馬玉婷， 孫紹儒， 陳江娜， 孫紀康

(1.北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，北京100085；2.北京北重汽輪機電機有限責任公司，北京100043)

1 概述

熱負荷延續(xù)時間圖是將任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷(指供暖熱負荷)按照大小排序，結(jié)合熱負荷延續(xù)時間(即任意室外溫度的持續(xù)時間)繪制的[1]159，在集中供熱工程上具有重要的作用，尤其是在確定熱源規(guī)模與配置、供熱介質(zhì)的最佳參數(shù)以及熱源運行方式等方面。

在傳統(tǒng)工作中，熱負荷延續(xù)時間圖需要通過大量計算確定關(guān)鍵參數(shù)(任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷)后，再由人工繪圖，不僅占用了大量的工作時間，而且計算精度有待提高。因此，快速繪制熱負荷延續(xù)時間圖，在設(shè)計工作中具有重大的意義。本文介紹任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷的計算方法，提出基于AutoCAD軟件Auto Lisp語言功能，實現(xiàn)自動繪制熱負荷延續(xù)時間圖的方法，并進行有效性驗證。

2 計算方法

目前，任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷的計算方法主要采用的是無因次公式法[1]160。在采用無因次公式法進行計算時，有以下設(shè)定原則：原則1，開始、終止供暖的室外日平均溫度為5 ℃；原則2，以不保證時間為120 h為原則，確定供暖室外計算溫度。

① 熱負荷延續(xù)時間

任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間t的計算式為[2]：

(1)

式中t——任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間，h

tzh——供暖期總供暖時間，h

b、β0——計算系數(shù)

θn,d——供暖室內(nèi)設(shè)計溫度，℃

θw——任意室外溫度，℃

θw,d——供暖室外計算溫度，℃

式(1)中計算系數(shù)b的計算式為：

(2)

(3)

式中μ——計算系數(shù)

θpj——供暖期室外平均溫度，℃

式(1)中計算系數(shù)β0的計算式為：

(4)

由以上計算方法可知，根據(jù)供暖地區(qū)的供暖期總供暖時間tzh、供暖室內(nèi)設(shè)計溫度θn,d、供暖室外計算溫度θw,d、供暖期室外平均溫度θpj，即可由式(1)～(4)計算得到任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間t。由式(1)可知，當任意室外溫度與供暖室外計算溫度相等時，熱負荷延續(xù)時間為120 h，這與設(shè)定原則2相符。

② 熱負荷

任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷Φ的計算式為：

(5)

式中Φ——任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷，kW

Φd——設(shè)計熱負荷，kW

根據(jù)工程實際情況，選取合適的熱負荷指標，根據(jù)供暖面積，可計算得到設(shè)計熱負荷Φd。結(jié)合供暖室內(nèi)設(shè)計溫度θn,d、供暖室外計算溫度θw,d，由式(5)可計算得到任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷Φ。當任意室外溫度與供暖室外計算溫度相等時，熱負荷為設(shè)計熱負荷。

3 AutoCAD軟件繪制方法

筆者采用AutoCAD軟件自帶的Auto Lisp語言功能，通過編程實現(xiàn)任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷自動計算，以及熱負荷延續(xù)時間圖的自動繪制。Auto Lisp語言功能為AutoCAD軟件提供了二次開發(fā)途徑，用戶可根據(jù)需要進行二次開發(fā)，擴充AutoCAD軟件的功能。

在AutoCAD軟件的工具選單的Auto Lisp選項中直接調(diào)用Visual Lisp編輯器，按照上述計算方法在Visual Lisp控制臺界面中編寫程序。將程序文件儲存為*.fas格式的插件，在AutoCAD軟件中加載此插件，輸入已知參數(shù)后運行，即可實現(xiàn)熱負荷延續(xù)時間圖的自動繪制。

