許遠(yuǎn)超，王蒙蒙，李蘇瀧

(1．機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州，450007;

2．南京理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 南京，210094)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為滿足生產(chǎn)要求，一些規(guī)模龐大、功能各異的工業(yè)生產(chǎn)廠房不斷涌現(xiàn)出來。這類高大空間建筑面積達(dá)數(shù)萬平方米，高度達(dá)數(shù)十米甚至十幾米［1］。這使采暖設(shè)計(jì)及供暖運(yùn)行都不同于一般的民用建筑和工業(yè)建筑。目前，國(guó)內(nèi)高大廠房仍處于以傳統(tǒng)的對(duì)流采暖方式供暖，為達(dá)到一定的供熱效果，必須加熱建筑物里所有空氣，熱空氣再將熱量傳給人或物體，采暖熱損失極大。針對(duì)這種現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)開始引進(jìn)較先進(jìn)的燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)，來解決高大空間采暖問題［2］，但由于技術(shù)尚不夠成熟，人們往往對(duì)這種采暖形式的安全舒適性和能耗經(jīng)濟(jì)性存在質(zhì)疑。下面通過對(duì)采用這兩種形式供暖車間溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)展開分析。

1 測(cè)試對(duì)象介紹和測(cè)試方案

1．1 測(cè)試對(duì)象

選擇采用暖風(fēng)機(jī)采暖的沈陽某機(jī)床廠和采用紅外線輻射采暖的沈陽某重工機(jī)械廠為測(cè)試對(duì)象，室外溫度為－7℃左右。

1．2 測(cè)試方案

由于室內(nèi)暖風(fēng)機(jī)和輻射采暖設(shè)備下方高度10.5 m 左右，在房間中部設(shè)置垂直排列的8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別距離地面的位置為1 m、2 m、3 m、4 m、5 m、7 m、8 m、10 m。以5 min 為一個(gè)時(shí)間點(diǎn)連續(xù)測(cè)試，每個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)共測(cè)27 次。以平均值作為該點(diǎn)測(cè)量值。

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2．1 測(cè)試結(jié)果

車間垂直溫度場(chǎng)見圖1 ～圖2。

2．2 測(cè)試結(jié)果分析

(1)圖1 室內(nèi)溫度分布呈現(xiàn)由上往下依次遞減，接近線性分布。暖風(fēng)機(jī)下方區(qū)域10 m 高度處溫度達(dá)到最大值18．24℃，溫度梯度達(dá)到0．97℃/m，而到了地面以上2 m 范圍內(nèi)的工作區(qū)，溫度遞減到14℃，與吊頂以下的溫度相差4℃之多，溫度梯度較小，為0．5℃/m 以下。

圖1 暖風(fēng)機(jī)采暖

圖2 紅外線輻射采暖

(2)圖2 車間溫度分布趨于一致，基本維持在9 ～10℃。吊頂下方溫度為9．43℃，溫度梯度出現(xiàn)負(fù)值為－0．09℃/m。工作區(qū)范圍內(nèi)溫度為9℃左右，與吊頂下方溫度僅相差0． 47℃。梯度為0.17℃/m。

2．3 小結(jié)

2．3．1 熱負(fù)荷計(jì)算

暖風(fēng)機(jī)對(duì)流采暖熱舒適性取決于室內(nèi)空氣溫度的高低，輻射采暖主要依靠輻射散熱供暖，只伴隨少量的對(duì)流傳熱。采暖時(shí)的熱效應(yīng)以實(shí)感溫度也即黑球溫度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)［3］。經(jīng)測(cè)量紅外線輻射采暖室內(nèi)黑球溫度平均為12．57℃，高于室內(nèi)空氣溫度3℃左右。因此相同熱舒適條件下輻射采暖設(shè)計(jì)溫度可低于對(duì)流采暖2 ～3℃［4］。從而室內(nèi)外溫差、熱壓差小，冷風(fēng)滲透量小，熱損失降低。

2．3．2 采暖熱效率

暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以熱水或蒸汽為熱媒加熱空氣，再靠風(fēng)機(jī)將加熱后的空氣強(qiáng)制送至工作區(qū)循環(huán)供暖。這勢(shì)必會(huì)造成暖風(fēng)機(jī)下方空氣溫度遠(yuǎn)高于工作區(qū)溫度，熱量大量積聚在車間上部［5］。當(dāng)廠房上部設(shè)有有害氣體排風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，熱量未被利用便直接散出造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，熱源從鍋爐引出后，沿途也會(huì)產(chǎn)生10% ～15%熱損失。紅外線輻射采暖直接加熱人和物體，不以空氣為傳熱介質(zhì)，車間空氣溫度均勻一致，燃?xì)廨斔瓦^程中沒有什么損失，同時(shí)輻射器燃燒完全，效率可達(dá)到95%以上［6］。

2．3．3 采暖熱效應(yīng)

紅外輻射采暖利用紅外線傳熱，而紅外線又是可見光的一部分，以光速傳播，所以輻射面達(dá)到一定溫度后，即可加熱人體或設(shè)備，升溫迅速，熱效應(yīng)好［7］。

在采暖期間，四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地面以及室內(nèi)設(shè)備均吸收輻射熱并蓄存一部分，當(dāng)輻射采暖停止時(shí)，這部分蓄存的熱量開始向環(huán)境放熱，還可以保持一定的熱環(huán)境。對(duì)流采暖則是通過與空氣二次換熱供暖，升溫緩慢。

