验证Summary本节课程核心知识点回顾本节课系统讲解了热负荷图的三大类型及其绘制方法，重点掌握热负荷延续时间图的数学公式法和无因次综合公式法。01三大热负荷图类型时间延续图（日/月/年）按时序排列，温度变化图反映气温函数关系，延续时间图综合叠加两者02负荷-温度线性关系采暖和通风负荷与室内外温差成正比，这是绘制所有曲线的理论基础03延续时间图绘制方法数学公式法精度高但需大量气象数据，无因次综合公式法速度快仅需四个城市参数04工程应用价值指导热源设备选型配置、计算全年能耗和燃料消耗、优化运行调节策略和多热源调度方案05课后练习重点掌握无因次公式法的计算步骤，能用已知城市参数独立绘制延续时间曲线并计算总供热量EXERCISES课后练习与思考题通过三道课后练习巩固本节课核心技能：用无因次公式法绘制不同城市的延续曲线、对比分析城市间负荷特征差异、以及思考多类型负荷叠加的综合绘制方法。计算练习01用无因次综合公式法计算哈尔滨供暖延续曲线tw=-26℃·tn=18℃·tpj=-10.2℃·N=176天02在同一坐标系中对比北京和哈尔滨的延续曲线分析两城市负荷特征差异及其对热源配置的影响综合思考01当城市同时存在采暖负荷和常年性生产工艺负荷时，如何绘制综合热负荷延续时间图？02查阅所在城市的供暖设计参数，计算本地供暖期总供热量并估算年天然气消耗量新能源供热系统拓展：延续时间图在新能源供热系统中的应用在空气源热泵、地源热泵和太阳能供热系统中，热负荷延续时间图具有特殊应用价值。以空气源热泵为例，其制热量随温度降低而衰减、而负荷随温度降低而增大，延续时间图可精确分析这种"供需矛盾"的持续时段，指导辅助热源配置和全年能效评估。空气源热泵应用供需矛盾：室外温度越低，热泵制热量衰减而建筑热负荷增大，延续曲线可量化矛盾出现的时段和持续时间辅助热源配置：通过延续曲线确定热泵无法满足负荷的小时数，据此计算电辅热或燃气辅热的最优容量全年能效评估：结合温度分布计算各温度区间的COP加权平均值，评估系统全年综