技术交流丨供热知识大讲堂之热量篇

为了便于大家更好地理解供热系统相关知识，使您对供热系统应用、选型及设计知其然也知其所以然，接下来我们将开展供热系统知识系列讲座。该讲座包含以下六个章节：

一、热量及其计量

二、流体及其特性

三、传热

四、流动及其阻力

五、水泵与风机

六、蒸发与冷凝

第一讲：热量及其计量

1、采暖系统为什么用水作为热媒输送热量？

2、水中热量的多少，我们怎么计算？

3、采暖热负荷与系统中水的温度和流量又有什么关系？

4、家里不热会不会是因为系统总供回水管不够粗？

接下来我们就一起来弄懂这些问题吧。

众所周知：热是一种能量，日常生活中，大多数人都是通过温度来感知热量的。物体有冷热，热量总是从高温物体流向低温物体。

那么是不是温度高的物体容纳的热量就一定比温度低的物体多？

答案是否定的。

18世纪，苏格兰的物理学家兼化学家约瑟夫·布莱克发现质量相同的不同物质，上升到相同温度所需的热量不同，从而提出了比热容的概念。

布莱克当时的实验类似上图（相同时间内采用相同加热工具和方法加热不同物质得到的温度不同）

比热容指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收（或放出）的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克每摄氏度[kJ/kg℃]，即令1kg的物质的温度上升1℃所需的热量，用公式表示为：

其中：c---比热容，单位kJ/kg℃

          Q---热量，单位kJ

          m---质量，单位kg

          ∆T—温差，单位℃

可见，比热容是指是单位质量物质的热容量，也就是说，比热容是表示物质容纳热量的能力。

吸收或放出相同热量时，比热容大的物质温度变化就小。

下表列出了不同物质在一个标准大气压下的比热容：

从上表可以看出：水的比热容是最大的。

正因为水的比热容大，非常容易获得，又无毒无害，才成为供热系统的传热介质。

由于水的比热容大，搬运相同热量所需的水的量就小，输送这些水所需提供的动能就小，也就是说所需水泵流量小、能耗低。这样的供热系统最经济。

实际上，比热容不是一个常量，它是会随着温度和压力的不同而变化的，通常有定压比热容Cp和定容比热容Cv。

定压比热容Cp：是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃所吸收或放出的能量。

定容比热容Cv：是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降1℃吸收或放出的能量。

下面给出了在不同压力、不同温度下的液态水的定压比热容Cp（单位：KJ/（Kg·℃））

虽然比热容是一个随着压力和温度的不同而变化的量，但是对于民用建筑以热水为热媒的供热系统而言，其温度一般均低于100℃、压力也不会大于10个大气压。

从上表可以看出，在此温度和压力范围之内，水的比热容的数值变化不大。如果将其按常数处理，不仅可以简化计算，对于工程使用而言，其误差也是可以接受的。

故而在热水供热系统中，水的比热容按标准大气压下70℃时的值4.187KJ/kg℃计。

将该值代入上面比热容的公式：c=Q/(m⋅∆T)中，就得到供热系统中水的热量的计算公式：

Q=4.187×m×∆T

通过上式就可以计算供热系统中的热水温度升高或降低时吸收或放出的热量了。

讲到这里，有的人可能会问了：供热系统中的水是不断流动的，我们通常计算的是热输出功率，不是热量。这样算是否可以？

当然可以。

只要在上面公式的两边同时除以相同的时间，就得到了热输出功率和流量的计算公式：

热输出功率Q(kW)=4.187kJ/kg℃×G(kg/s)×∆T(℃)

通常，供热系统中水的流量按体积流量m3/h计，我们首先需要进行个单位换算。由于水的密度随温度变化不大，工程中可以近似将水的密度按1000kg/m³计，则体积流量与质量流量的换算为:

1m³/h=1000kg/3600s=kg/s

●热输出功率Q：

Q=4.187kJ/kg℃×G(m³/h)×∆T(℃)= 4.187kJ/kg℃×5÷18G(kg/s)×∆T(℃)= 1.163×G×∆T(kW)

即热输出功率Q=1.163×G×∆T(kW)（注意：此时流量的单位为m³/h）

例题1：

某住宅采暖系统热源为常规燃气壁挂炉，如果测得该系统运行时水泵的流量为0.95m³/h，壁挂炉的出水温度为70℃，回水温度为50℃，请问此时燃气壁挂炉的热输出功率是多少？

热输出功率Q=1.163×G×∆T= 1.163×0.95×(70-50)= 22.1kW

●供水流量G：

为满足需求，水的热输出功率应等于所需的采暖热负荷，依据热输出功率Q= 1.163×G×∆T(kW)，

可得出供水流量G= ×Q/∆T= 0.86×Q/∆T(m³/h)

即供水流量G=0.86×Q/∆T(m³/h)

例题2：

某住宅采暖热负荷为13.5kW，采用地暖（供回水温差∆T=10℃），请问该系统总的供水流量是多少？

供水流量G=0.86×Q/∆T=0.86×13.5÷10= 1.16m³/h

知道了系统总的供水流量，就可根据我们推荐的流量管径表（下表）选择系统总供回水管径了。

来自：喜德瑞供暖学苑

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