2．3．4 舒適性方面

暖風(fēng)機(jī)采暖時(shí)，機(jī)組送出的熱射流方向與廠房?jī)?nèi)熱空氣浮升方向相反，減少了室內(nèi)垂直方向上的溫度梯度，一般為0．5 ～1℃/m［3－6］。輻射采暖車間內(nèi)溫度梯度更小，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度較對(duì)流采暖溫度高，人對(duì)外界輻射有效輻射減少。周圍空氣溫度低正好可以加大人體的對(duì)流散熱，與人體生理要求相吻合，使人感到舒適。

2．3．5 使用方面

燃?xì)饧t外線輻射能夠?qū)崿F(xiàn)室溫定時(shí)、定向、定區(qū)域供熱。操作簡(jiǎn)單，可以設(shè)置成溫度或時(shí)間進(jìn)行自控，也可由工作人員手動(dòng)控制。整個(gè)系統(tǒng)采用負(fù)壓運(yùn)行方式，發(fā)生器裝有自動(dòng)點(diǎn)火裝置，無爆燃點(diǎn)火現(xiàn)象，尾氣由真空風(fēng)機(jī)排往室外，安全環(huán)保［8］。

3 能耗經(jīng)濟(jì)性比較

(1)方案設(shè)計(jì)

以某聯(lián)合廠房為例:

方案A:采用集中熱源+暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)供暖;方案B:燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)供暖。

(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

廠房面積為26 632 m2，高度為14．4 m，根據(jù)建筑專業(yè)施工圖以及當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為15℃，采暖熱負(fù)荷為3 320 kW·h。工廠工作時(shí)間為三班制，供暖天數(shù)155 d，天然氣價(jià)格為2．67 元/m3。

(3)耗熱量計(jì)算

供暖全年的耗熱量為［9］

Qq= 0．001KF(tn－ twp)(H × Z)

式中 Qq——全年耗熱量/kW;

K——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)/W·m－2·℃－1;

F——圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積/m2;

tn——室內(nèi)溫度/℃;熱水采暖取15℃;

twp——供暖期室外平均溫度/℃;取－4．6℃;H——每天供暖時(shí)間/h。由于集中供熱連續(xù)運(yùn)行，取24 h;燃?xì)廨椛洳膳?0 h(其中一天內(nèi)16 h 為全負(fù)荷運(yùn)行，8 h 為半負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，折為4 h 全負(fù)荷運(yùn)行)。

Z——供暖期天數(shù)/d。取155 d。

由于Qq=0．001KF(tn－twp)=3 320 kW，則

KF=3320 kW×1000/［15 －(－4．6)］=169387

按暖風(fēng)機(jī)對(duì)流采暖計(jì)算，則

使用輻射采暖系統(tǒng)時(shí)，tn取15 －3 =12℃，《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定燃?xì)饧t外線輻射采暖時(shí)的設(shè)計(jì)溫度可比對(duì)流采暖低2 ～3℃，計(jì)算時(shí)可不進(jìn)行高度附加。則

節(jié)能率計(jì)算

(4)運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算方案A:

算法一:按耗熱量收費(fèi)計(jì)算，1 GJ 熱量收費(fèi)65.5 元(注:供熱費(fèi)按65．5 元/GJ 收取，數(shù)據(jù)來自天津開發(fā)區(qū))。

算法二:按面積收費(fèi)計(jì)算，集中供熱收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn):3．8 m 以上的建筑物為:6．92 AH/3．8 元/(m2·月)。(A 為采暖面積，H 為廠房高度)算法一

Ia1=44461．04 GJ×65．5 =291．2 萬元算法二

Ia2=6．92 ×26632 ×5 ×14．4/3．8 =349．2 萬元方案B:

I=QqB/Cη

式中 Qq——全年耗熱量/kW;B——天然氣價(jià)格;C——燃料熱值/kJ·m－3，取3．6425 ×104kJ/m3;

η——運(yùn)行效率，取0．9。

代入數(shù)據(jù)

I2=8716654 ×3600 ×2．67/(3．6425 ×104×0．9)=255．5 萬元

4 結(jié)語

燃?xì)饧t外線輻射采暖是近幾年發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，本文從多方面介紹了燃?xì)饧t外線采暖相比于對(duì)流采暖具有高效節(jié)能、熱舒適性好、環(huán)保等一系列優(yōu)良特性，并通過能耗經(jīng)濟(jì)性分析，得出燃?xì)饧t外線輻射采暖相比于對(duì)流采暖可節(jié)能30%和年運(yùn)行成本低的結(jié)論。筆者認(rèn)為紅外線輻射采暖是目前高大廠房最經(jīng)濟(jì)、最有效的供暖方式，應(yīng)該積極采用。

［1］ 趙宇，高揚(yáng)．高大廠房采暖設(shè)計(jì)形式探討［N］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012 －01 －11(2)．

［2］ 騰羽．淺談燃?xì)饧t外線輻射采暖［J］．黑龍江科技信息，2009，24(22):294．

［3］ 寧濤．燃?xì)饧t外線輻射供暖在高大廠房中的應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(7):107 －110．

［4］ 陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002．

［5］ 李永剛．高大廠房射流式暖風(fēng)機(jī)的采暖及節(jié)能效果［J］．鋼鐵技術(shù)，1999(1):50 －51．

［6］ 鄔艷華．紅外線輻射采暖原理及特點(diǎn)［J］．中小企業(yè)管理與科技，2008，12(6):208．

［7］ 韓彥恒．紅外線輻射采暖方式的特點(diǎn)分析［J］．民營(yíng)科技，2013(5):150．

［8］ 薄迎．大空間建筑燃?xì)饧t外線輻射供暖系統(tǒng)的探討［J］．煤氣與熱力，2005，25(9):41 －44．

［9］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院． 采暖通風(fēng)與設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)規(guī)范:GB50019 －2003［S］．2004．