先在程序中輸入供暖期總供暖時間tzh、供暖室內(nèi)設(shè)計溫度θn,d、供暖室外計算溫度θw,d、供暖期室外平均溫度θpj、設(shè)計供暖熱負荷Φd等已知參數(shù)，計算任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷，將計算結(jié)果以數(shù)組的形式儲存在程序中，直至任意室外溫度等于5 ℃。任意室外溫度的取值方法：將供暖室外計算溫度作為首個任意室外溫度，第2個任意室外溫度以供暖室外計算溫度為基準以1 ℃為步長遞增并向上圓整至整數(shù)，第3個任意室外溫度以第2個任意室外溫度為基準以1 ℃為步長遞增，依次類推，直至任意室外溫度等于5 ℃，結(jié)束計算。

然后程序提取儲存在程序中的各個任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷，將任意室外溫度、熱負荷持續(xù)時間分別為坐標系的左、右橫坐標值，以熱負荷為縱坐標值，在AutoCAD軟件繪圖界面中繪制熱負荷延續(xù)時間圖。需注意的是，根據(jù)不同工程的熱負荷延續(xù)時間圖的特點，在程序中設(shè)置不同的橫、縱坐標縮放比例，以得到幅面大小合適的圖形。

4 算例

4.1 工程概況

以河北省張家口市崇禮區(qū)紅旗營組團的供熱工程專項規(guī)劃為例，采用AutoCAD軟件自動繪制熱負延續(xù)時間圖。依據(jù)GB/T 51074—2015《城市供熱規(guī)劃規(guī)范》對不同類型建筑熱負荷指標的推薦值，結(jié)合建筑節(jié)能要求及組團實際情況，確定不同類型建筑的熱負荷指標，見表1。

表1 不同類型建筑的熱負荷指標

不同類型建筑的供熱面積見表2，規(guī)劃集中供熱率為90%，根據(jù)表1中各類型建筑熱負荷指標計算預測熱負荷(見表2)。在表2中，居住建筑、商業(yè)建筑的預測熱負荷為經(jīng)過向上圓整后的結(jié)果，辦公建筑、工業(yè)建筑的預測熱負荷為經(jīng)過向下圓整后的結(jié)果。由表2，可計算得到總預測熱負荷為119 MW，作為設(shè)計熱負荷參與計算。

表2 不同類型建筑的供熱面積及預測熱負荷

根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》附錄A選取張家口市的氣象參數(shù)，見表3。供暖室內(nèi)設(shè)計溫度取18 ℃。

表3 張家口市的氣象參數(shù)

4.2 自動繪制結(jié)果與驗證

將已知參數(shù)輸入程序，經(jīng)運算處理后由AutoCAD軟件自動繪制的熱負荷延續(xù)時間圖見圖1。圖1中坐標原點-13.6(0)的-13.6表示任意室外溫度的起點數(shù)值(即供暖室外計算溫度的數(shù)值)，0表示熱負荷延續(xù)時間、熱負荷的起點數(shù)值。為尊重熱負荷延續(xù)時間圖的傳統(tǒng)表達方法，圖1中任意室外溫度的起點選取供暖室外計算溫度(-13.6 ℃)，為實現(xiàn)任意室外溫度的系列化，從任意室外溫度為-12 ℃后坐標值作系列化處理。

圖1 熱負荷延續(xù)時間圖

為驗證AutoCAD軟件自動繪制的熱負荷延續(xù)時間圖的有效性，筆者采用人工方法繪制了熱負荷延續(xù)時間圖。結(jié)果表明，由AutoCAD軟件自動繪制的熱負荷延續(xù)時間圖與人工繪制的完全一致，證明了AutoCAD軟件自動繪制方法的有效性。

5 結(jié)論

介紹任意室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷的計算方法。提出基于AutoCAD軟件Auto Lisp語言功能，實現(xiàn)自動繪制熱負荷延續(xù)時間圖的方法。利用人工繪圖方法，對AutoCAD軟件自動繪制方法的有效性進行驗證。由AutoCAD軟件自動繪制的熱負荷延續(xù)時間圖與人工繪制的完全一致，證明了AutoCAD軟件自動繪制方法的有效性。